Условия эксплуатации бортовых антенн возвращаемых космических аппаратов

Условия определяются траекторией возврата и конфигурацией летательного аппарата.

Поле течения около затупленного тела при входе в атмосферу.

За фронтом ударной волны воздух сжимается и сильно нагревается, появляется ионизация, в результате чего в канале связи «аппарат-земля» возникает слой воздушной плазмы. Толщина слоя влияет на величину затухания.

Слой	Толщина слоя
Сжатый слой	В донной части – 1 м и более В носовой части – десятки см
Пограничный слой	до 10 мм
Ударная волна	десятки мм

Частицы теплозащитного покрытия уносятся и также ионизируются, из-за чего плазма становится не чисто воздушной. Поэтому ионизация у разных элементов абляционного покрытия различная.

Потенциалом ионизации называется минимальная энергия, с которой начинается ионизация. У щелочных металлов потенциал ионизации мал.

Теплозащита антенн

В качестве теплозащиты антенн должны применяться нагревостойкие радиопрозрачные диэлектрики. Основная электрическая характеристика, которой оцениваются свойства диэлектриков – (абсолютная диэлектрическая проницаемость, которая является комплексной величиной).

– относительная диэлектрическая проницаемость воздуха (вакуума).

Реальная часть (относительная диэлектрическая проницаемость) характеризует при прохождении радиоволн факт отражения от границы раздела «окружающая среда-слой диэлектрика»; мнимая часть, через которую вводится тангенс угла диэлектрических потерь , характеризует явление поглощения в диэлектрике.

Энергия в диэлектрике тратится на поляризацию частиц (т.е. их выстраивание). В то же время электронная поляризация затрат энергии не требует.

У «хороших» диэлектриков составляет величина 10^-4...10^-5, т.е. потерями в материале на поглощение можно пренебречь и учитывать только реальную часть, которая влияет на потери на отражение.

Таким образом, диэлектрик, используемый для теплозащиты антенн, должен иметь минимальные потери на поглощение и минимальные потери на отражение.

Применяемые материалы:

1 нагревостойкие радиопрозрачные элементы
I		II			III
А	Б	В	Г

Радиопрозрачность – это свойство, при котором имеем минимальные потери при прохождении данного материала. Радиопрозрачность как характеристика, оценивающая потери, зависит от диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь.

Нагревостойкость – способность функционировать и не разрушаться при очень высоких температурах.

Раскроем эту таблицу подробнее.

I	Материалы с органическими связующими Это материалы, в основе которых лежит стекловолокно или асбоволокно. Нужная конфигурация материала достигается за счет пропитки органическими связующими (эпоксидной смолой, например, которая после полимеризации образует твердую фазу). Пример – стеклотекстолит. Эти материалы имеют ограниченную нагревостойкость. Она ограничивается тем, что органические связующие имеют низкую температуру плавления. Последнее достижение – создание фенолформальдегидных материалов, имеющих большую нагревостойкость.
	А	стеклопластики
	Б	асбопластики
II	Материалы полностью неорганические
	В	Материалы оксидной группы (оксиды). Температура плавления – около 2000 С По степени частоты применения перечислим: SiO2 Al2O3 BeO (наиболее привлекательна из-за нагревостойкости; редко используется из-за токсичности и сложности технологии) MgO В чистом виде применять оксиды не удается, всегда есть добавки (до 1%), которые необходимы для синтеза электрических характеристик – относительной диэлектрической проницаемостью и тангенсом угла потерь. Также различается технология производства, которая определяет марки материалов. Иногда применяют также смеси оксидов (окись кремния и окись алюминия, к примеру). Бывают также трехкомпонентные смеси. Также, используя оксиды, нельзя забывать про требование противостояния тепловому удару. Оно проистекает из того, что при очень большой скорости нагрева материала возникают внутренние напряжения – со стороны нагрева идет расширение материала, а со стороны, где нагрев еще не произошел, геометрия не изменилась. Внутренние напряжения могут превысить напряжение разрушения. Так обычно и бывает в оксидах, если не принять специальные технологические меры. Возьмем авиационную технику. Там остекление кабины и иллюминаторы выполняются из окиси кремния (кварцевого стекла).
	Г	Материалы группы нитридов. BN (нитрид бора, температура плавления > 3000 C) Другие материалы нитридной группы имеют значительные потери.
III	Композитные материалы. При переходе к композитным материалам борются за то, чтобы иметь хорошие свойства обоих материалов, используемых в композиции.

При выбранной теплозащите стремятся избавиться от отражения (иметь хороший КСВ) и увеличить КПД. Однако лабораторные испытания теплозащиты отличаются от реальных. Это связано с тем, что характеристики антенны изменяются в полете – на них, таким образом, влияют условия эксплуатации.

Все характеристики являются функцией температуры. От температуры также меняются и параметры электрические. Теория поляризации диэлектриков объясняет процесс изменения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь в зависимости от температуры, однако она не дает аналитических зависимостей. Температурные зависимости, таким образом, получают в ходе эксперимента. Сложность эксперимента состоит в достижении высоких температур и проведении измерений в условиях таких температур. Примером высокотемпературного источника может служить электросварка. При электросварке происходит протекание сильного тока в диэлектрике (газе).

Нужно стремиться к высокотермостабильным материалам. Если будет меняться , будет увеличиваться КСВ, будет отражение и потери мощности. Если возрастает тангенс, то падает КПД.