RU2778479C1 - Method for outgassing structural elements of spacecraft in ground conditions - Google Patents
Method for outgassing structural elements of spacecraft in ground conditions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2778479C1 RU2778479C1 RU2021122191A RU2021122191A RU2778479C1 RU 2778479 C1 RU2778479 C1 RU 2778479C1 RU 2021122191 A RU2021122191 A RU 2021122191A RU 2021122191 A RU2021122191 A RU 2021122191A RU 2778479 C1 RU2778479 C1 RU 2778479C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spacecraft
- vacuum chamber
- thermal vacuum
- pressure
- thermal
- Prior art date
Links
- 238000010943 off-gassing Methods 0.000 title abstract description 14
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000003287 optical Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000009833 condensation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 235000003976 Ruta Nutrition 0.000 description 1
- 240000005746 Ruta graveolens Species 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 235000005806 ruta Nutrition 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к испытаниям изделий, например, космических аппаратов (КА) на обезгаживание в условиях, приближенных к эксплуатационным, и может быть использовано в ракетно-космической технике при проведении испытаний комплектующих КА: аппаратуры, приборов, узлов конструкции, бортовой кабельной сети, экрановакуумной теплоизоляции. Обезгаживание комплектующих КА необходимо для того, чтобы исключить конденсацию продуктов газоотделения и испарения в вакууме от названных комплектующих на оптические и радиационные поверхности КА в полете и тем самым повысить работоспособность данных поверхностей.The invention relates to the field of testing technology, in particular to testing products, for example, spacecraft (SC) for degassing under conditions close to operational, and can be used in rocket and space technology when testing spacecraft components: equipment, instruments, structural components , on-board cable network, screen-vacuum thermal insulation. The outgassing of the spacecraft components is necessary in order to prevent condensation of the products of gas separation and evaporation in vacuum from the named components on the optical and radiation surfaces of the spacecraft in flight and thereby improve the performance of these surfaces.
Известен способ (аналог) обезгаживания элементов конструкции КА, заключающийся в том, что помещают КА в вакуумную камеру, вакуумируют ее, поддерживают на КА температуру обезгаживания, выдерживают КА в вакуумной камере в течение заданного времени, прекращают вакуумирование и доводят давление в вакуумной камере до атмосферного (А. Рот, пер. с англ. Вакуумные уплотнения. М.: Энергия, 1971, стр. 10, 26-27).There is a known method (analogue) of outgassing of the spacecraft structural elements, which consists in placing the spacecraft in a vacuum chamber, evacuating it, maintaining the outgassing temperature on the spacecraft, maintaining the spacecraft in the vacuum chamber for a specified time, stopping the vacuuming and bringing the pressure in the vacuum chamber to atmospheric (A. Roth, translated from English. Vacuum seals. M .: Energy, 1971, p. 10, 26-27).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому изобретению является способ (прототип) обезгаживания элементов конструкции КА, заключающийся в том, что помещают КА в вакуумную камеру, вакуумируют ее до заданного давления и производят нагрев КА до температуры обезгаживания с помощью инфракрасных нагревателей, заполняют криогенный экран вакуумной камеры жидким азотом и поддерживают температуру обезгаживания на КА, выдерживают КА в этих условиях заданное время, после чего прекращают процесс обезгаживания (патент RU 2177376 С1, опубл. 27.12.2001 г., МПК В08В 5/04 (2006.01)).The closest in technical essence and achieved technical result to the proposed invention is a method (prototype) of outgassing of the spacecraft structural elements, which consists in placing the spacecraft in a vacuum chamber, evacuating it to a predetermined pressure and heating the spacecraft to the outgassing temperature using infrared heaters, fill the cryogenic screen of the vacuum chamber with liquid nitrogen and maintain the outgassing temperature on the spacecraft, keep the spacecraft under these conditions for a specified time, after which the outgassing process is stopped (patent RU 2177376 C1, publ. 27.12.2001, IPC V08V 5/04 (2006.01)) .
