Космические исследования, 2020, T. 58, № 3, стр. 208-222

Изменение поверхностных и объемных свойств космического аппарата при адсорбции и рекомбинация атомов кислорода и азота

Н. И. Сидняев 1*, Н. С. Климова 1

1 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
г. Москва, Россия

* E-mail: Sidn_ni@mail.ru

Поступила в редакцию 31.01.2019
После доработки 09.06.2019
Принята к публикации 19.09.2019

Аннотация

В статье изучается влияние космического пространства на поверхность космических аппаратов. Показано, что от длительного пребывания в космическом вакууме также заметно меняются механические (объемные и поверхностные), оптические и другие характеристики материалов космических аппаратов. При предельно низких давлениях в космическом вакууме наружные и внутренние поверхности раздела в материалах могут нарушаться, в результате возникают либо микроскопические поверхностные трещины, либо внутренняя коррозия. Показано, что объемно-механические свойства материалов (усталостная прочность и т.д.) претерпевают изменения и вследствие изменений свойств поверхностных слоев. Причем ощутимое воздействие космического вакуума на механические свойства материалов космических аппаратов возникают в результате отсутствия окисных и других поверхностных защитных пленок. Вследствие исчезновения защитных газовых и окисных пленок, а также в результате сублимации поверхностных слоев на толщину, близкую к длинам волн электромагнитного излучения, меняется шероховатость поверхностей и как следствие их оптические характеристики (в частности, степень поглощения солнечного излучения и степень черноты). При орбитальном движении в достаточно плотных слоях верхней атмосферы Земли, а также под действием бомбардировки заряженными частицами космической радиации может происходить сильное плазмохимическое разрыхление материала поверхностей космических аппаратов и его распыление в окружающее пространство. Этот процесс особенно проявляется для передних (по ходу движения) частей космических аппаратов. Изложен метод, используемый для описания динамики взаимодействия атомарного кислорода, сталкивающегося с поверхностью диоксида кремния. Показано воздействие космического вакуума на материалы. Особое внимание уделено явлению аккомодации низкоорбитальных спутниковых систем, использованию информации, получаемой со спутников.

DOI: 10.31857/S0023420620030073

Список литературы

  1. Авдуевский В.С., Галицейский Б.М., Глебов Г.А. и др. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике: учебник для авиац. специальностей вузов / В.С. Авдуевский, В.К. Кошкин. М.: Машиностроение, 1992.

  2. Воронич И.В., Минт З.М. Влияние особенностей взаимодействия газа с поверхностью на аэродинамические характеристики космического аппарата // Вестник МАИ. 2010. Т. 17. № 3. С. 59–67.

  3. Авдуевский В.С., Антонов Б.М., Анфимов Н.А. и др. Основы теории полета космических аппаратов / Г.С. Нариманов, М.К. Тихонравов. М.: Машиностроение, 1972.

  4. Кузнецов В.Д. Космическая погода и риски космической деятельности // Космическая техника и технологии. 2014. № 3(6). С. 3–13.

  5. Акишин А.И., Новиков Л.С. Воздействие окружающей среды на материалы космических аппаратов. М.: Знание, 1983.

  6. Нусинов М.Д. Воздействие и моделирование космического вакуума. М.: Машиностроение, 1982.

  7. Мещеряков С.А. О проблеме защиты МКС от столкновения с частицами космического мусора // Околоземная астрономия и проблемы изучения малых тел Солнечной системы. М.: Космосинформ, 2000. С. 302–307.

  8. Калашников В.В., Ибатуллин И.Д., Ганигин С.Ю. и др. Разработка и исследование эффективности импульсных устройств на основе энергонасыщенных материалов для модификации поверхности деталей машин высокоскоростными потоками частиц // Известия Самарского научного центра РАН. 2012. Т. 14. № 1. С. 615–619.

  9. Сидняев Н.И. Обтекание гиперзвуковых летательных аппаратов в условиях поверхностного разрушения. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2016.

  10. Инженерный справочник по космической технике / А.В. Солодов. М.: Воениздат. 1969.

  11. Сидняев Н.И., Макриденко Л.А., Геча В.Я. и др. Проблемы аккомодации несущих поверхностей низкоорбитальных космических систем // Тезисы докладов Четвертой международной научно-технической конференции “Актуальные проблемы создания космических систем дистанционного зондирования Земли”. М.: АО “Корпорация "ВНИИЭМ”, 2016. С. 59–62.

  12. Ковалев В.А. Гетерогенные каталитические процессы в аэротермодинамике. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002.

  13. Сидняев Н.И., Макриденко Л.А., Геча В.Я. и др. Аэромеханика низкоорбитальных космических аппаратов // Тезисы докладов Четвертой международной научно-технической конференции “Актуальные проблемы создания космических систем дистанционного зондирования Земли”. М.: АО “Корпорация “ВНИИЭМ”, 2016.

  14. Ковалев В.Л., Бала-Пишлен М., Колесников А.Ф., Крупнов А.А. Анализ влияния неполной аккомодации энергии рекомбинации на тепловые потоки к космическим аппаратам // Современные проблемы математики и механики. 2009. Т. II. Механика. В. 1.

  15. Ковалев В.Л., Колесников А.Ф. Экспериментальное и теоретическое моделирование гетерогенного катализа в аэротермохимии (обзор) // Известия РАН. Механика жидкости и газа, 2005. № 5. С. 3–31.

  16. Сидняев Н.И. Исследование разрушения поверхности КА при контактном взаимодействии с микрочастицами космической среды // Космич. исслед. 2018. Т. № 56. № 3. С. 233–242. (Cosmic Research. P. 213).

  17. Андрейчук О.Б., Малахов Н.Н. Тепловые испытания космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1982.

Дополнительные материалы отсутствуют.