Евгений Попов - Автоматические космические аппараты

Лунной ночью задача была прямо противоположной: в темноте движение «Луноходов» не проводилось — КА фактически на 14 сут был законсервирован. При этом осуществлялись только кратковременные сеансы для получения телеметрической информации о значениях температуры в различных местах «Лунохода», давлении в отсеке, работе вентиляторов и т. д. Выделение тепла в этом случае было ничтожно. Крышка «Лунохода» закрьвалась, верхняя часть ее имела поверхность с большим коэффициентом поглощения и малой степенью черноты. Корпус «Лунохода» со всех сторон был закрыт экранно-вакуумной изоляцией, имелась она и на крышке. Но, несмотря на применение пассивных средств, их было недостаточно — аппарат остывал. Для поддержания теплового режима в заданных пределах необходим подвод тепловой энергии. В условиях лунной ночи поверхность Луны остывает примерно до -150 °C. Для поддержания в нормальных температурных условиях работу КА в систему терморегулирования был введен блок обогрева, имеющий в своем составе радиоизотопный источник тепла. Помещенный в блок обогрева еще на Земле, при предстартовой подготовке к запуску автоматического КА, радиоактивный элемент приводил в рабочее состояние данную систему. С этого момента от начала радиоактивного распада шел постоянный поток тепловой энергии, разогревающий блок обогрева до 500 °C.

Блок обогрева размещался в небольшом герметичном отсеке, расположенном на кронштейнах вне корпуса «Лунохода». После доставки «Лунохода» на Луну и при наступлении лунной ночи через отсек с помощью двух патрубков осуществлялось прохождение охладившегося воздуха из корпуса «Лунохода» и возвращение обратно по второму патрубку нагретого воздуха (циркуляция воздуха осуществлялась вентилятором). Тепловая энергия от радиоизотопного источника обогревала весь «Луноход», и лунным днем блок обогрева с помощью заслонки, расположенной в патрубке, отсекался от атмосферы корпуса «Лунохода».

Чтобы предотвратить перетекание избыточного теплового потока через конструкцию, блок обогрева соединялся с корпусом «Лунохода» через тепловые изоляторы как по кронштейнам, так и по патрубкам. Однако от блока обогрева путем лучеиспускания распространялся поток тепла, и для защиты корпуса «Лунохода» от этого потока на блоке обогрева был установлен параболический зеркальный экран. Он отражал лучистую энергию, идущую в сторону «Лунохода», и рассеивал се в окружающее пространство.

В отдельных случаях при создании систем терморегулирования КА приходится учитывать условия, резко отличные от условий космического пространства. Например, при исследовании Венеры от межпланетной станции перед подлетом к планете отделяется спускаемый аппарат, предназначенный для изучения химического состава и физико-механических свойств атмосферы и поверхности планеты. Условия на поверхности Венеры отличаются не только от земных, но и резко отличаются от факторов космического пространства. Температура у поверхности Венеры достигает почти 500 °C, а давление атмосферы — около 90 кг/см2. Мощный натиск давлсния и большого потока тепла заставляет принимать меры для сохранения работоспособности КА в течение времени, достаточного для решения поставленных задач.

Перед подлетом к Венере спускаемый аппарат «захолаживается» с помощью системы терморегулирования КА «Венера». По команде с Земли принудительно холодным воздухом температура спускаемого аппарата за 10 сут до подлета плавно понижается до -10 °C (холодный воздух поступает из холодного контура станции). Такое понижение температуры нужно для увеличения срока жизнедеятельности аппаратуры, находящейся внутри спускаемого аппарата при прохождении им атмосферы и после посадки па поверхности Венеры. За 2 сут до подлета, когда понижение температуры спускаемого аппарата заканчивается, он отделяется и летит к планете.

При входе аппарата в атмосферу возникают большие перегрузки и сильный аэродинамический нагрев, атмосфера вблизи спускаемого аппарата нагревается до нескольких тысяч кельвинов. Сохранение спускаемого аппарата от этого обеспечивается помещением его в шаровую конструкцию, наружная поверхность которой защищена термостойким покрытием на основе керамического или органического материала с наполнителем. Покрытие при торможении аппарата в атмосфере нагревается до температуры плавления и частично сублимирует, т. е. испаряется. Тогда как конструкция корпуса спускаемого аппарата не нагревается, так как между слоем термостойкого покрытия и конструкцией расположен слой термоизоляционного материала. При уменьшении скорости спуска шаровая конструкция пиросрсдствами делится пополам и отбрасывается, а спускаемый аппарат на парашюте и тормозном щитке опускается на поверхность.

Спускаемый аппарат снаружи одет в теплозащитную оболочку толщиной 100–150 мм из искусственного материала, обладающего хорошими теплоизоляционными характеристиками. Под оболочкой находится прочный и герметичный, выдерживающий давление 120 атм металлический корпус, в котором размещена вся научная и служебная аппаратура. Для устройств, проникающих в области с высокой температурой, для относительно длительного сохранения приемлемой температуры, при которой еще функционируют приборы, внутри создают полости, заполненные материалом, имеющим большую удельную теплоемкость.

Применяются также материалы со сравнительно низкой температурой фазовых преобразований, т. е. температурой перехода из одного агрегатного состояния в другое, что дает возможность стабилизировать на время температуру без ее повышения. В спускаемом аппарате межпланетной станции «Венера» используется металлический наполнитель для поглощения тепла (бериллий).

Для поддержания нормальных условий в месте установки радиокомплекса расположена емкость, заполненная азотнокислым литием. Температура фазовых превращений этого соединения около 30 °C, что дает возможность относительно длительное время стабилизировать температуру и значительно продлить срок активного существования автоматического КА па поверхности Венеры.

Система терморегулирования на всех этапах космического полета, т. е. при изменении солнечного излучения (что бывает при перелетах от планеты к планете), при выделении тепла от работы аппаратуры на борту КА и при работе на поверхности планеты в сложных температурных условиях, обязана поддерживать тепловой режим КА в узких пределах, необходимых для сохранения работоспособности всех систем.

Следует сказать, что для нормальной работы системы терморегулирования необходимо, чтобы радиатор-нагреватель всегда был обращен на Солнце, а радиатор-холодильник на теневую сторону. В то же время панели солнечных батарей должны освещаться Солнцем, а научная аппаратура направлена на интересующий ученых объект (Луну, планету или звезду). С такой задачей справляется система ориентации.