Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Перспектива-МСТ
Направление НПИ: 5. Технологии освоения космического пространства
Секция КНТС: 7. Технические исследования и эксперименты
Наименование эксперимента: Разработка, изготовление микроструктурной системы терморегуляции космических аппаратов на основе тепловых микросхемных актюаторов, выполненных с различными оптическими покрытиями, и проведение испытаний её работоспособности в реальных условиях космоса при синергическом воздействии факторов космического пространства
Цель эксперимента:

Экспериментальное исследование работоспособности и эффективности микростуктурной системы терморегуляции (МСТ) поверхности КА, изготовленной на основе тепловых микросистемных актюаторов с различными оптическими покрытиями, в реальных условиях открытого космического пространства для перспективных космических аппаратов.

Описание эксперимента:

КЭ включает в себя:

- разработку оптимальных режимов формирования полиимидных, кремниевых, функциональных металлических и оптических слоев, исследование их влияния на термодеформационные характеристики слоистых композиционных полиимид-кремниевых одноконсольных балок тепловых микросистемных актюаторов, на основе которых будет выполнена МСТ КА;

- разработку и изготовление платформы, на которой будут расположены два рабочих блока (исследовательский и эталонный), один из которых будет выполнен с системой терморегулирования на основе тепловых микроактюаторов с оптическими покрытиями, а другой без системы терморегуляции для сравнения исследуемых параметров; на металлической платформе размещены две видеокамеры,

- изготовление аппаратных блоков сбора, передачи, обработки и хранения информации;

- монтаж на МКС МСТ, включающую в себя платформу с двумя рабочими блоками (исследовательским и эталонным), аппаратные блоки сбора, передачи, обработки и хранения информации;

- исследование работоспособности МСТ оптических, теплофизических, термодеформационных и эксплуатационных характеристик МСТ КА.

Метод исследования - регистрация аппаратными блоками изменений освещенности и температурных параметров микроструктурной системы терморегулирования, выполненной на основе микроактюаторов с различными оптическими покрытиями. Измерения температуры и освещенности проводят с помощью датчиков и определяют степень открытия (срабатывания) микроактюаторов для разных оптических покрытий (светоотражающих, светопоглощающих), сравнение полученных данных с температурой эталонной поверхности.

Микроструктурная система терморегулирования космического аппарата состоит из экранов, образующих матрицу, движущихся под действием теплового потока, выполненных в виде тепловых микроактюаторов со светоотражающим покрытием класса «солнечный отражатель» или светопоглощающим покрытием класса «истинный поглотитель». Тепловые микроактюаторы выполнены в виде полиимид-кремниевых упруго шарнирных микроструктур, состоящих из параллельных трапециевидных вставок из монокристаллического кремния, соединенных полиимидными прослойками, образованными полиимидной пленкой. Крепление полимерной матрицы, выполненной на основе полимерного композиционного материала с низкой теплопроводностью со спейсерами.

Микроструктурная система терморегулирования устанавливается над исследуемой поверхностью с зазором, с помощью полимерного композиционного материала, имеющего низкую теплопроводность, содержащего спейсеры, а также дополнительно включает систему стока электростатического заряда. Принцип работы заявленной системы заключается в следующем. При нагреве или охлаждении актюаторы одновременно изменяют свое положение в пространстве, начиная движение вверх или вниз под воздействием сильной деформации материалов, возникающей из-за разности температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) кремния и полиимида, обеспечивая открывание или закрывание поверхности, расположенной под системой актюаторов. При нагреве происходит ее закрывание, а при охлаждении открывание за счет того, что под действием температуры применяемые материалы тепловых микроактюаторов расширяются по-разному, причем материал с большим ТКЛР деформируется больше, чем материал с низким ТКЛР, что приводит к изгибу биморфной балки актюатора. Представленная микросистема позволяет обеспечить температурное управление движением актюаторов, при этом изменяется излучающая способность поверхности, расположенной под актюаторами.

Система функционирует в широком диапазоне температур, в том числе при температуре жидкого азота.

Конструкция обеспечивает повышение технологичности изделия и характеристик его надежности, в том числе устойчивости к циклическим нагрузкам. Коэффициент заполнения микроструктурной системы терморегулирования системы составляет 60-70%, коэффициент отражения 50-60 %.

