Радиационно-оптические покрытия поверхности КА и их реакция на воздействие коротковолнового электромагнитного и корпускулярного излучения Солнца.

 

Как уже отмечалось в разделе 3.2.1 в состав СОТР входят и средства пассивного терморегулирования. Эти средства, включая и ЭВТИ, предназначены для придания определенных теплофизических свойств конструкции и оборудованию КА. Они позволяют интенсифицировать процессы кондуктивного и лучистого теплообмена, увеличить тепловую инерцию тех или иных элементов. Применение теплоизоляционных материалов, покрытий и обработки поверхностей с целью получения определенных радиационно-оптических характеристик позволяет, в первую очередь, уменьшить и ограничить пределы изменения нагрузок на СТР, что, естественно, позволяет упростить систему и улучшить ее массовые и энергетические показатели. Средства пассивного терморегулирования являются очень эффективным средством повышения стабильности температурного состояния КА в условиях переменных внешних воздействий, например, на его корпус. Однако использование материалов и покрытий в качестве пассивных регуляторов интенсивности внешнего теплообмена КА сопряжено с одним неблагоприятным обстоятельством, связанным с тем, что многие материалы, подвергаясь воздействию коротковолнового электромагнитного и корпускулярного излучения Солнца, изменяют со временем свои радиационно-оптические характеристики, т.е. поглощательные, отражательные, пропускательные и излучательные свойства. Изменение отмеченных характеристик является результатом так называемых радиационных повреждений материалов, которые происходят в основном вследствие ионизации, электронных возбуждений, смещения атомов вещества, диссоциации химических связей в молекулах при поглощении фотонов больших энергий и взаимодействии с высокоэнергетическими заряженными частицами солнечного и галактического происхождения [8,9].

В металлах электромагнитное солнечное излучение не может вызвать радиационные повреждения, так как металлические материалы не подвержены влиянию ионизации и возбуждения, а для смещения атомов энергии испускаемых Солнцем фотонов ( ) оказывается недостаточно, поскольку минимальная энергия, необходимая для смещения атомов вещества, оценивается величиной [8], где - атомный вес вещества.

У неметаллических материалов энергия химических связей и величина потенциала ионизации невелики ( единицы- десятки ), поэтому поглощение фотонов коротковолнового излучения, в первую очередь ультрафиолетового ( ), у этих материалов может сопровождаться физико-химическими превращениями - деградацией, которая проявляется, главным образом, через изменения поглощательных и отражательных свойств поверхности материала. Деградация материалов создает трудности решения задачи обеспечения теплового режима КА, особенно в связи с увеличением коэффициента белых покрытий, наносимых на подверженные воздействию солнечного излучения поверхности для снижения уровня их температур. Деградация покрытий ухудшает характеристики холодильников-излучателей, применяемых в активных системах терморегулирования, и повышает общий уровень температур при использовании пассивных средств обеспечения тепловых режимов. Радиационным повреждениям подвержены применяемые в оптических и других устройствах прозрачные или полупрозрачные в каких-то спектральных диапазонах диэлектрики, вследствие чего их пропускательная способность уменьшается.

Механизмы повреждения выяснены недостаточно. С гипотезами, касающимися этих механизмов, можно ознакомиться в [8, 9]. В отмеченных работах приводятся и данные о результатах исследования радиационно-оптических характеристик, в первую очередь , ряда терморегулирующих покрытий в натурных (летных) и лабораторных (наземных) экспериментах. Результаты исследований одних и тех же покрытий и материалов в натурных и лабораторных условиях не идентичны. Причины расхождения разнообразны. Например:

- отсутствие комплексных облучений при получении большей части экспериментальных данных; недостаточно точное воспроизведение характерных энергетических спектров моделируемых корпускулярного и электромагнитного излучений;

- возможность загрязнения облучаемых покрытий в экспериментальных установках и др.

То есть причины расхождения заключаются в несовершенстве методов лабораторного моделирования воздействия различных факторов космического пространства на терморегулирующие покрытия.

Лабораторные эксперименты пока еще не позволяют надежно прогнозировать изменение характеристик терморегулирующих покрытий в условиях космического полета. Требуется проведение натурных испытаний. Однако для изучения механизма деградации, определения тенденций изменения свойств материалов под воздействием тех или иных факторов космического пространства, проверки эффективности каких-то мероприятий по поддержанию стабильности радиационно-оптических характеристик, а также для проверки радиационной стойкости новых покрытий лабораторные эксперименты необходимы. Некоторое представление о характере изменения по времени для нескольких известных терморегулирующих покрытий и материалов в условиях космического полета можно получить из рассмотрения приведенного ниже рисунка 3.1, заимствованного из [9]. На этом рисунке представлена зависимость от времени пребывания в космосе в условиях облучения потоком солнечного излучения образцов покрытий, установленных на КА “Маринер” [ ] - месяцы. Кривая 1 на рисунке соответствует белой эмали, 2 - полированному алюминию, 3 - краске на основе алюминиевого порошка (пигмента) и силиконового связующего, 4 - черной краске.

 

Рис.3.1 Изменение в космосе по времени поглощательной способности некоторых покрытий по отношению к солнечному излучению