Экспериментальные высокотемпературные установки для отработки теплозащитных покрытий

Для экспериментального исследования разрушающихся теплозащитных материалов используют различные высокотемпературные установки, в их числе:

стендовые ракетные двигатели;

установки с электродуговым нагревом воздуха и других газов;

ударные трубы;

установки радиационного нагрева и др.

Рассмотрим основные требования, которые предъявляются к установкам для испытания разрушающихся теплозащитных материалов.

1. Температура набегающего газового потока должна быть выше температуры фазовых превращений материала.

2. Установка должна обеспечивать возможность нагрева различных газов и газовых смесей необходимого состава в определенном диапазоне температур, давлений и скоростей истечения.

3. Время стабильной работы установки должно изменяться от нескольких секунд до минут.

4. Набегающий на модель поток должен быть однородным по температуре, давлению и скорости.

В струях стендовых ракетных двигателей воспроизводятся величины энтальпий торможения до 6000 - 8000и скорости потока порядка 3000. В настоящее время эти установки являются по существу единственными, в которых при сравнительно высокой температуре можно в течение длительного времени получать турбулентный режим обтекания испытуемых моделей. Серьезным недостатком испытаний материалов в струях стендовых ракетных двигателей является то, что химический состав потока не соответствует, как правило, реальным условиям работы материалов. Это обстоятельство затрудняет изучение механизма разрушения материалов, для которых химические реакции при разрушении играют определяющую роль. Кроме того, при испытаниях в струях ракетных двигателей материалов с высокой температурой разрушения, порядка 3000, вследствие малости перепадов энтальпий (-) поперек пограничного слоя неизбежно появляются большие погрешности в определении величины теплового потока к разрушающейся поверхности.

В настоящее время наилучшим средством получения высокотемпературных потоков в течение продолжительного времени является нагрев воздуха или других газов с помощью электрической дуги. Известные электродуговые подогреватели (плазмотроны) можно разделить на несколько типов, схематично изображенных на представленных ниже рисунках, заимствованных из монографии [7].

Простейшее устройство для подогрева газа - это свободно горящая в воздухе электрическая дуга (рис. а), на оси которой может достигаться температура до 7000 . Если через такую дугу вдоль ее оси принудительно продувать газ, то мы получим схему простейшего устройства для электродугового подогрева газа (см. рис. б). В разрядной камере происходит переход электрической энергии в тепловую энергию газа, и затем газ в виде струи вытекает через сопло с большой скоростью. Температура газа, нагретого в таком устройстве, намного превышает температуру фазовых превращений теплозащитных материалов; химический состав газа практически может быть любым.

Тепло от дуги распространяется теплопроводностью, излучением и конвекцией. Излучение играет существенную роль только при высоком давлении. В балансе энергии в дуговом столбе важную роль играет диссоциация газа, а также диффузия ионов и молекул. Теплопроводность обуславливает теплообмен с холодными частями подогревателя. За счет конвекции осуществляется в основном передача тепла от дугового столба к обтекающему его газу.

На приведенных рисунках приняты следующие обозначения: 1 - катод; 2 - анод; 3 - вход рабочего газа; 4 - дуга; 5 –истекающая из плазматрона струя горячего газа; 6 - электрически нейтральная вставка; 7 – дополнительный подвод инертного газа; 8 - межэлектродная вставка; 9 - магнитная катушка.

Из различных вариантов электродуговых подогревателей можно выделить плазмотроны, характерной особенностью которых является нахождение на одной оси дугового разряда и истекающей струи (рис. ). При такой схеме не происходит смешения подогретого газа в сопле и за счет этого достигается максимальная температура в струе. Максимальная температура газа, получаемая на таких электродуговых подогревателях, в зависимости от выбора схемы нагрева, вида рабочего газа и уровня подводимой мощности, составляет.

На рисунках ив качестве материала катода используется вольфрам или тарированный вольфрам. В большинстве установок электроды, сопла и другие элементы разрядной камеры выполняются из охлаждаемой водой меди.

На рис. изображен электродуговой подогреватель с межэлектродной вставкой. За счет этого при увеличении тока увеличивается также и его плотность, что связано с ограничением диаметра дуги внутренней поверхностью межэлектродной вставки. Это приводит к повышению температуры нагрева газа. Так, если максимальный уровень среднемассовой температуры газа в подогревателях типа, указанных на рисункахи, составляет 7000, то в подогревателях с межэлектродной вставкой достигаются температуры 10000и выше. Кроме того, вольт - амперные характеристики у них также различны. У подогревателей линейной схемы (рис. и) вольт - амперная характеристика носит падающий характер, а у подогревателя с межэлектродной вставкой - возрастающий.