Недостатком аналога и прототипа является то, что они недостаточно достоверно обеспечивают проведение в полном объеме процесса дегазации испытываемого изделия. Определяющим параметром для аналога и прототипа является только заданное время дегазации. Кроме того, при использовании инфракрасного облучения КА не учитывается тот факт, что использование имитатора солнечного излучения (ИСИ) позволяет создать реальный солнечный поток, имеющий составляющие в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом участках спектра, то есть при использовании ИСИ процесс дегазации происходит в реальном солнечном спектре, как это происходит в полете, а также не учитываются требования к аппаратуре, входящей в состав КА, для которой необходимо проводить испытания при ее включении в условиях воздействия имитации солнечного излучения.The disadvantage of the analogue and the prototype is that they are not reliable enough to ensure the full degassing process of the tested product. The defining parameter for the analog and the prototype is only the specified degassing time. In addition, when using infrared irradiation of a spacecraft, the fact that the use of a solar radiation simulator (SRI) makes it possible to create a real solar flux with components in the infrared, visible and ultraviolet regions of the spectrum is not taken into account, that is, when using SSI, the degassing process occurs in the real solar spectrum. , as it happens in flight, and the requirements for the equipment that is part of the spacecraft, for which it is necessary to carry out tests when it is turned on under conditions of exposure to simulated solar radiation, are not taken into account.
Задачей изобретения является повышение точности и достоверности проведения обезгаживания комплектующих КА.The objective of the invention is to improve the accuracy and reliability of the outgassing of spacecraft components.
Техническим результатом является увеличение срока службы аппаратуры, имеющей в своем составе оптические и радиационные поверхности и получение количественной оценки дегазации.The technical result is to increase the service life of the equipment, which includes optical and radiation surfaces and to obtain a quantitative estimate of degassing.
Технический результат достигается за счет того, что в способе обезгаживания элементов конструкции КА в наземных условиях, заключающемся в том, что помещают КА в тепловакуумную камеру (ТВК) с криогенным экраном, вакуумируют ее до заданного давления, заполняют криогенный экран тепловакуумной камеры жидким азотом, одновременно создают с помощью теплового потока заданную температуру на поверхности КА, поддерживают на поверхности КА заданную температуру и выдерживают КА при заданной температуре в тепловакуумной камере заданный промежуток времени, при этом для создания и поддержания на поверхности КА заданной температуры используют тепловой поток от имитатора солнечного излучения (ИСИ), регулируя его интенсивность, включают бортовую аппаратуру КА, поддерживают заданное давление в тепловакуумной камере на уровне ниже давления возникновения электрического разряда в вакууме при максимальном напряжении электропитания включенной бортовой аппаратуры КА, измеряют с заданной периодичностью давление в тепловакуумной камере, при достижении стабильной величины которого измеряют значения установившегося суммарного потока натекания и газоотделения в тепловакуумной камере, после чего прекращают вакуумирование тепловакуумной камеры и выдержку КА в ней.The technical result is achieved due to the fact that in the method of outgassing the spacecraft structural elements in ground conditions, which consists in placing the spacecraft in a thermal vacuum chamber (TVC) with a cryogenic screen, evacuating it to a predetermined pressure, filling the cryogenic screen of the thermal vacuum chamber with liquid nitrogen, at the same time using the heat flow, a predetermined temperature is created on the surface of the spacecraft, the predetermined temperature is maintained on the surface of the spacecraft, and the spacecraft is maintained at a given temperature in the thermal vacuum chamber for a predetermined period of time, while to create and maintain a predetermined temperature on the surface of the spacecraft, a heat flow from a solar radiation simulator (ISI) is used ), adjusting its intensity, turn on the onboard equipment of the spacecraft, maintain a given pressure in the thermal vacuum chamber at a level below the pressure of the occurrence of an electric discharge in vacuum at the maximum voltage of the power supply of the onboard equipment of the spacecraft, measure the pressure at a given frequency in the thermal vacuum chamber, upon reaching a stable value of which, the values of the steady-state total flow of leakage and gas separation in the thermal vacuum chamber are measured, after which the evacuation of the thermal vacuum chamber and the holding of the spacecraft in it are stopped.
В предложенном способе для получения заданной температуры на поверхности КА используют имитатор солнечного излучения, имеющего полный солнечный спектр, а также измеряют установившийся суммарный поток газоотделения и натекания в вакуумной камере, получая таким образом не только качественную оценку дегазации, но и количественную, а также появляется возможность проводить испытания КА при включенной бортовой аппаратуре. Кроме того, если при испытаниях бортовую аппаратуру КА не включают, то достаточно, чтобы давление в тепловакуумной камере было ниже или равно давлению, при котором длина свободного пробега молекул продуктов газоотделения была бы больше максимального расстояния от поверхности КА до холодного экрана ТВК. Это давление соответствует молекулярно-вязкостному режиму течения (приблизительно 1⋅10-3 мм рт.ст.).In the proposed method, to obtain a given temperature on the surface of the spacecraft, a solar radiation simulator with a full solar spectrum is used, and the steady-state total flow of gas separation and leakage in the vacuum chamber is measured, thus obtaining not only a qualitative assessment of degassing, but also a quantitative one, and it also becomes possible test the spacecraft with the on-board equipment turned on. In addition, if the onboard equipment of the spacecraft is not turned on during testing, then it is sufficient that the pressure in the thermal vacuum chamber be lower than or equal to the pressure at which the mean free path of the molecules of the gas separation products would be greater than the maximum distance from the surface of the spacecraft to the cold screen of the TVC. This pressure corresponds to the molecular-viscous flow regime (approximately 1⋅10 -3 mm Hg).
Данный способ осуществляется следующим образом:This method is carried out as follows:
- помещают КА в тепловакуумную камеру, например, в ВК 600/300;- place the spacecraft in a thermal vacuum chamber, for example, in VK 600/300;
- вакуумируют ТВК до заданного давления, которое измеряют, например, вакуумметром Televac СС-10, например, до 5⋅10-5 мм рт.ст. с помощью вакуумных насосов, например, механических Oerlikon Leybold RUTA WH7000/DV1200/G, турбомолекулярных Edwards STP-iXA4506C;- TVK is evacuated to a predetermined pressure, which is measured, for example, with a Televac CC-10 vacuum gauge, for example, up to 5⋅10 -5 mm Hg. using vacuum pumps, for example, mechanical Oerlikon Leybold RUTA WH7000/DV1200/G, turbomolecular Edwards STP-iXA4506C;
- заполняют криогенный экран ТВК жидким азотом и одновременно включают ИСИ, например, ИС-500 ВК600/300, регулируя его интенсивность для создания и поддержания на поверхности КА заданной температуры, например, 60°С, которую измеряют, например, с помощью датчиков температур ТЭП 018-06;- fill the TVK cryogenic screen with liquid nitrogen and simultaneously turn on the ISI, for example, IS-500 VK600/300, adjusting its intensity to create and maintain a predetermined temperature on the surface of the spacecraft, for example, 60°C, which is measured, for example, using TEC temperature sensors 018-06;
- выдерживают космический аппарат в ТВК при заданной температуре заданный промежуток времени, например, 74 ч;- keep the spacecraft in the TVC at a given temperature for a given period of time, for example, 74 hours;
- включают бортовую аппаратуру КА, при этом заданное давление в вакуумной камере поддерживают на уровне ниже давления возникновения электрического разряда в вакууме при максимальном напряжении электропитания включенной бортовой аппаратуры КА, например, 3⋅10-5 мм рт.ст., которое указано в технической документации на аппаратуру, после проверки бортовую аппаратуру выключают;- turn on the onboard equipment of the spacecraft, while the specified pressure in the vacuum chamber is maintained at a level below the pressure of the occurrence of an electric discharge in vacuum at the maximum voltage of the power supply of the switched on onboard equipment of the spacecraft, for example, 3⋅10 -5 mm Hg, which is indicated in the technical documentation on the equipment, after checking the on-board equipment is turned off;
- измеряют с заданной периодичностью давление в ТВК и определяют момент достижения стабильного давления и суммарного потока натекания и газоотделения в тепловакуумной камере, например, отключая систему вакуумирования от тепловакуумной камеры и используя уравнение:- measure the pressure in the TVC with a given frequency and determine the moment of reaching a stable pressure and the total flow of leakage and gas separation in the thermal vacuum chamber, for example, by disconnecting the vacuum system from the thermal vacuum chamber and using the equation:
Q=V⋅ΔР/ΔТ,Q=V⋅ΔР/ΔТ,
где V - свободный объем тепловакуумной камеры;where V is the free volume of the thermal vacuum chamber;
ΔР - нарастание давления в ТВК за время ΔT;ΔР is the pressure increase in the TVC during the time ΔT;
ΔT - длительность отключения системы вакуумирования от тепловакуумной камеры;ΔT - duration of shutdown of the evacuation system from the thermal vacuum chamber;
- достигают стабильной величины давления в тепловакуумной камере, например, когда изменение величины суммарного потока натекания и газоотделения в вакуумной камере отличается от предыдущего измеренного значения не более чем на 5%;- reach a stable pressure value in the thermal vacuum chamber, for example, when the change in the value of the total flow of leakage and gas separation in the vacuum chamber differs from the previous measured value by no more than 5%;
- прекращают вакуумирование камеры и выдержку космического аппарата в ней, после удаляют КА из тепловакуумной камеры.- stop evacuating the chamber and holding the spacecraft in it, then remove the spacecraft from the thermal vacuum chamber.
