Вакуумные системы установок

Для создания условий, моделирующих космический вакуум, необходимы специальные вакуумные системы, предназначенные для откачки паров и газов, выделяющихся из испытуемых космических аппаратов, и поддержания в них рабочих давлений, вплоть до 10^-12 Па. В комплект вакуумных систем входят насосы основной, вспомогательной и предварительной откачки. Насосы предварительной откачки предназначены для начального вакуумирования установок (от 10⁵ до 10^-1Па). После начинают действовать насосы основной и вспомогательной откачек (10^-3 -10^-12Па), а насосы предварительной откачки, как правило, при этом отсекаются и отключаются.

В качестве насосов основной откачки используются насосы поверхностного действия, использующие в максимально возможной степени внутреннюю поверхность установки. Главным образом, основная откачка осуществляется встроенными криогенными конденсационными насосами. В качестве насосов вспомогательной откачки в современных установках используются комбинации насосов различных типов, в которых каждый тип насоса используется, главным образом, для откачки одного (или двух) определенных газов. Например, в такой системе пары Н₂О и СО₂ могут откачиваться конденсацией на криоповерхностях, охлаждаемых до температур жидкого азота; Н₂ -титановым адсорбционным насосом; инертные газы (Аг, Кг, Хе) геттеро-ионным насосом и пр. Предварительная откачка обычно осуществляется механическими насосами, при этом линии форвакуумной откачки оснащаются ловушками, охлаждающимися жидким азотом; цео-литовыми ловушками и другими устройствами, предохраняющими откачиваемый объем в максимальной степени от попадания в него паров масел.

Криогенные системы применяются для моделирования поглощения излучения космического аппарата космосом и осуществления в установках криогенной вакуумной откачки.

В число имитаторов электромагнитных излучений входят, главным образом, имитаторы Солнца, а также имитаторы планет. Имитатор Солнца представляет собой сложную оптическую систему, предназначенную для воспроизведения в рабочей зоне моделирующей установки лучистого потока, имеющего спектр приближающийся к спектру Солнца. Имитаторы Солнца крупных установок содержат большое количество ламп (дуговые, накаливания) в качестве источников излучения, линзы для ввода излучения в установку, интегрирующие ячейки и зеркала для формирования в установке пучка параллельного излучения, моделирующего солнечное, с максимальной равномерностью и параллельностью излучения в пучке. Имитаторы планет — оптические устройства, излучающие в инфракрасном спектральном диапазоне. Они имитируют собственное излучение Луны и планет.

Имитаторы орбиты представляют собой механические устройства, позволяющие менять ориентацию испытываемого комплексного аппарата относительно потока солнечного излучения в установке. Они выполняются в виде двух- и трехстепенных карданных подвесов.

В настоящее время наиболее широко применяется крупногабаритная установка модели CST моделирования космоса Европейского космического агентства в Тулузе (Франция), в которой совмещены возможности проведения термовакуумных и вакуум-температурных испытаний космического аппарата. Установка состоит из двух, соединенных между собой, отсеков — вертикального цилиндрического отсека (основной камеры) и горизонтального цилиндрического отсека для размещения систем откачки и имитатора Солнца (дополнительной камеры). Внутренние поверхности отсеков закрыты тепловыми экранами, состоящими из плоских или изогнутых волнистых криопанелей.

Одной из особенностей экранов является подвижная часть с вертикальными поворотными створками, разделяющая экраны двух отсеков. Это позволяет изолировать экраны обоих отсеков между собой во время вакуум-температурных испытаний, т.е. без действия имитатора Солнца. При этом экран дополнительной камеры используется как азотный криоконденсационный насос с температурой 80 К. Температура экрана основной камеры в ходе этих испытаний может изменяться от 100 до 360К. Система вакуумной откачки является полностью безмасляной. Предварительная откачка осуществляется двумя параллельными форвакуумными линиями, оснащенными двухроторными насосами с объемной быстротой действия 1200 м³/ч с прогреваемыми цеолитовыми ловушками и отсекающими клапанами. При достижении давлений около 1Па начинают охлаждение жидким азотом экранов дополнительной камеры. После достижения давлений примерно 10^-1Па насосы предварительной откачки отсекаются клапанами и отключаются. При достижении давления 5-10^-1Па включают криогенный и турбомолекулярный насосы, располагающиеся снаружи дополнительной камеры. При давлении примерно 5-10^-2Па включают титановые испарительные насосы основной откачки. Титан напыляется на панели. Рабочее давление 5-10^-4 Па. Для изменения температуры экранов путем прокачки через них газообразного или жидкого азота используется тепловой генератор.

Имитатор Солнца создает цилиндрический пучок излучения. Двухстепенный имитатор орбиты обеспечивает вращение испытуемого космического аппарата вокруг вертикальной и горизонтальной осей.