Защитный чехол корпуса возвращаемого космического летательного аппарата

Полезная модель относится к ракетной технике и может быть использована для защиты корпуса возвращаемого космического летательного аппарата и размещенных в нем механизмов и электроники от электромагнитного излучения. Защита корпуса возвращаемого космического летательного аппарата от воздействия электромагнитного излучения обеспечивается тем, что на корпусе возвращаемого космического летательного аппарата закрепляется защитный чехол из пакета металлической фольги, наружный слой пакета фольги выполнен из титанового сплава, содержащего не менее 50% титана, один или несколько внутренних слоев из никеля или никелевого сплава с содержанием никеля не менее 50%. Дополнительная защита достигается тем, что на наружной поверхности чехла нанесено покрытие из благородных металлов, например, из золота. Многослойный пакет из металлической фольги с использованием титана никеля и золота обеспечивает многофункциональную защиту возвращаемого космического летательного аппарата, а именно поглощение и отражение значительной части энергии теплового и электромагнитного излучений в орбитальном полете и при входе в атмосферу, защищает как корпус, так и аппаратуру возвращаемого космического летательного аппарата от внешних воздействий. Это обеспечивает сохранение работоспособности аппаратуры на орбите и возвращение аппарата на Землю в работоспособном состоянии. 3 п. ф., 4 ил., 1 табл.

Полезная модель относится к ракетно-космической технике и может быть использована при изготовлении корпуса возвращаемого космического летательного аппарата (КЛА), защищающего его механическое и электронное оборудование как от факторов пребывания на орбите, при гиперзвуковом входе в атмосферу, а так же от неблагоприятных факторов, в том числе электромагнитного излучения от солнечных вспышек предельной интенсивности.

Для повышения радиационной стойкости и стойкости к воздействию тепловых потоков на корпусе КЛА устанавливается наружный многослойный защитный чехол, каждый слой которого выполняет одну или несколько функций.

К наружному слою чехла предъявляются следующие требования:

- электропроводность или диэлектрическая проницаемость;

- минимальная шероховатость и поверхностная плотность;

- высокая тепловая и механическая стойкость;

- высокие коэффициенты поглощения и отражения излучений в определенных частотных диапазонах (до 50кэв).

Известны материалы [1], [2], для защиты от внешних электромагнитных (в частности рентгеновских) излучений, содержащие металлы: вольфрам, свинец и примеси, в том числе титан и никель. Защитный экран изготавливается по технологии металлокерамики прессованием смеси порошков, с последующими спеканием и механической обработкой, эти устройства не приемлемы для ракетно-космической техники из-за высокой массы и технологической сложности изготовления защитного чехла.

Известно устройство [3] для защиты КЛА от внешних тепловых воздействий, содержащие несколько слоев фольги с зазором между ними. Это

устройство не защищает КЛА от электромагнитных воздействий с энергией до 50 кэВ.

Известно устройство [4], состоящее из многослойного пакета нескольких материалов, каждый из которых выполняет свою функцию. Защитный многослойный пакет наносится на поверхность корпуса путем приклеивания. Это устройство не защищает КЛА от электромагнитных воздействий с энергией до 50 кэВ и не предусматривает возможности возвращения КЛА на Землю.

Известно также устройство [5], состоящее из двух слоев фольги из разных материалов (алюминий, бериллий), каждый из которых обеспечивает частичное снижение энергии проникающей радиации. Это устройство защищает КЛА от фонового (природного) излучения космического пространства в диапазоне 10...1000 кэВ сравнительно низкой интенсивности, но не обеспечивает возвращение КЛА из-за низкой тепловой стойкости алюминиевого наружного слоя фольги. По совокупности конструктивных свойств и назначению это устройство принято за прототип данной полезной модели.

Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является комплексная защита корпуса и аппаратуры КЛА от воздействия электромагнитного излучения от солнечных вспышек предельной интенсивности сравнительно малой длительности, в диапазоне энергий до 50 кэВ.

Указанная задача решается тем, что:

- один или несколько наружных слоев пакета выполнены из фольги.

- материал фольги - титан или сплав с содержанием титана не менее 50%.

- один или несколько наружных слоев пакета выполнены из титанового сплава, а последующие внутренние слои из сплава, содержащего никель не менее 50%.

- на наружную поверхность чехла нанесен дополнительный тонкий слой (толщиной менее 5 микрон) из благородного металла, например, золота.

Сущность полезной модели поясняется следующими графическими материалами, где

на фиг.1. - общий вид фрагмента корпуса КЛА с защитным чехлом;

на фиг.2. - выносной элемент А на фиг.1.

на фиг.3. - выносной элемент В на фиг.2.

на фиг.4. - график функции коэффициента поглощения излучения для различных металлов.

На наружной поверхности корпуса 1 возвращаемого аппарата (фиг.1) закреплен чехол 2. Чехол устанавливается перед запуском на те элементы возвращаемого КЛА, которые требуют радиационной защиты, и находится на поверхности корпуса до конца полета - возвращения на Землю.

Чехол 2 выполнен из многослойного пакета металлической фольги. Наружный пакет 3 (фиг.2) состоит из одного или нескольких слоев фольги из титана или титанового сплава, внутренний пакет 4 состоит из одного или несколько слоев фольги из никеля или никелевого сплава. На наружную поверхность чехла нанесено тонкое покрытие 5 из благородного металла, например золота.

При отсутствии воздействии электромагнитного излучения чехол выполняет функции экрановакуумной теплоизоляции корпуса на орбите и функции уносимого теплозащитного покрытия спускаемого аппарата при торможении в атмосфере.

При воздействии электромагнитного излучения за короткий интервал времени происходит нагрев всех элементов конструкции: корпуса 1, чехла 2 и всех слоев фольги пакетов 3, 4 с проникновением части энергии внутрь корпуса. При этом сильней всех нагревается наружный слой титанового пакета 3. Титан имеет уникальные химические и теплофизические свойства (см. табл.1), чем и обусловлен выбор материала наружного пакета 3.

Внутренние слои пакетов 3, 4 нагреваются до температуры, не превышающей температуры плавления по большей части поверхности. Корпус 1 нагревается до температуры, не превышающей температуры пластического деформирования. Дополнительное снижение температуры

корпуса КЛА 1 и энергии, проникшей внутрь КЛА, достигается тем, что никель поглощает большую часть энергии, пропущенной наружным титановым слоем, за счет иного спектра поглощения (титан лучше никеля поглощает излучение в диапазоне 5...8 кэВ, а никель - в оставшейся большей части диапазона: (фиг.4.).

Таблица 1Свойства металлов 4 периода периодической системы элементов Менделеева
	t кип, °С	Нисп, кДж/моль	Нисп, кДж/г
Ti	3287	410	8,56
Fe	2872	350	6,27
Ni	2800	370	6,30
Zn	906	115	1,76

Дополнительное снижение температуры корпуса и энергии, проникшей внутрь КЛА, достигается тем, что на наружной поверхности чехла выполнено тонкое покрытие 5 (фиг.3) из благородного элемента, например, золота. Это покрытие позволяет сохранить высокую отражательную способность чехла.

При использовании титана для наружного слоя реализуется максимальная стойкость чехла по перечисленным факторам из-за совокупности природных специфических свойств титана, как химического элемента.

Таким образом, за счет использования предложенной совокупности свойств чехла достигается защита корпуса и начинки возвращаемого КЛА, что позволяет КЛА продолжать функционирование на орбите и обеспечить возвращения с сохранностью полезной нагрузки.

Источники информации

1. патент России 01405581, класс G21F 1/08, порошковый рентгенозащитный материал, опубликован в 1994.

2. патент России 01405582, класс G21F 1/08, порошковый рентгенозащитный материал, опубликован в 1994.

3. патент России 01840181, класс В64G 9/00, экранно-вакуумная теплоизоляция системы терморегулирования космических аппаратов, опубликован в 2006.

4. патент Японии 03525090, класс В64G 1/58, уносимое теплозащитное покрытие и способ его изготовления, опубликован в 2004.

5. патент США 5324952, класс G21F 1/12, радиационная защита узлов космического аппарата, опубликован в 1994.

6. Калмыков А.А., Кондратьев В.Н., Немчинов И.В. "О разлете мгновенно нагретого вещества и об определении его уравнения состояния по величине давления и импульса", "Прикладная математика и техническая физика", 1966 г., №5, М., издательство АН СССР.

7. Гузей Л.С. и др. Химия. Учебник, М, Дрофа, 2001 г., стр.216.

8. Физические величины: Справочник. - М; Энергоатом издат., 1991 г.

1. Защитный чехол корпуса возвращаемого космического летательного аппарата, содержащий многослойный пакет из металлической фольги, отличающийся тем, что наружный слой пакета выполнен из сплава, содержащего более 50% титана.

2. Защитный чехол по п.1, отличающийся тем, что последующие внутренние слои пакета выполнены из сплава, содержащего более 50% никеля.

3. Защитный чехол по пп.1 и 2, отличающийся тем, что на наружную поверхность чехла нанесено покрытие из благородных металлов, например из золота.