Для уменьшения эрозии электродов в местах соприкосновения опорных пятен дуги с поверхностью электрода дуга быстро перемещается по его поверхности с помощью газодинамических сил (рис. ), внешнего магнитного поля (рис. ) или их совместного воздействия (рис.). Вихревая и магнитная стабилизация дуги уменьшает диаметр разряда и позволяет повысить температуру в струе. Для того чтобы уменьшить вредное влияние закрутки потока, связанной с вихревой или магнитной стабилизацией дуги, выход газа устраивают сбоку или по касательной к линиям тока (см. рис.). Эта же схема позволяет уменьшить долю примесей, попадающих в поток при разрушении электродов, путем отсоса газа из приэлектродных зон.

Для повышения мощности подогревателя предусматривают питание ресивера горячим газом от нескольких дуг. Обычно в одну дугу удается “ вложить” ограниченную полезную мощность, что связано с выделением тепла в катодном и анодном пятнах на электродах и трудностями охлаждения последних. Эффективным способом повышения температуры нагрева газов является стабилизация дуги сжиженными газами или водой (сильное обжатие дуги).

Мощность известных электродуговых подогревателей составляет от 100 до 10и даже более. Продолжительность стабильной непрерывной работы колеблется от 30до нескольких десятков минут. Эти нагреватели обеспечивают при непрерывной работе получение газового потока с давлением отдопри уровне энтальпии газового потока от 4000 до 200000. При этом плотность теплового потока к моделям может достигать 1000 - 50000и более.

Однако электродуговым нагревателям свойственны и следующие недостатки:

газовый поток загрязняется продуктами эрозии электродов (концентрация загрязнения достигает нескольких десятых процента). Диаметр струй недостаточен, а их параметры неоднородны. В струе имеют место пульсации температуры, плотности, скорости и др., распределение этих параметров по сечению недостаточно удовлетворительное. Но несмотря на это, газодинамические установки с электродуговым подогревом являются в настоящее время наиболее подходящими для экспериментального изучения процесса разрушения теплозащитных материалов.

Для испытаний материалов может также применяться ударная труба непрерывного действия. Установка представляет собой вращающееся устройство (ротор) с несколькими ударными трубами, из которых горячий сжатый газ поступает в коллектор (ресивер или камеру), а оттуда в сопло. При высоких давлениях в камере этой установки (до ) воздух нагревается всего лишь до температуры порядка 3500. Широкого распространения установки такого типа не получили.

Для изучения прогрева теплозащитных материалов используются установки с радиационным нагревом, где в качестве источника высокой температуры применяются угольные дуги, шаровые дуговые лампы с ксеноновым наполнением и даже энергия Солнца (гелиоустановки).

Лекция N15

Тема лекции: Испытания на воздействие радиационных факторов и магнитных полей. Электрические испытания.

Источники ионизирующего излучения

В процессе эксплуатации КА подвергается воздействиям ионизирующих излучений, которые могут вызвать необратимые изменения свойств материалов КА и особенно электрических параметров приборов и изделий, содержащих электронные блоки. По составу частиц ионизирующие излучения подразделяются на следующие основные виды: гамма - излучение (), нейтронное (), электронное (), протонное ().

Основными характеристиками ионизирующего излучения являются энергия частиц, выражаемая в электрон-вольтах (), и плотность потока частиц, выражаемая числом частиц, проходящих через единицу времени через единицу площади. Другими характеристиками. В реальных условиях ионизирующие излучения имеют обычно сложное распределение частиц по энергиям - энергетический спектр. Уровень воздействия проникающей радиации зависит от времени воздействия излучения с данной плотностью потока на вещество и выражается числом частиц, прошедших через площадку в 1за время облучения интегральным потоком. Другими характеристиками воздействия на вещество излучения со сложным энергетическим спектром является дозаи мощность дозы - значение дозы, отнесенное к единице времени.

Действие ионизирующих излучений на материалы и изделия можно разделить на импульсное (протекающее очень короткое время) и непрерывное (длительное). Воздействие непрерывной проникающей радиации особенно сильно сказывается на электронике КА. Оно приводит к постепенному необратимому изменению электрических параметров приборов и изделий на борту КА, вызываемому в основном смещением атомов, т. е. нарушением в структуре материала, а также незначительным изменением химического состава (активацией). Импульсная радиация, действующая короткое время (), наряду с необратимым изменением электрических параметров изделий электронной техники, создает очень большую плотность ионизации как в самих облучаемых изделиях, так и вокруг и изделий (ионизация воздуха). Это, как правило, приводит к обратимому изменению электрических параметров изделий. Поэтому при исследовании необратимых изменений электрических параметров материалов и изделий электронной техники изучается их зависимость от интегрального потока частиц или дозы облучения, а при исследовании обратимых изменений - их зависимость от плотности потока или мощности дозы.

Источниками радиоактивного излучения в околоземном пространстве являются:

- потоки космических лучей, включающие в себя первичное космическое (галактическое) излучение и корпускулярное излучение Солнца, возникающее при интенсивных хромосферных вспышках на Солнце;

- радиационные пояса Земли (естественные), расположенные на расстояниях от нескольких сот до нескольких десятков тысяч километров от поверхности Земли.

Первичные галактические лучи, движущиеся в межзвездном пространстве, представляют собой ядра различных химических элементов. Эти частицы обладают очень высокой энергией (до ), но плотность потока этих частиц настолько мала, что доза облучения за год будет составлять не более 1 – 10.

Солнечное космическое излучение наблюдается только в период солнечной активности (во время вспышек) и продолжается короткое время (до 4 суток). Оно состоит в основном из протонов (85 %) и небольшого количества - частиц и ядер легких элементов и имеет энергию. Максимально возможные годовые дозы для протонов солнечных космических излучений могут составить величину порядкана поверхности объекта иза слоем защиты 1.

Радиационные пояса Земли (внешний и внутренний), состоящие главным образом из протонов и электронов, изменчивы по плотности потоков и энергетическому спектру частиц, что связано в основном с процессами, происходящими на Солнце, при этом внутренний радиационный пояс мало подвержен временным изменениям, а внешний, наоборот, подвержен очень сильно.

Источники радиации, применяемые при экспериментальных исследованиях

Для исследования радиационной стойкости радиоэлектронной аппаратуры в качестве источников нейтронного, электронного, протонного и излучений широкое применение получили различные исследовательские ядерные реакторы импульсного и непрерывного действия, импульсные генераторы нейтронов, импульсные реакторы, импульсные рентгеновские установки, ускорители электронов и- установки непрерывного действия.

Источники нейтронов Нейтроны образуются только в результате ядерных реакций. В качестве источников нейтронов можно использовать радиево-бериллиевые источники, в которых образование нейтронов происходит в результате ядерной реакции взаимодействия ядер бериллия с- частицами радия с образованием ядер углерода и нейтронов. В качестве источников нейтронов можно использовать также ядерные реакции, происходящие при бомбардировке некоторых материалов (дейтерий, бериллий, литий) заряженными частицами (дейтронами,частицами и др.) на ускорителях заряженных частиц. Однако отмеченные источники нейтронов моноэнергетичны и имеют относительно малый выход нейтронов. Наиболее мощными источниками нейтронов являются исследовательские ядерные реакторы на тепловых, промежуточных и быстрых нейтронах. По принципу работы все реакторы делятся на импульсные, развивающие большую мощность при очень коротком времени функционирования (), и статические (длительного действия). Для испытаний и исследований материалов и изделий электронной техники на воздействие импульсной радиации ядерного взрыва и непрерывное воздействие радиации ядерных энергетических установок широко используются исследовательские ядерные реакторы как импульсного, так и статического действия.

Ускорители заряженных частиц Ускорители - это устройства, в которых используется эффект ускорения заряженных частиц под действием электрического поля. Основными характеристиками ускорителя являются энергия ускоренных частиц и ток пучка частиц. Первыми наиболее простыми типами ускорителей заряженных частиц были электростатические генераторы, действие которых основано на использовании прямого ускорения заряженных частиц в электрическом поле. Недостатком таких ускорителей является трудность получения заряженных частиц с высокими энергиями (ваше нескольких мегаэлектронвольт). Дальнейшее развитие и совершенствование техники ускорения заряженных частиц шло по пути использования высокочастотного электрического поля. Ускорители, основанные на ускорении заряженных частиц с помощью высокочастотного поля подразделяются на линейные и циклические. Кроме того, ускорители подразделяются по виду орбиты частиц, ускоряющему электрическому полю, приложенному магнитному полю. В зависимости от типа ускорителя пучок заряженных частиц, выходящий из него, может быть непрерывным, импульсным и состоящим из одного или большего числа сгустков, следующих один за другим с большой частотой.

Генераторы коротких импульсов жесткого рентгеновского излучения.

Для исследования радиационных эффектов в материалах и изделиях электронной техники при импульсном воздействии радиации широко используются мощные генераторы коротких импульсов рентгеновского излучения, основой которых являются сильноточные импульсные электронные ускорители. Такие генераторы при диапазоне рабочих напряжений порядка и импульсных токах через рентгеновскую трубки порядка-дают возможность получить импульсы рентгеновского излучения продолжительностьюс при мощности дозы вблизи выходного окна рентгеновской трубки дона расстоянии 1от анода рентгеновской трубки.

Гамма установка. В качестве источников- излучения в настоящее время могут применяться радиоактивные изотопы химических элементов (либо их смесь), излучающие тормозноеизлучающие моноэнергетические группы- квантов, и ускорители электронов, излучающие тормозное- излучение с непрерывным спектром при торможении электронов в поле ядер мишени. Широкое применение для различных исследований радиационных эффектов в материалах и изделиях радиационной техники получили изотопные источники- излучения, у которых в качестве излучателей используются радиоактивные изотопыс периодом полураспада 5,3.

Испытания на воздействие магнитных полей

Электромагнитное излучение Солнца вызывает фотоионизацию или фотоэлектронную эмиссию, ведущую или к утечке заряда, если аппарат заряжен до высоких потенциалов. Скапливающийся на выступающих частях КА электростатический заряд создает помехи в радиосвязи. Заряды, появляющиеся на КА вследствие фотоионизации, соответствуют пространственным потенциалам этих аппаратов, достигающим в отдельных случаях 100 .

Изделие должно быть стойким к воздействию электромагнитных излучений, то есть оно должно выполнять свои функции и сохранять параметры в пределах установленных норм во время и после действия электромагнитных излучений. Поэтому агрегаты КА испытывают при одновременном воздействии электрической и магнитной составляющих электромагнитных излучений, которые создаются генераторами электромагнитного излучения. Изделие помещают в зону поля электромагнитного излучения стенда с подключением контрольно - измерительной аппаратуры для проверки функционирования изделия. Размеры испытуемого изделия должны быть в несколько раз меньше соответствующих размеров рабочей зоны стенда. В процессе испытаний изделия последовательно поворачивают по трем ортогональным осям относительно векторов электрического и магнитных полей. В процессе и после воздействия электромагнитных излучений производят регистрацию параметров, определяющих работоспособность изделия. Если аппаратура в процессе и после воздействия электромагнитного импульса с характеристиками, соответствующими нормам испытаний, сохраняет свои параметры в пределах норм, установленным в нормативно - технической документации, и после него сохраняет работоспособность при воздействии механических нагрузок и температур, оговоренными в программе испытаний, то стойкость аппаратуры соответствует заданным требованиям.

Испытания на стойкость к воздействию электромагнитного импульса рекомендуется проводить до проверки работоспособности при воздействии механических и тепловых нагрузок.

КА подвергается и испытаниям на воздействие внешних магнитных полей. Для этого его помещают в зону, имеющую равномерное магнитное поле. Изделие подвергается воздействию постоянного и переменного магнитного полей в соответствии с реальными условиями эксплуатации. Изделие считается выдержавшим испытание, если во время и после испытания его характеристики соответствуют требованиям, установленным в технических условиях на изделие.

Электрические испытания

Электрические испытания приборов и систем проводятся с целью проверки электрической прочности, сопротивления изоляции и с целью проверки нормального функционирования электрических цепей КА при отклонении напряжения и частоты питания от номинальных значений.

Под электрической прочностью понимается способность электрической изоляции выдерживать действие приложенного к ней электрического напряжения. Она определяется значением напряжения, при котором наступает пробой, пробивным напряжением. Пробивное напряжение зависит от шероховатости поверхности, наличия масла, влаги, пыли, гигроскопичности и т. п. Номинальное напряжение, приложенное к изоляции изделия при нормальном функционировании, меньше пробивного.