Принципиальными требованиями к условиям проведения КЭ, определяющие качество получаемой научной информации является размещение рабочих блоков в местах прямого попадания солнечных лучей.

Видеоинформация о динамическом поведении тепловых актюаторов и работы МСТ будет сохраняться на устройстве записи

Новизна эксперимента:

Новый планируемый эксперимент является логическим продолжением идеи о создании систем терморегулирования поверхности для малых КА.

Главной отличительной особенностью выше указанной системы является то, что тепловая защита в открытом космосе может обеспечивается без энергетических затрат, а только за счет использования термодеформационных свойств применяемых композиционных материалов.

В РФ до настоящего времени подобных систем для малых КА не разрабатывалось.

Научная аппаратура:

Для проведения эксперимента необходимы следующие средства:

- блок внеГО состоящий из:

- рабочих блоков исследовательского и эталонного (РБ1 и РБ2);

- блока визуализации работоспособности НА (БВР);

- крепежной платформы (КП);

- блока сбора и передачи информации (БСПИ);

- блок внуГО состоящий из:

- блока управления, обработки и хранения информации (БУ).

Ожидаемые результаты:

Области применения результатов КЭ «Перспектива - МСТ»

• образовательно-демонстрационная:

- студентов и аспирантов в подготовке и реализации КЭ на РС МКС;

- демонстрация возможностей и прикладных исследованиях в условиях микрогравитации;

• прикладная:

- изучение оптических, теплофизических, термодеформационных и эксплуатационных характеристик микроструктурной системы терморегулирования, изготовленной на основе тепловых микроактюаторов с различными оптическими покрытиями в реальных условиях открытого космического пространства с целью создания эффективной тепловой защиты для микро-, нано- и пико- спутников.

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: 2016 - 2017 гг.
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: ОАО "Российские космические системы"
Организации участники: ОАО "НКБТ "Феррит", ОАО "РКК "Энергия", ФГБУ "НИИ ЦПК им. Ю.А.Гагарина", Центр управления полётами
Научный руководитель: Селиванов А.С., ОАО "Российские космические системы", зам. ген. конструктора, д.т.н., профессор
Публикации по эксперименту:

1. Отчет о патентных исследованиях. «Разработка технологических процессов изготовления адаптивных микросистем, блокирующих и шунтирующих модулей, корпусов приборов с улучшенными характеристиками, обеспечивающими САС аппаратуры до 15 лет», шифр: ОКР «Актюатор» (1 этап) Направление 1 – «Разработка технологических процессов изготовления типовых актюаторов и адаптивных микросистем». ФГУП «РНИИ КП», 2008, 52 с.

2. Biter, W., Oh, S., Hess, S., “Electrostatic Switched Radiator for Space Based Thermal Control,” in proceedings of the 2002 Space Technology and Applications International Forum (STAIF-2002), edited by M.S. El-Genk, AIP Conference Proceedings 608, Melville, NY, 2002, pp. 65-72. Патент US6899170.

3. Jentung Ku, Laura Ottenstein, Donya Douglas, Michael Pauken, Gajanana Birur . «Miniature Loop Heat Pipe with Multiple Evaporators for Thermal Control of Small Spacecraft» Интернет-ресурс. 2005

4. Osiander, R., Firebaugh S.L., Champion, J.L., Farrar, D., and Garrison Darrin, M.A., “Micromechanical Devices for Satellite Thermal Control,” IEEE Sensors Journal, 4(4), 525-531 (2004).

5. Swanson T.S., and Birur G.C., “NASA Thermal Control Technologies for Robotic Spacecraft” .Applied Thermal Engineering, 23, 1055-1065 (2003).

6. Edward D. Flinn, «Microscopic radiators fly on satellites “skin”». Journal AEROSPACE AMERICA,№ 8, 2006, 23-24.

7. Патент US 6538796 от 25.03.2003.

8. Патент на изобретение US 6538796, опубл. 31.03.2000

9. Заявка №2010131967 на изобретение «Микроструктурная система терморегулирования». Авторы А.С. Селиванов, А.А. Жуков, А.С.Дмитриев, Ю.М. Урличич, А.С. Корпухин.

10. Заявка № 2010111378 на изобретение «Тепловой микромеханический актюатор и способ его изготовления» Авторы: А.А.Жуков, А.С.Корпухин, И.П.Смирнов, Д.В.Козлов, П.Г.Бабаевский.

Последнее обновление: 17.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения