книги из ГПНТБ / Кузьмин, А. Д. Физика планеты Венера
.pdf
|
|
Аппаратура и измеряемые параметры АМС «Венера» |
Т а б л и ц а 8 |
|||||||
|
|
|
||||||||
Станция |
Измеряемый параметр |
|
|
Аппаратура |
|
|
Диапазон измерений |
Ошибка измерений |
||
|
|
|
|
(среднеквадратичная |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
от диапазона) |
«Венера-4» |
Химический |
состав |
Газоанализаторы: |
|
|
|
|
|||
|
атмосферы |
|
1. |
СО2 (изменение теплопро |
^ 1 % * ) |
|
||||
|
|
|
водности смеси атмосферных |
|
|
|||||
|
|
|
газов) |
|
|
|
|
7—100% |
|
|
|
|
|
2. |
СОа (поглощение КОН) |
|
|
||||
|
|
|
3. |
N2 (циркониевый поглоти |
2-30% |
|
||||
|
|
|
7—100% |
|
||||||
|
|
|
тель) |
|
|
|
|
2,5—50% |
|
|
|
|
|
4. |
N2 (предварительное погло |
|
|||||
|
|
|
щение |
СОг, |
НгО |
при |
Т ~ |
|
|
|
|
|
|
~ |
1000 °С) |
|
электро- |
>0,1% |
|
||
|
|
|
5. |
НгО |
(изменение |
|
||||
|
|
|
проводности Р2 О5 ) |
|
|
>0,05% |
|
|||
|
|
|
6. |
НгО (поглощение СаСЬ) |
>0,7% |
|
||||
|
|
|
7. |
Оа (перегорание вольфра |
3?0,4% |
|
||||
|
|
|
мовой |
проволочки |
при |
Т ~ |
|
|
||
|
|
|
~ |
800° С) |
(сублимация |
|
|
|||
|
|
|
8. |
Ог (4- НгО) |
^ 1 , 6 % |
|
||||
|
|
|
красного фосфора) |
|
|
|
|
|||
|
Температура |
атмо- |
Термометры сопротивления |
—60—460 °С |
± 1 , 5 % |
|||||
|
сферы |
|
Манометры анерондного типа |
0—330 °С |
±1,5% |
|||||
|
Давление. |
|
100—5300 мм Hg **) |
±3% |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(0,13—7,20 кг-см^) |
|
о
АТМОСФЕРЫ НИЖНЕЙ СТРУКТУРА .IV .Гл
|
|
|
Т а б л и ц а |
8 (продолжение) |
Станция |
Измеряемый параметр |
Аппаратура |
Диапазон измерений |
Ошибка измерений |
(среднеквадратичная |
||||
|
|
|
|
от диапазона) |
«Венера-4» |
Плотность атмосферы |
Ионизационный плотномер |
0,5—15 кг-м~3 |
||
|
|
|
|
(для С02, N2 , Ог |
|
|
Высота над поверх- |
Радиовысотомер дециметрово- |
н их смесей) |
||
|
~30 |
км |
|||
|
ностъю |
|
го диапазона |
0— оо |
м/сек |
|
Ветер |
|
Бортовой радиопередатчик |
||
|
|
|
(доплеровский сдвиг несущей |
|
|
«Венера-5» |
Химический |
состав |
частоты) |
|
|
Газоанализаторы для опреде- |
|
|
|||
«Венера-6» |
атмосферы |
|
ления содержания СОг, N2 , |
|
|
|
|
|
НгО, Ог типов 2 и 4—7 с бо- |
|
|
|
|
|
лее высокой точностью изме |
|
|
|
|
|
рений по сравнению с газо- |
|
|
|
|
|
анализаторами «Венеры-4» |
|
|
|
|
|
(±4% для С02; ±2,5% для N2 ; |
|
|
|
Температура |
атмо- |
±0,1% для 02) |
0—160 °С |
|
|
Термометры сопротивления |
||||
|
сферы |
|
|
140—370 °С |
|
|
Давление атмосферы |
Манометры анероидного типа |
200—440 °С |
||
|
100—5000 мм Hg |
||||
|
|
|
|
(0,13—6,8 кг/см~2) |
|
500—20 000 мм Hg (0,7—-27,2 кг-смГ2) 750—30000 мм Hg (1,0—40,7 кг-см~2)
±1,5% (в начале диапазона до ±5%)
не лучше
±10 м/сек
±1,5%
+1,5%
+1,5%
±1,5%
±1 ,7 -2,0%
±1,7—2,0%
»ВЕНЕРА« AMG .2. IV §
|
|
|
Т а б л и ц а |
8 (продолжение) |
Станция |
Измеряемый параметр |
Аппаратура |
Диапазон измерений |
Ошибка измерений |
(среднеквадратичная |
||||
|
|
|
|
от диапазона) |
«Венере-5» |
Плотность атмосферы |
1[лотпомер камертонного типа |
0,5—40 кг-лГ3 |
||
«Венера-6» |
Высота лад поверх- |
Радиовысотомер дециметрового |
60—0 км |
||
«Вепсра-7» |
ностыо |
атмо- |
диапазона |
|
25—540 °С |
Температура |
Термометры сопротивления |
||||
|
сферы |
|
Манометры |
анероидного тина |
0,5—150 кг-cat-2 |
|
Давление атмосферы |
||||
|
Высота над поверх- |
Бортовой радиопередатчик |
оо —0 км |
||
|
ностыо |
|
(доплеровский сдвиг несущей |
|
|
|
Ветер |
|
частоты) |
То же |
0— сю .и[сек |
|
|
|
|||
«Венера-8» |
Температура |
атмо- |
Термометры сопротивления |
50—590 °С |
|
|
сферы |
|
|
|
200—435 °С |
|
|
|
|
|
395—540 °С |
|
Давление атмосферы |
Манометры |
анероидного типа |
20—605 °С |
|
|
0—59 000 мм Hg |
||||
|
|
|
|
|
(0—80 кг!cat2) |
0—73 000 мм Hg (0—100 кг/cat2)
0—110 000 мм Hg (0—150 кг/см2)
0—147 000 мм Hg (0—200 кг/см2)
±3%
±5%
±5%
±2% ±1,5 м/сек
(по скорости)
То же
±1,5%
± 1,5% ±1,5% ±1,5%
±1 -3 %
±1,5 -2%
±1,5 -2%
±1 ,5 -2 %
АТМОСФЕРЫ НИЖНЕЙ СТРУКТУРА .IV .Гл
|
|
|
Т а б л и ц а |
8 (продолжение) |
Станция |
Измеряемый параметр |
Аппаратура |
Диапазон измерений |
Ошибка измерений |
(среднеквадратичная |
||||
|
|
|
|
от диапазона) |
«Венера-8» |
Освещенность в ат |
Фотометр в диапазоне 0,4—• |
||
|
мосфере |
0,8 мкм |
(изменение |
|
|
Содержание аммиа |
Газоанализатор |
||
|
ка в атмосфере |
цвета |
тетрабромфенолсульфо- |
|
|
|
фталеина на прокаленном си |
||
|
Высота над поверх |
ликагеле при поглощении ТШз) |
||
|
Радиовысотомер дециметрово |
|||
|
ностью |
го диапазона |
|
|
|
Диэлектрическая |
|
То же |
|
|
проницаемость грун |
|
|
|
|
та 8 |
160-канальный гаммаспектро- |
||
|
Характер поверхно |
|||
|
стных пород |
метр (содержание в породе U, |
||
|
Ветер |
ТЬ, К) |
|
|
|
Бортовой радиопередатчик |
|||
|
Плотность атмосфе |
(доплеровский сдвиг частоты) |
||
|
Датчик перегрузки в зависи |
|||
|
ры выше начала уча |
мости |
от времени |
(акселеро |
|
стка парашютирова |
метр) |
|
|
|
ния |
|
|
|
101—Ю5 лк
^ 0 ,1 %
при Р <С. 2 атм
60—0 км
О |
8 |
п |
1 |
~60—100 км
+ 30%
40,8-f-3,4X Х10-» h (.и)
±1 м/сек
+20 g
*) Указываются объемные проценты. **) При = 981 с-н-сек-2.
____________________________________________________________________!___________________________________________________
»ВЕНЕРА« АМС .2.IV §
со
|
|
|
|
|
|
§ IV.2. АМС «ВЕНЕРА» |
|
|
|
|
|
|
95 |
||||||
сравн и тел ьн о |
длительном |
хран ен и и |
и |
в |
ш ироком и н тер |
||||||||||||||
вал е тем ператур |
и |
после |
воздействия |
зн ач и тельн ы х |
пере |
||||||||||||||
г р у зо к , |
а |
так ж е |
отсутствия |
газооб разн ы х побочны х |
п ро |
||||||||||||||
дуктов |
р еакц и и , |
влияю щ их па |
оц ен ку |
со д ер ж ан и я |
опре |
||||||||||||||
деляем ой |
компоненты . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Х орош им и п оглоти телям и |
С 0 2 яв л я ю тся |
н атр о н н ая |
||||||||||||||||
и звесть , аск ар и т , |
едкое |
|
к а л и , |
едкий |
н атр |
и |
ги дроокись |
||||||||||||
к а л ь ц и я , |
обладаю щ ие |
н есколько |
разли чн ы м и |
х а р а к т е |
|||||||||||||||
р и сти кам и |
п оглощ ен и я |
в зависим ости |
от |
времени. |
Д л я |
||||||||||||||
эксп ери м ен та |
н а |
стан ц и ях |
«Венера» |
|
в |
качестве н аи бо |
|||||||||||||
лее |
прием лем ого |
п оглоти тел я |
было |
вы брано |
едкое к а |
||||||||||||||
ли |
(К О Н ). |
Н едостатком |
его |
я в л я е т с я |
ч увстви тельн ость |
||||||||||||||
к н аличию |
в л аги . И склю чение |
зависим ости |
скорости по |
||||||||||||||||
гл ощ ен и я |
от |
степени |
вы суш и ван и я |
р еакти ва дости галось |
|||||||||||||||
путем |
д обавлен и я |
к |
К О Н |
литиевого |
п оглоти тел я |
С 0 2 |
|||||||||||||
(— 3 % ), |
а д л я |
и скл ю ч ен и я ош ибки , |
связан н ой |
с поглощ е |
|||||||||||||||
нием реакти вом |
водяного |
п ар а , |
в д ругой |
отсек |
ц или н дра |
||||||||||||||
К злешлуиннот блину
a) |
S) |
Вис. 29. Газоаналитические ячейки для определения содержания С02 в ат мосфере манометрическим методом (а) и по методу теплопроводности (6). 1 — химический поглотитель; 2 — манометрическое устройство; 3 — потенцио метр; 4 — клапан [153].
соответствую щ ей |
яч ей ки газо ан ал и зато р а пом ещ ался |
х л о |
ристы й кал ьц и й . |
П ракти чески полное поглощ ение |
у г л е |
кислоты в заданном объеме рабочей яч ей ки обеспечивалось в течение 30 — 50 сек.
К аж д ы й газо а н а л и за то р , представляю щ ий собой п р и бор одноразового д ей стви я , состоит из ком плекса га зо а н а -
06 |
Гл. IV. СТРУКТУРА НИЖНЕЙ АТМОСФЕРЫ |
|
|||
литических ячеек и |
электронного |
блока. По |
сравнению |
||
с газоанализатором |
Г-8 в |
газоанализаторе |
Г-10 было |
||
увеличено |
число рабочих |
ячеек |
и повышена чувстви |
||
тельность манометрических датчиков с целью проведения измерений при меньшем давлении окружающей среды. Принцип работы газоанализаторов очевиден из схем, при веденных на рис. 29—32. Там же показаны характеристики поглощения С02, 0 2 и Н20 различными поглотителями в зависимости от времени.
Рис. 30. Характеристики поглощения СОг различными поглотителями в за висимости от времени [153].
Рис. 31. Характеристики поглощения 0 2 белым фосфором в зависимости от
времени при различных температурах (а) и схема газоаналитической ячейки для определения содержания в атмосфере 0 2 термохимическим методом (б)
Г I £ о 1
Первая из схем (рис. 29, а) представляет собой газо аналитическую ячейку прибора Г-8. По команде от бор тового программно-временного устройства СА происходит открытие клапана, и исследуемый атмосферный газ по ступает в обе полости цилиндра, разделенные мембраной,
§ IV.2. АМС «ВЕНЕРА» |
97 |
которые предварительно вакуумированы. После этого клапан закрывается. В одной из полостей имеется химиче ский поглотитель одной или нескольких компонент, что приводит к разности давлений и отклонению мембраны, регистрируемому потенциометрическим датчиком. Для по вышения скорости протекания реакции в некоторых ячей ках предусмотрен автоматический подогрев поглотителя после забора атмосферной пробы и закрытия клапана (в течение приблизительно 10 сек).
Аналогичный дифференциальный (манометрический) метод использовался для определения содержания азота. В газоанализаторе, установленном на «Венере-4», в каче стве поглотителя применялся цирконий. Метод основан на
О JO |
SO IWt,,сен |
Нзлейтронному Илону |
- |
Ш |
И) |
Рио. 32. Характеристика поглощения Н20 хлористым кальцием в зависимо сти от времени (а) и газоаналитическая ячейка для определения содержания в атмосфере Н20 электролитическим методом (б) [153].
хорошо известной способности азота образовывать с ме таллами при нагревании устойчивые нитриды. Использо вание его в значительной степени предопределялось ожи даемым значительным содержанием азота в венерианской атмосфере. Порошок циркония наносился на кварцевый капилляр и цементировался 20-процентным раствором кремнекислого натрия. Для более интенсивного протека ния реакции (рабочая температура около 800 °С) исполь зовалась зональная смесь (алюминий и перекись бария в соотношении 2:1) . Для исключения влияния на пока зания прибора С02, Н2О1 0 2, также поглощаемых Zr,
4 А. Д. Кузьмин, М. Я. Мэров
98 |
Гл. IV. СТРУКТУРА НИЖНЕЙ АТМОСФЕРЫ |
в камеру |
сравнения газоаналитической ячейки помеща |
лись КОН (для поглощения С02 и Н20) и фосфор (для по
глощения 0 2).
В газоанализаторах «Венеры-5 и 6» содержание N2
определялось путем измерения |
остаточного |
давления |
в ячейке после поглощения С02, |
0 2 и Н20. |
Последний |
метод более надежен, так как в присутствии большого количества С02 циркониевые поглотители действуют недо статочно стабильно. Содержания азота и инертных газов (если таковые присутствуют в атмосфере) не разделяются при таком методе анализа.
На второй схеме (рис. 29, б) показана газоаналитиче ская ячейка прибора Г-10 для определения малых содер жаний С02 по методу теплопроводности. Отличие этой схемы от предыдущей, по существу, состоит в том, что в этом случае вместо мембраны в качестве чувствитель ного элемента используются платиновые спирали, поме щенные внутри кварцевых капилляров и включенные в балансную мостовую схему. Поглощение С02 в одном из отсеков цилиндра приводит к изменению теплоотвода от одной из спиралей и, следовательно, к разбалансу моста, величина которого прокалибрована в единицах содержания С02.
При использовании манометрического метода для опре деления содержаний кислорода и водяного пара в газоана лизаторах «Венеры-4» в качестве поглотителей использо вались соответственно белый фосфор и хлористый каль ций. Характеристики поглощения этих атмосферных ком понентов указанными реактивами приведены на графиках рис. 31—32. Белая модификация фосфора получалась путем возгонки исходного красного фосфора и употребля лась на связке (раствор бихромата калия и силиката на трия) с целью обеспечения механической прочности. К со жалению, наличие примеси Н20 не обнаруживается этим методом. Хлористый кальций употреблялся в виде отсеян ной фракции с размером зерен 1—3 мм, после предвари тельного сплавления и измельчения без доступа влаги.
Более чувствительным методом для определения содер жания кислорода служит термохимический метод, прак тически реализованный на АМС «Венера-4, 5 и 6» в вари анте газоаналитической ячейки, показанной на рис. 31. Через спираль из тугоплавкого металла (вольфрама)
§ IV.2. АМС «ВЕНЕРА» |
99 |
диаметром 12 мкм пропускается электрический ток, ве личина которого зависит от сопротивления проводника. При наличии в объеме ячейки кислорода его реакция с вольфрамом приводит к резкому уменьшению сечения или перегоранию проводника, что обеспечивает пороговое определение содержания 0 2. Реакция имеет избиратель ный характер и не чувствительна к наличию С02 или N2.
Для порогового определения влажности атмосферы в га зоанализаторах АМС «Венера-4, 5 и 6» использовался электролитический метод. Принципиальная схема соот ветствующей газоаналитической ячейки показана на рис. 32. Метод основан на изменении электрического со противления влагосорбирующего вещества, в качестве которого использовался гидратированный фосфорный ан гидрид. 20-процентный водный раствор Р20 6 (метафосфорная кислота) наносился на наружную поверхность стек лянной катушки, вдоль которой была выполнена двух дорожечная винтовая нарезка с шагом 0,1 мм и намотана платиновая проволока диаметром 0,1 мм. Подача напря жения приводит к электролизу метафосфорной кислоты, которая в результате высушивания разлагается согласно реакции
2 Н Р 03-> Н 2 + 1 о а + р 2о 5.
Это в свою очередь приводит к увеличению сопротивления сорбирующего слоя. Наоборот, поглощение влаги при водит к падению сопротивления и к росту величины реги стрируемого тока. G целью сохранения в течение длитель ного времени низкой остаточной влажности над фосфор ным ангидридом после высушивания, датчик помещался пад щелочью.
Для определения возможного содержания аммиака в атмосфере Венеры на станции «Венера-8» был установлен газоанализатор, принцип действия которого основан на линейно-колористическом методе, т. е. на регистрации изменения цвета химческого реактива при реакции с NH3. В качестве такого реактива использовался тетрабромфенолсульфофталеин на прокаленном силикагеле, представляющий собой мелкозернистый порошок желтого цвета. Под воздействием аммиака он становится синим. Изменение цвета регистрировалось сернистокадмиевыми
4*