gototopgototop

Технология изготовления элементов терморегулирующего покрытия для космических аппаратов

Вятлев Антон Павлович – инженер-конструктор АО “Научно-производственнное объединение им. С.А. Лавочкина”.

Аннотация: В данной публикации кратко излагаются основные этапы технологии изготовления элементов терморегулирующего покрытия для космических аппаратов.

Ключевые слова: Технология, радиационно-стойкое оптическое стекло, терморегулирующее покрытие космических аппаратов.

В системах обеспечения теплового режима космических аппаратов (КА) используется различные типы терморегулирующего покрытия (ТРП). Элементы ТРП, рассматриваемые в данной статье, представляют собой пластины из радиационно-стойкого стекла, например из стекла марки К-208, толщиной 120 - 170 мкм. На тыльную сторону стеклянных пластин наносятся отражающее и защитное покрытия. Элементы ТРП клеятся тыльной стороной на теплообменник КА при помощи специального клея. При необходимости защиты аппаратуры космического аппарата от статического электричества поверхность КА требуется сделать эквипотенциальной. С этой целью на лицевую сторону стеклянных пластин может наносится прозрачный электропроводящий слой, который затем металлизируется с другими составными частями спутника. При этом, клей для монтажа элементов ТРП также используется электропроводный. Структура элемента ТРП с электропроводящим слоем представлена на рисунке1.

1

Рисунок 1. Структура элемента ТРП.

1 – электропроводный прозрачный слой; 2 – радиационно-стойкое стекло; 3 – отражающий слой; 4 – защитный слой.

Как было сказано выше, элементы ТРП монтируются на теплообменники, например на тепловые сотопанели, и предназначены для защиты КА от излишнего солнечного излучения и одновременного отвода избыточного тепла в окружающее космическое пространство.

Производство элементов ТРП является сложным многостадийным технологическим процессом, требующим сложного оборудования и постоянного контроля множества технологических параметров на каждом этапе изготовления.

Основными этапами изготовления элементов ТРП являются: вытяжка тонкой стеклоленты из блоков радиационно-стойкого стекла, отжиг стеклоленты, резка стеклоленты на элементы, выравнивание, упрочнение, очистка, нанесение покрытий.

Вытяжка стеклоленты производится из блоков радиационно-стойкого стекла, как правило, марки К-208.

Блок стекла в тигле из жаропрочной стали или керамики помещается в стеклоплавильную печь, в поде которой, располагается фильера с щелью определенной конфигурации. Параметры щели выбираются в зависимости от требуемых толщины и ширины конечных элементов ТРП.

После разогрева печи до температуры плавления стекла 900 – 1050 °C жидкая стекломасса начинает просачиваться через щель фильеры. В зоне вытекания стекла из фильеры размещаются холодильники, которые создают резкий градиент температур. Стекло проходя через фильеру охлаждается до температуры стеклования и принимает форму стеклоленты, размеры которой зависят от конфигурации фильеры, расположения холодильников и скорости вытяжки.

Для снятия внутренних напряжений после вытяжки производится отжиг стеклоленты в электропечи, а затем её размерная резка на элементы требуемых размеров.

Основным способом размерной резки является алмазное скрайбирование с помощью алмазных скрайберов. Более качественной технологией резки является управляемое лазерное термораскалывание (УЛТ). Прочность стеклянных пластин, получаемых методом УЛТ на тридцать процентов выше, чем стеклянных пластин получаемых методом алмазного скрайбирования. Однако по причине сложности, большой стоимости лазерного оборудования и его обслуживания данный метод не всегда целесообразно применять в производстве.

После резки выполняется операция выпрямительного отжига порезанных элементов. Она необходима для выравнивания стеклянных пластин для более качественного и равномерного последующего их приклеивания на теплообменник КА.

При необходимости повышения прочности элементов ТРП, может применяться ионообменное упрочнение стекла, позволяющее увеличить прочность изделий в два и более раз.

Крайне важной технологической операцией, которая влияет на качество термооптических и эксплуатационных характеристик элементов ТРП, является очистка стеклянных элементов перед нанесением покрытий. В современной производстве данная операция, как правило, выполняется в несколько этапов: мойка спиртом, бесконтактная ионная очистка в газовой среде инертного газа, ионная очистка в вакууме, другие методы в которых не используются химические и хлоросодержащие моющие средства.

Для нанесения отражающего, защитного и электропроводного покрытий должны применяться современные методы, позволяющие получать высококачественное покрытие, характеризующееся высокой равномерностью, однородностью, низкой пористостью, хорошей адгезией к подложке, например, метод магнетронного напыления. 

В качестве отражающего слоя могут использоваться алюминий, серебро или другие металлы с максимальным коэффициентом отражения. Для защиты отражающего покрытия от коррозии хорошо подходят нержавеющая сталь или нихром. В качестве прозрачного электропроводного покрытия как правило используется слой диоксида индия. Толщина напыляемых слоев материала составляет от единиц до десятков микрометров.

Таким образом, создание элементов ТРП является сложным технологическим процессом, зависящим от большого количества факторов. Поэтому для производства высококачественных элементов ТРП необходимы: разработка оптимальных режимов работы, точная настройка оборудования, качественное выполнение технологических операций, постоянный контроль качества, а также разработка и внедрение новых технологических операций, повышающих качество элементов ТРП.

Список литературы

  1. Сысоев В.К., Вятлев П.А., Чирков А.В., Грозин В.А., Конященко Д.А. Концепция двухлазерного термораскалывания стеклянных элементов для космических аппаратов // Вестник ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина», 2011. №1. С. 38-44.
  2. Никоноров Н.В., Евстропьев С.К. Оптическое материаловедение: основы прочности оптического стекла. Учебное пособие // С.-П.: ИТМО, 2009. 100 с.

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail