Тепловая защита (ракетная техника)
Тепловая защита — средства защиты систем и агрегатов спускаемого аппарата, головных частей ракет, стенок камеры сгорания ЖРД от воздействия экстремальных температур.
Разработка вопросов тепловой защиты советскими учёными править
В 1947 году Мстислав Келдыш создаёт в НИИ-1 уникальную экспериментальную газодинамическую базу, в которой для испытания материалов для теплозащиты используются уникальные электродуговые подогреватели газа. Для запуска баллистических ракет необходимо было решать вопросы тепловой защиты головных частей ракеты. Проведённые в НИИ-1 исследования показали, что «затупление» носка конуса существенно упрощают условия прохождения головной частью межконтинентальной баллистической ракеты плотных слоёв атмосферы[1].
Решение вопросов, связанных с тепловой защитой спускаемого аппарата также была одной из важнейших задач, стоящих перед советскими космическими специалистами. Именно благодаря проводимым в рамках НИИ-1 испытаниям были выбраны оптимальные варианты решений самых важных и сложных вопросов[2].
С сентября 1957 года по январь 1958 года в рамках ОКБ-1 проводились исследования, связанные с оценкой внешних тепловых потоков, температур наружных поверхностей, массы теплозащиты для различных схем спускаемых с орбиты ИСЗ аппаратов в большом диапазоне значений аэродинамического качества. Численными методами определялся прогрев теплозащиты. После принятия концепции баллистического спуска была принята сферическая форма спускаемого аппарата, при которой имелись достоверные и стабильные аэродинамические характеристики во всех диапазонах углов атаки и на всех скоростях. Был сделан вывод о том, что тепловая защита должна иметь массы в диапазоне от 1300 до 1500 кг.
Корпус спускаемого аппарата был покрыт тепловой защитой с переменной толщиной. Максимальных значений она достигала 0,18 метров в лобовой части, а минимальных в тыльной — 0,03 метра[3].
Назначение и виды править
Тепловая защита спускаемого аппарата (СА) — предназначена для защиты от аэродинамического нагрева при движении в плотных слоях атмосферы, а также для обеспечения комфортных условий экипажу, находящемуся в спускаемом аппарате.
Вид тепловой защиты, состав теплозащитных материалов зависит от скорости и баллистических характеристик входа СА в атмосферу, а также от его аэродинамической формы и массы.[4]
Тепловая защита может быть пассивной, радиационной, активной, и смешанной.
При пассивной теплозащите воздействие теплового потока воспринимается с помощью специальным образом сконструированной внешней оболочки или с помощью специальных покрытий, наносимых на основную конструкцию.[5] Примером пассивной тепловой защиты является тепловая защита космических аппаратов многоразового использования. В качестве специального покрытия для корпуса многоразового транспортного космического корабля (МТКК), например «Спейс шаттл» или «Буран» используются термостойкие теплозащитные плитки. Плитки имеют различные размеры и различное теплозащитное покрытие. Вся поверхность рассматриваемого аппарата разделена по уровню температур на четыре зоны, в каждой из которых используется своё покрытие.[6]
Радиационная тепловая защита используется для защиты элементов конструкции, расположенных в зонах с относительно низким уровнем тепловых потоков. Отвод теплоты осуществляется излучением в окружающее пространство.[4]
Активная тепловая защита характеризуется наличием в её составе системы охлаждения. Разновидностью активной тепловой защиты является широко используемое абляционное охлаждение.[4] Согласно этому методу защищаемая конструкция покрывается слоем специального материала, часть которого под действием теплового потока может разрушаться в результате процессов плавления, испарения, сублимации. Пример разрушающихся теплозащитных покрытий — стеклопластики и другие пластмассы на органических и кремнийорганических связующих.[5]
Абляционное покрытие также используется для защиты камеры сгорания и сопла жидкостных ракетных двигателей от перегрева.[6]
См. также править
Примечания править
- ↑ Вклад Центра Келдыша в первый полёт человека в космос. Дата обращения: 11 июня 2021. Архивировано 11 июня 2021 года.
- ↑ Первые пилотируемые космические корабли «Восток» и «Восход». Дата обращения: 11 июня 2021. Архивировано 16 мая 2011 года.
- ↑ Информация о космическом корабле «Восток». Дата обращения: 11 июня 2021. Архивировано 15 мая 2021 года.
- ↑ 1 2 3 Космонавтика, 1985.
- ↑ 1 2 Н. А. Анфимов «Теплозащита». Дата обращения: 5 июня 2021. Архивировано 5 июня 2021 года.
- ↑ 1 2 Г. М. Салахутдинов Тепловая защита в космической технике, 1982.
Литература править
- Космонавтика / Глав. ред. В.П. Глушко. — М.: Советская энциклопедия, 1985. — 528 с., ил с. — 75 000 экз.
- Г. М. Салахутдинов. Тепловая защита в космической технике. — Москва : Знание, 1982. — 64 с. — ("Космонавтика, астрономия"; № 7).
- В. С. Авдуевский, Б. М. Галицейский, Глебов Г. А. и др. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике / В.С. Авдуевский, В. К. Кошкин. — М.: Машиностроение, 1975. — 623 с с. — ISBN ISBN 5-217-01338-9.
- Тепломассообмен, термохимическое и термоэрозионное разрушение тепловой защиты : [курс лекций] / Д. С. Михатулин, Ю. В. Полежаев, Д. Л. Ревизников. — Москва : Янус-К, 2011. — 516, [1] с., [20] л. ил. : ил.; 22 см; ISBN 978-5-8037-0522-2 (издано по гранту РФФИ).