Пример осуществления способа: проводились испытания экспериментального изделия по предлагаемому способу обезгаживания. Были получены следующие результаты по суммарному потоку натекания и газоотделения в тепловакуумной камере в процессе обезгаживания:An example of the implementation of the method: an experimental product was tested according to the proposed method of outgassing. The following results were obtained for the total flow of leakage and gas separation in the thermal vacuum chamber during the outgassing process:
- через 24 ч выдержки изделия поток составил Q=60 л⋅мкм рт.ст./с;- after 24 hours of holding the product, the flow was Q=60 l⋅μm Hg/s;
- через 50 ч выдержки изделия поток составил Q=35 л⋅мкм рт.ст./с;- after 50 hours of holding the product, the flow was Q=35 l⋅µm Hg/s;
- через 60 ч выдержки изделия поток составил Q=30 л⋅мкм рт.ст./с;- after 60 hours of holding the product, the flow was Q=30 l⋅µm Hg/s;
- через 70 ч выдержки изделия поток составил Q=29 л⋅мкм рт.ст./с.- after 70 hours of holding the product, the flow was Q=29 l⋅µm Hg/s.
Так как последнее измеренное значение величины суммарного потока в тепловакуумной камере отличалось от предыдущего менее чем на 5%, было принято решение о завершении испытаний.Since the last measured value of the total flow in the thermal vacuum chamber differed from the previous one by less than 5%, it was decided to complete the tests.
Использование данного способа обезгаживания элементов конструкции космических аппаратов в наземных условиях позволит увеличить срок службы аппаратуры, имеющей в своем составе оптические и радиационные поверхности за счет использования ИСИ, позволяющего более достоверно проводить процесс дегазации, максимально приблизив его к натурным условиям эксплуатации КА, а также позволит, измеряя установившийся суммарный поток газоотделения и натекания в ТВК, получать не только качественную оценку дегазации, но и количественную. Способ достаточно прост в эксплуатации и не требует разработки нового оборудования.The use of this method of outgassing of spacecraft structural elements in terrestrial conditions will increase the service life of equipment that includes optical and radiation surfaces due to the use of ISI, which makes it possible to carry out the degassing process more reliably, bringing it as close as possible to the natural conditions of operation of the spacecraft, and will also allow, by measuring the steady-state total flow of gas separation and leakage into the TEC, to obtain not only a qualitative assessment of degassing, but also a quantitative one. The method is quite simple to operate and does not require the development of new equipment.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2778479C1 true RU2778479C1 (en) | 2022-08-22 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4141373A (en) * | 1977-09-28 | 1979-02-27 | Rjr Archer, Inc. | Method for deoiling metal scrap |
| SU966783A1 (en) * | 1980-12-23 | 1982-10-15 | Предприятие П/Я М-5612 | Method of degassing material in vacuum |
| RU2155106C1 (en) * | 1999-06-07 | 2000-08-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Method of degassing articles |
| US6332591B1 (en) * | 1999-03-11 | 2001-12-25 | Alcatel | Method of simulating external thermal fluxes absorbed by external radiating components of a spacecraft in flight, and spacecraft for implementing the method |
| RU2177376C1 (en) * | 2000-10-30 | 2001-12-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Method and device for degassing articles |
| RU2302984C1 (en) * | 2005-10-07 | 2007-07-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Method of simulation of external thermal fluxes for ground optimization of spacecraft thermal conditions |
| RU2564056C1 (en) * | 2014-05-30 | 2015-09-27 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (АО "ВПК "НПО машиностроения") | Method of heat-vacuum test of spacecraft |
| RU2734706C1 (en) * | 2020-01-20 | 2020-10-22 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method for ground-based heat-vacuum testing of space objects under conditions simulating space |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4141373A (en) * | 1977-09-28 | 1979-02-27 | Rjr Archer, Inc. | Method for deoiling metal scrap |
| SU966783A1 (en) * | 1980-12-23 | 1982-10-15 | Предприятие П/Я М-5612 | Method of degassing material in vacuum |
| US6332591B1 (en) * | 1999-03-11 | 2001-12-25 | Alcatel | Method of simulating external thermal fluxes absorbed by external radiating components of a spacecraft in flight, and spacecraft for implementing the method |
| RU2155106C1 (en) * | 1999-06-07 | 2000-08-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Method of degassing articles |
| RU2177376C1 (en) * | 2000-10-30 | 2001-12-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Method and device for degassing articles |
| RU2302984C1 (en) * | 2005-10-07 | 2007-07-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Method of simulation of external thermal fluxes for ground optimization of spacecraft thermal conditions |
| RU2564056C1 (en) * | 2014-05-30 | 2015-09-27 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (АО "ВПК "НПО машиностроения") | Method of heat-vacuum test of spacecraft |
| RU2734706C1 (en) * | 2020-01-20 | 2020-10-22 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method for ground-based heat-vacuum testing of space objects under conditions simulating space |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10578513B2 (en) | Method for controlling the leaktightness of sealed products and installation for the detection of leaks | |
| CN107817200B (en) | mixed gas permeability measuring device and method based on mass spectrometry | |
| CN101876612A (en) | In-situ monitoring method for outgasing contamination of nonmetallic materials on optical surface of spacecraft | |
| US8955370B1 (en) | Detection of gas leakage | |
| RU2778479C1 (en) | Method for outgassing structural elements of spacecraft in ground conditions | |
| CN110987359A (en) | Pressure control system for PSP dynamic calibration device | |
| Sitnikov et al. | The FLASH instrument for water vapor measurements on board the high-altitude airplane | |
| CN101876614B (en) | In-situ monitoring device for non-metal material outgassing pollution of optical surfaces of spacecrafts | |
| Liu et al. | Development of an ultra-high vacuum system for a cold atom physics rack in space | |
| CN101470045A (en) | Ni-H2 accumulator hydrogen working medium leakage detection system | |
| RU2302984C1 (en) | Method of simulation of external thermal fluxes for ground optimization of spacecraft thermal conditions | |
| RU2772763C1 (en) | Method for conducting thermal vacuum tests during ground testing of spacecraft for operability | |
| CN111351517B (en) | Device and method for simulating space atmospheric environment | |
| Hajjar et al. | Determination of the second virial coefficients of six fluorochloromethanes by a gas balance method in the range 40. deg. to 130. deg. | |
| RU89708U1 (en) | INSTALLATION FOR COMPARATIVE TESTS OF GAS-ANALYTICAL SENSORS WITH SIMULATION OF NATURAL CONDITIONS | |
| Zapfe | Leak detection | |
| RU2770327C1 (en) | Method for simulating pressure in a vacuum chamber during ground testing of spacecraft for operability | |
| Westrick et al. | Atomic Oxygen Effects on Outgassing Properties of Silicone Materials | |
| Kousal et al. | Design and operation of simple thermal vacuum chamber for testing of small spacecraft components | |
| Reich | Leak detection with tracer gases; sensitivity and relevant limiting factors | |
| Wang et al. | Gas Permeability Measurement of Graphene Films | |
| Große Bley | Methods of leak detection | |
| RU2716474C1 (en) | Method of determining leakage of articles operating under external pressure and internal excess pressure | |
| Wu et al. | Research on water vapor measurement and removal methods for the spacecraft sealed cabin | |
| Lunin et al. | Modelling of the residual atmosphere in vacuum devices with internal adhesive joints |