7.4. Способы имитации невесомости

В таблице 7.1 представлены различные способы создания и имитации невесомости, их преимущества и недостатки.

Имитация невесомости свободным падением достигается сбрасыванием конструкции с вертолета или высокой башни. Вместе с ОИ падает аппаратура регистрации. Во время испытания сила тяжести конструкции компенсируется ускорением свободного падения и массой падающего объекта. Аэродинамическое сопротивление тормозит движение ОИ и поэтому невесомость достигается частично. Исключение аэродинамического сопротивления возможно при откачке воздуха из башни, что связано большими затратами.

Имитация невесомости в бассейне используется в тех случаях, когда движение механической системы происходит с малой скоростью. Недостатки этого способа связаны с большими затратами на построение бассейна под наибольший ОИ, затратами на эксплуатацию бассейна и его оборудование, фильтрацию воды и систему защиты от повышенной влажности.

Имитация невесомости аэростатическим способом аналогична имитации невесомости в бассейне, с его достоинствами. При аэростатическом способе для разгрузки ОИ используют шары, наполненные гелием. Необходимо большое помещение.

Имитация невесомости аэростатическим способом выполняется с помощью воздушных подушек на специальных столе и опорах. Стенды довольно сложные. В изготовлении и управлении.

Табл.7.1

Способ	Реализация	Преимущества	Недостатки
Механический	Стендовая	Большие объекты	Не полная имитация невесомости
Свободное падение	Используется башня или самолет	имитация невесомости, близкая к полной	Небольшие объекты. Высокая стоимость. Малое время нахож-дения в состоянии невесомости
Погружение в воду	Бассейн	‑ ,, ‑	Большое трение. Необходим бассейн.
На поверхности воды	Бассейн и поплавки	Большие объекты	Движение только в плоскости. Большое трение. Необходим бассейн.
Аэростати-ческий	С помощью объектов, заполненных газами	Для движения ОИ с малой скоростью	Необходимо большое помещение для шаров с гелием
Пневмати-ческий	Пневматические столы и опоры	Малое трение	Движение только в плоскости

8.1. Особенности обеспечения герметичности емкостей ка

Герметичность – это свойство конструкции препятствовать проникновению через нее газов, жидкостей и паров. Особенность этого свойства состоит в том, что совершенно герметичных материалов не существует. Поэтому полной герметичности изделий обеспечить невозможно. Характеристикой герметичного изделия является степень негерметичности, определяемая суммарным расходом вещества через течи изделия.

Течью называется канал или пористый участок материала, которые нарушают герметичность.

Величина течей измеряется в единицах потока, т.е. объемным расходом через течь, приведенным к определенному давлению в единицу времени. В системе СИ поток измеряется в ваттах (Вт). Физический смысл этой величины: через течь в 1 Вт за 1 с из объема 1 м³ вытекает столько газа, что давление в этом объеме понижается на 1 Па.

Нормы герметичности задаются и имеют широкий предел: 1·10^-3 … 1·10^-9 Вт. Высоким нормам герметичности соответствуют течи в десятые доли мкм. Поэтому поиск течей является очень сложной задачей.

Обеспечение герметичности емкостей КА (герметичных отсеков, гермоконтейнеров, баллонов со сжатыми газами, топливных баков и трубопроводов, запорных устройств и т.д.) необходимо не только в полете, но и на Земле. Многие факторы влияют на появление течей емкостей. В процессе наземных испытаний устанавливают течи, возникшие из-за ошибок производства и наземной эксплуатации. Анализ результатов испытаний на герметичность позволяет вскрыть ошибки проектирования, конструирования и производства.

Методы течеискания разделяют на газовые и жидкостные.

Различают методы и средства оценивания степени негерметичности и локализации течей. Локализация течей заключается в определении места ее расположения.

Особая проблема – обеспечение герметичности отсеков в условиях длительного полета в условиях космического пространства.

Гермоотсеки автоматических КА, работающих в космическом пространстве, обычно заполняются нейтральным газом – азотом (реже гелием) до давления 0,12-0,13 МПа.

Давление в агрегатах систем сжатых газов достигает 32 МПа.

Давление в топливных системах может достигать 30 МПа и более.

В условиях космического полета происходит нагрев и охлаждение конструкций. Изменение температуры нагреваемых Солнцем конструкций находится в пределах ±150ºС.

Различают низкий, средний, высокий и сверхвысокий вакуум. Эти четыре раздела характеризуются следующими интервалами давления:

Низкий вакуум – 760…1 мм рт. ст.

Средний вакуум – 1… мм рт. ст.

Высокий вакуум - мм рт. ст.

Сверхвысокий вакуум – от мм рт. ст. и ниже.

Значение давления атмосферы на высоте 200 км в течении суток изменяется в пределах Па (≈ мм рт. ст.). Следовательно, на этой высоте наблюдается сверхвысокий вакуум.

Космический вакуум отличается от лабораторного, создаваемого в условиях Земли, присутствием совокупности других факторов космического пространства (радиационного облучения, невесомости, температуры космоса, нагрева и охлаждения конструкций и пр.).

Теоретическое описание процессов, происходящих при нарушении герметичности, является сложной проблемой по причине протекания разнообразных не простых физических процессов. Течение газа приводит к изменению термических и газодинамических параметров внутри емкости, в канале течи и снаружи. Эти процессы изучаются в газодинамике струйного течения. Процессы связаны с турбулентными пульсациями газа и его акустическим излучением.

Для измерения давлений используют манометры и вакуумметры, а для измерения расходов – специальные расходомеры.