Испытания на воздействие микрометеоритных потоков
Работоспособность элементов изделия, расположенных на внешней поверхности космического аппарата, оценивается временем сохранения их параметров в нормах ТУ, определяемым главным образом траекторией КА. При высоте апогея #а < 400 км все элементы (включая солнечные батареи) сохраняют свою работоспособность не менее года.
Рассмотрим особенности испытаний на воздействие микрометеоритных частиц.
Работоспособность изделия может оцениваться при опытной эксплуатации КА. Для этого изделие размещается на его внешней поверхности и подвергается воздействию микрометеоритных потоков в период орбитального полета. С использованием систем бортовой телеметрии на командно-измерительные пункты передаются данные об энергетическом и временном распределении микрометеоритных потоков и об изменениях параметров функционирования испытуемого изделия. Данные об энергетическом и временном распределениях микрометеоритных потоков фиксируются с помощью пьезодатчиков, отмечающих каждый удар микрочастицы об их поверхность. При использовании возвращаемых блоков поверхность КА, испытывающая воздействие, после возвращения на Землю подвергается геометрическому (измерение размеров и числа микрократеров) и физикохимическому анализам. Эти испытания носят характер исследовательских, позволяющих получить необходимые данные для расчетов, а также контрольных, проводимых после совершенствования элементов (например, панелей солнечных батарей, астроориентаторов и др.).
Лабораторные испытания носят характер приемочных (для новых разработок) или определительных (для получения количественных значений параметров работоспособности аппаратуры). Они проводятся в лабораторных условиях с использованием ускорителей на сжатых газах, электромагнитных и водородных источников, взрывных ускорителей с кумулятивными зарядами, плазменных и лазерных ускорителей, электростатических ускорителей разных типов.
В электростатическом ускорителе микрочастицы разгойяются электрическим полем. При потенциале 3 мВ скорость твердых частиц с массой 10”13—10"9 г при удельной плотности 0,5—8 г/см3 достигает 10—30 км/с. Общая плотность потока составляет 103—104 частица — м“2 — с*”1.
В космосе метеоритные частицы имеют различную плотность: железоникелевые — около 7,8 г/см3, каменные — 3 г/см3, частицы пыли — 0,3 г/см3; более крупные частицы имеют более рыхлую структуру. Плотность потока метеоритных частиц убывает с ростом их массы. Для микрометеоритов с диаметром в десятые доли микрометров и массой 10“13 г плотность потока близка к 10-2 частица-м“2 — с-1, а для микрометеоритов диаметром в десятые доли миллиметра плотность потока составляет 10"8—10~9 частица м"2 -с"1. В связи с этим вероятность столкновения КА с крупными метеоритами весьма мала.
При ударе микрочастицы в кратере за счет тепловыделения происходит расплавление материала бомбардируемой поверхности объекта испытания, образуются капельки жидкости (расплава), при застывании которых на стенках кратера оседает пленка. Именно оседание этой пленки вызывает необратимые изменения свойств поверхности ОИ.
При правильном выборе режима ускорителя время формирования пленки должно быть значительно меньше • времени остывания, тогда будут имитироваться условия процесса, вызывающего изменения свойств поверхности ОИ: обратимый процесс нагрева и необратимый процесс осаждения пленки
В последнее время для имитации микрометеоритных потоков при лабораторных испытаниях используют воздействие мощных импульсов лазерного излучения, дающих те же эффекты.