Под воздействием приложенного напряжения электроизоляционные материалы проявляют свойства электропроводности. Электропроводность диэлектриков намного ниже, чем у проводников, но тем не менее эта характеристика диэлектриков играет важную роль в функционировании оборудования. Ток утечки диэлектрика имеет две составляющие: ток, проходящий по его поверхности, и ток, проходящий через диэлектрик. Отношение напряжения, приложенного к диэлектрику, к силе тока утечки называется сопротивлением изоляции. Сопротивление зависит от механических воздействий, температуры, проникающего излучения, состояния поверхности диэлектрика, качества обработки, сборки, пропитки и т.п. Проверку сопротивления изоляции проводят, как правило, в нормальных климатических условиях после проверки на воздействия механических и климатических факторов. Нижний предел сопротивления изоляции должен быть:

- не менее 20 в холодном сухом состоянии;

- не менее 2 в нагретом состоянии;

- не менее 1 в увлажненном состоянии.

Электрическая прочность и сопротивление изоляции проверяются на собранных блоках или системах:

- между электрическими цепями и металлическими изолированными частями приборов;

- между разъединяющимися в процессе функционирования электрическими цепями;

- между электрически несоединенными цепями.

Причем вначале проверяется электрическая прочность, а затем измеряется электрическое сопротивление изоляции. Объем электрических испытаний определяется нормативно - технической документацией.

При испытании изделия на воздействие отклонения напряжения питания сначала устанавливают напряжение, равное номинальному значению, и после стабилизации работы изделия проводят проверки характеристик, установленных в технических условиях на изделие. Затем напряжение питания увеличивается до верхнего предельного значения и после стабилизации изделия проверяют требуемые характеристики. Выбирают плавный или скачкообразный режим изменения напряжения в зависимости от конкретных условий эксплуатации. Точно также напряжение питания уменьшают до нижнего предельного значения и после стабилизации работы изделия проверяют требуемые характеристики. Изделие считается выдержавшим испытание, если при измененных значениях напряжения питания (увеличении или уменьшении) его характеристики находятся в пределах норм, установленных в технических условиях на изделие.

Аналогичным образом проводят испытания на воздействие отклонения частоты питания.

Лекция N16

Тема лекции: Предстартовые испытания и подготовка к летным испытаниям КА.

Испытания КА на технической позиции (ТП). [1]

Доставленные в монтажно-испытательный комплекс (МИК) и расконсервированные после транспортировки отдельные части КА должны до сборки КА и установки его на РН испытания на технической позиции (ТП) с целью подтверждения способности конструкции удовлетворять всем требованиям эксплуатации в условиях, воссоздание которых возможны на ТП, а также с целью выявления скрытых дефектов в материалах и производственных процессах.

Сначала осуществляется входной контроль комплектующих приборов, агрегатов, систем. Как правило, после изготовления комплектующих узлов, приборов, отдельных подсистем изготовитель проводит свои испытания в соответствии с техническими условиями (ТУ) на поставку этих изделий. Однако поскольку у разных изготовителей таких изделий имеются отличия в технологических процессах, оснастке, методах контроля и т.д., а также поскольку транспортировка изделий от изготовителя до места сборки и хранения их могут повлиять на качество, то перед монтажом комплектующих изделий в системы или перед монтажом на КА проводится входной контроль. Этот контроль иногда может быть всего лишь визуальным, а в ряде случаев в соответствии с ТУ он может проводиться по полной программе проверки всех качеств изделия. Этот этап в большинстве случаев проводится в ходе заводских работ по изготовлению отдельных блоков КА, а также когда отдельные приборы или узлы доставляются для их установки или замены в условиях испытательного полигона.

Затем проводятся автономные испытания систем до монтажа их на КА. В соответствии с конструктивными особенностями систем и принятой технологией сборки отдельные элементы до их постановки на КА должны быть смонтированы и согласованы как единая система. В этом случае должны быть испытаны и проверены необходимые характеристики этой системы после проведения монтажных работ и регулировки отдельных приборов, узлов или монтажных связей.

3) Проводятся автономные испытания систем после монтажа на КА. Монтаж отдельных составляющих систем (подсистем), подключение их к единой электрической кабельной сети, к общей пневмогидравлической системе, установка в герметизированных отсеках КА и др. Могут существенно изменить какие - то качества этих систем, а также тех систем, с которыми они состыковались. Созданные вновь монтажные связи еще не проверялись, поэтому необходим значительный объем автономных испытаний после монтажа систем на КА. Объем испытаний определяется конструктивными и технологическими особенностями этих систем. Испытания могут проходить как на заводе, так и при подготовке изделия на испытательном полигоне.

Объем и сложность работ, проводимых при испытаниях на ТП, зависят от типа КА.

Общими задачами испытаний всех типов КА являются:

1) Проверка герметичности и теплового состояния отсеков КА в условиях, грубо имитирующих экстремальные тепловые условия в космосе.

2) Определение динамических параметров КА: массы объекта, центровки (балансировки), моментов инерции, угловой скорости вращения и времени раскрытия агрегатов.

3) Проверка функционирования электрических систем и герметичности отсеков при вибрации.

4) Исследование радиочастотных взаимосвязей и интерференции, совместимости диаграмм направленности антенн радиосистем командных и измерительных линий и линий связи.

5) Проверка пиротехнических средств и других систем, определяющих необратимые операции.

6) Испытания по готовности каждой системы КА.

7) Комплексные проверки КА по выполнению всех штатных операций данной программы полета, а также возможности выхода из нештатных ситуаций при вероятных отказах систем КА или носителя.

Осмотр, испытания, сборка и комплексные проверки КА происходят в монтажно-испытательном корпусе космических объектов (МИК КО).

Испытаниям на герметичностьподвергается вся конструкция в целом, а также отдельные герметичные отсеки. Исходя из требований высокой надежности КА и обнаружения возможной негерметичности на более раннем этапе подготовки КА, испытания на герметичность проводят после доставки КА на ТП, после каждой монтажной и сборочной испытательной операции, могущей повлиять на герметичность, а также перед заправкой КА или стыковкой его с ракетой - носителем. Основной способ проверки КА на герметичность - испытание его в барокамере.

Перед началом испытаний герметичные отсеки КА заполняются безопасным для конструкции и не вызывающим коррозию текучим газом определенной концентрации. Если гермоотсеков несколько, то они индивидуально надуваются различными газами, что облегчает локализацию течей. Виды и концентрация применяемых газов устанавливаются в технических условиях (ТУ) на КА. Обычно используется гелий, а в ряде случаев – сухой азот. Давление газа внутри отсека устанавливают номинальным, обычно , а при первых конструкторских испытаниях иногда давление поднимается до. КА устанавливается в барокамере, в которой понижается доили ниже. Длительность испытаний зависит от типа КА устанавливается ТУ на КА.

Интенсивность утечки измеряется с помощью масс - спектрометра. Допустимая суммарная утечка устанавливается в ТУ на КА. Если при испытаниях необходимо определить место негерметичности, то обычно применяют способ гелиевого течеискателя, для этого испытуемый объект заполняют смесью гелия с воздухом или азотом определенной концентрации под избыточным давлением и обходят его наружную поверхность гелиевым течеискателем. При появлении гелия на поверхности объекта, свидетельствующем о локальной негерметичности, отклоняется стрелка индикатора течеискателя и изменяется тембр звукового сигнала.

В тех случаях, когда объект по габаритам не может быть помещен в барокамеру или испытуемый объект (отсек) находится внутри КА, герметичность проверяют по спаду давления: испытуемый объект заполняют сжатым воздухом или газом и в течение определенного промежутка времени по манометру фиксируют величину спада давления.

При проверке теплового состояния отсеков КАв условиях, грубо имитирующих экстремальные (максимально и минимально возможные) внешние тепловые нагрузки в космосе попутно проводятся испытания на коронный разряд. Целью испытаний на коронный разряд является подтверждение того, что на испытуемом объекте в процессе перехода его к условиям вакуума не появляются существенные электрические разряды. При таких испытаниях вакуумирование тепловакуумной установки до давления порядкадолжно осуществляться по программе, согласующейся с программой вывода КА в космос. После завершения этого эксперимента откачные средства вакуумной установки должны вывести камеру на уровень давлений ниже, чем. На стенках камеры формируется температура, при которой поверхность испытуемого объекта подвергается воздействию минимально возможным осредненным по поверхности расчетным внешним тепловым нагрузкам. При этом проверяется внутреннее тепловое состояние объекта. После проведения такого испытания температура стенок камеры повышается до уровня, при котором излучение этих стенок обеспечивает на поверхности испытуемого максимально возможные осредненные по поверхности расчетные внешние тепловые нагрузки. Как и в предыдущем случае проверяется внутреннее тепловое состояние объекта.

Определение массы, центровки и моментов инерции необходимо для расчета характеристик КА при запуске и его ориентации во время вывода на орбиту и орбитального полета, а также на режимах управляемого спуска. Центровка и моменты инерции должны быть определены для состава КА в период работы последней ступени и для его орбитального состава, если он отличается от первого. Центровка и моменты инерции (относительно оси вращения, а также максимальные и минимальные относительно поперечных осей) определяются на незадействованном КА и сравниваются с проектными значениями.

Испытания в рабочем режиме вращения и проверка раскрытия агрегатовподтверждают устойчивость КА к нагрузкам, возникающим при вращении. Во время этих испытаний электрические и механические системы КА должны находиться в рабочих режимах. Испытания проводят в специальной камере с максимальным приближением к реальным условиям нагружения при вращении. При этих испытаниях КА с работающими системами раскручивается до реальной скорости вращения в соответствии с заданной программой. Также в штатной последовательности должны быть проверены все устройства, раскрываемые под действием центробежной силы и с помощью специальных средств. При этом целесообразно специальное регулирование атмосферного давления и применение других мер для предотвращения или ослабления нежелательных влияний силы тяжести.

Виброиспытания КАследует проводить для нагружений, соответствующих работе двигательных установок, входящих в состав КА и возбуждающих виброперегрузки при включениях, для нагружений, создаваемых синусоидальными вибрациями, и нагружений, создаваемых случайными вибрациями. При испытаниях первого вида КА прикрепляется к вибратору в точках крепления двигателя. Раскрывающиеся элементы и панели КА при этом должны быть раскрыты в соответствии со штатным режимом. Уровни виброперегрузок и порядок их приложения должны быть записаны в ТУ. При проведении виброиспытаний второго и третьего вида КА прикрепляется к вибровозбудителю (вибратору) с помощью штатного переходного устройства (отсека) и штатной системы крепления. Виброперегрузки прилагаются к основанию переходного устройства в каждом из трех взаимно перпендикулярных направлений, одно из которых параллельно оси тяги.

Герметичные отсеки должны быть надуты до давления, превышающего предстартовое на . КА должен находиться в рабочем режиме старта. Осуществляется проверка функционирования всех систем и телеметрии, работающих во время старта. Антенны и другие приборы, раскрывающиеся или изменяющие свою форму после вывода на орбиту, при испытании должны находиться в стартовом положении. Для контроля виброперегрузок, прилагаемых к КА, на стыке переходного устройства с нагружающим приспособлением вблизи КА жестко устанавливается тарированный датчик перегрузок. Направление оси чувствительности этого датчика должно быть согласовано с направлением прилагаемых вибраций. Другие датчики устанавливаются в критичных местах на конструкции и на системах КА в соответствии со специальными требованиями к агрегатам, динамическими расчетами и т.д. Частоты синусоидальных вибраций назначаются в соответствии с динамическими расчетами в достаточно широком диапазоне от 10 до 2000. Перегрузка выбирается в пределах от нуля до максимума 1,5 - 2,0 на малых частотах и 5 - 7 на больших частотах. Особое внимание обращают на выявление резонансных режимов, особенно на частотах порядка 30. Испытания в условиях случайных вибраций с распределением по закону Гаусса проводят в пределах частот 20 - 2000с перегрузками (среднеквадратичными) 8 - 12 продолжительностью 2 - 4по каждой оси.

Испытания на радиочастотную интерференцию и совместимостьимеют целью проверку взаимовлияния систем. Электрические и электронные системы и оборудование КА должны удовлетворительно работать не только в отдельности, но и в совокупности с радиооборудованием носителя и наземных средств, а также в непосредственной близости к радиооборудованию командных, измерительных, радиотелеметрических, радиолокационных и других систем радиосвязи. Это означает, что радиочастотная интерференция от этих и других источников не должна оказывать вредное влияние на КА. Кроме того, КА не должен быть источником помех и интерференционных влияний на свои собственные системы, на системы носителя и наземное контрольное оборудование.

На каждом КА проводится определение диаграммы направленности каждой антенны. Особенно тщательно проверяются диаграммы остронаправленных антенн (ОНА). Испытания проводиться до тех пор, пока результаты измерений не будут соответствовать требованиям проекта.

Испытания на устойчивость пиротехнических устройствпротив высоковольтного разряда, вызванного накоплением электростатических зарядов, и на устойчивость против блуждающих токов. Испытания проводятся с целью предотвращения возможности преждевременного срабатывания пиротехнических устройств. Аналогичные проверки проводят и для ряда других систем, определяющих необратимые операции, например электроклапанов для выравнивания давления в гермоотсеках и других устройствах.

Испытания по проверке готовности системы, входящей в состав бортовых систем КА, или так называемые автономные испытания систем, проводят после окончания сборки и монтажа этих систем и подключения их к единой бортовой электрокабельной сети КА. Проводятся испытания электрических цепей в обесточенном состоянии и под током, проверяется целостность изоляции цепей и отсутствие замыканий на корпус. Испытываются на герметичность пневмогидравлические системы, электропневмоаппаратура и электромеханические устройства автоматики.

После получения положительных результатов автономных испытаний переходят к комплексным испытаниям. Они проводятся в определенной последовательности для проверки типовых сочетаний одновременно работающих систем, и число таких испытаний довольно значительное. Результаты комплексных испытаний должны подтвердить, что все операции, предусмотренные программой данного полета, выполняются по жесткой программе, зафиксированной в системе программного управления КА, которая управляет работой различных электромеханических и пиротехнических устройств в заданной последовательности. Примерами операций при такого рода программном управлении являются: отделение КА от носителя, ориентация и стабилизация КА в заданном направлении при запуске и работе тормозных двигателей, раскрытие парашюта и начало работы посадочных средств.

Кроме того, результаты комплексных испытаний должны подтвердить, что все предусмотренные команды, выдаваемые командной радиолинией (КРЛ), выполняются бортовыми системами. Для пилотируемых КА проводятся комплексные проверки нештатных ситуаций, при которых экипаж переходит на ручное управление, вручную включает резервные или аварийные системы или совершает другие возможные операции для выхода из аварийных ситуаций. Аналогично отрабатываются действия операторов наземных пунктов управления полетом при выходе из возможных нештатных ситуаций.

Испытания ЛА в целом

После получения положительных результатов испытаний КА транспортируется в монтажно-испытательный корпус для стыковки с ракетой носителем. До сборки с ракетой-носителем предусматривается заправка КА компонентами топлива, сжатыми газами, рабочими телами систем терморегулирования, жизнеобеспечения, системы ориентации и др. Заправка происходит на специальной заправочной станции.

КА устанавливается на подготовленный к сборке РН. Вслед за установкой и стыковкой КА и проведением сборочно-монтажных работ проводятся автономные и комплексные испытания на уровне сборки РН и КА в целом. В ходе сборочно-монтажных работ при стыковке ракетных блоков и приборного отсека ракеты - носителя и КА целый ряд отдельных блоков с помощью разъемных соединений объединяется в системы ракеты - носителя и КА. Автономным испытаниям подвергаются системы, по которым велись сборочно-монтажные работы, комплексным испытаниям – группы связанных систем и ЛА в целом.

Проводятся комплексные испытания на технической позиции (ТП) в штатных и нештатных ситуациях на функционирование циклограмм пуска и полета, с имитаторами наземного оборудования и систем, выполняющих необратимые операции. После проверки исправности всех систем на ТП проводятся комплексные испытания ЛА на выполнение каждой штатной операции по управлению подготовкой, проведением пуска и выполнению каждой операции по включению и выключению всех систем в соответствии с программой предстоящего полета. Однако при этом испытания происходят при неполной комплектации систем, а также с подключением имитаторов систем, выполняющих необратимые операции (например, пиротехнических средств, наполнителей пневмогидравлических систем, ДУ, элементов разрыва связей системы разделения и т.п.). Кроме того подключаются имитаторы оборудования и связей наземного комплекса. Проводятся также испытания на функционирование КА в нештатных ситуациях. Это прежде всего поканальная проверка резервированных систем, проверка функционирования систем безопасности и спасения, которые могут быть проверены только в условиях выдачи (или имитации) команды аварийной ситуации. Проверяется также работа комплекса и в ряде других нештатных ситуаций, которые не предусмотрены как аварийные. В этих случаях отрабатываются действия операторов наземных пунктов управления полетом и экипажа КА при выходе из нештатных ситуаций. Проводятся и комплексные испытания по отработке алгоритмов и программ бортовых вычислительных машин и управляющих автоматизированных устройств подготовки и проведения пуска и блокировок в случае нарушения последовательности операций, невыполнения операций или выдачи ложных команд.

После завершения общих испытаний проводятся комплексные проверки в условиях имитации пуска и полета. При этом проверяется функционирование всех систем ЛА в процессе выполнения последовательности всех операций, предусмотренных циклограммами пуска и полета. Цель этих комплексных испытаний - подтверждение правильности функционирования систем ЛА при имитации нормального профиля траектории в соответствии с полетным заданием на данный запуск ЛА. При положительных результатах испытаний ЛА готов к отправке на стартовую позицию.