Устройство контроля герметичности элементов конструкции космического аппарата (КА)
DEVICE FOR CHECKING TIGHTNESS OF ELEMENTS OF SPACECRAFT STRUCTURE

Изобретение относится к классу космической техники, предназначенной, в частности, для регистрации микрометеороидов, частиц ионосферы и частиц космического мусора.
Устройство контроля герметичности элементов конструкции космического аппарата содержит приемник ионов, установленный на расстоянии от контролируемой поверхности космического аппарата, спутниковый модем, устройство управления и формирования сигнала, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), передающую антенну, фокусирующую сетку и установленные на контролируемой поверхности космического аппарата пьезодатчики, соединенные через усилитель с устройством управления и формирования сигнала, а так же два или более устройств ионизации потока газовых частиц, которые дополнительно снабжены двухкоординатными устройствами перемещения источника ионизирующего потока.
При этом спутниковый модем, устройство управления и формирования сигналов и приемник ионов установлены в одном защитном корпусе. Выходы приемника ионов и ФЭУ соединены с устройством управления и формирования сигналов, выход которого, в свою очередь, подключен ко входу спутникового модема, соединенного с передающей антенной. Фокусирующая сетка прикреплена к защитному корпусу. Приемник ионов и ФЭУ располагаются в защитном корпусе со стороны фокусирующей сетки.
Устройство предназначено для использования в космической технике для автоматического контроля герметичности корпуса космического аппарата и поиска течи из отсеков космического аппарата в условиях орбитального полета. Также устройство может использоваться для регистрации микрометеороидов, заряженных частиц ионосферы и частиц космического мусора.
Цель изобретения - упростить диагностику герметичности корпуса космического аппарата, повысить точность определения места течи и сократить время его поиска.
Известно устройство (А.С. N1830499, МПК G01E 1/34, 13.10.92), включающее в себя плоскую мишень с отверстиями, приемник ионов и блок обработки информации. Более совершенным с точки зрения информативности является устройство (Diretzel Н., Eihborn e.t.c. The Heos 2 aud Helios micrometeoroid experiments. J. Phys. Sei. Justrum. 1973, 6, 3, p. 209-217), предназначенное для регистрации параметров микрометеороидов и содержащее полусферическую мишень, приемник ионов полусферической формы и блок измерения.
Недостатком такого устройства является невозможность его использования как устройство контроля герметичности газонаполненных элементов конструкции космических аппаратов, так как оно позволяет только фиксировать факт взаимодействия микрометеороида и частиц космического мусора с поверхностью космических аппаратов (мишенью). Это обусловлено отсутствием дополнительного устройства ионизации газового потока, истекающего из герметизированного корпуса.
Наиболее близким по технической составляющей к заявленному устройству является устройство контроля герметичности элементов конструкции КА (Патент РФ №2479829 МПК G01M 1/00, G01T 1/00 опубликован 20.04.2013).
Недостатком такого устройства является невозможность определения места возникновения механического воздействия на контролируемой поверхности. Это обусловлено тем, что у прототипа есть возможность только регистрировать факт увеличения газового потока в области размещения приемника ионов и устройства ионизации. При этом причинами возникновения газового потока могут быть значительные колебания величины составляющей шумового потока ионов, состоящих из атомов и молекул остаточного газа атмосферы Земли, а также потоков молекул и атомов, образующихся в процессе дегазации элементов конструкции КА. Возникающие при этом потоки случайны и зависят от ориентации КА, условий орбитального движения, параметров набегающего потока и положения источников внешнего излучения Солнца.
Задачей изобретения является разработка устройства, позволяющего определять место возникновения течи и расширяющего функциональные возможности прототипа.
Технический результат: повышение надежности и информативности метода регистрации места течи, определение координат места пробоя.
Для достижения поставленной задачи ионизаторы потока газовых частиц снабжены устройством двухкоординатного перемещения, позволяющим формировать поток ионизирующих частиц в заданном направлении. При этом, для определения направления на образовавшийся источник течи, должны быть задействованы как минимум два устройства ионизации газового потока. Кроме того, в состав разработанного устройства входит пьезодатчик, который используется в качестве модуля, инициирующего запуск основного цикла алгоритма работы устройства.
Общее представление изобретения показано на чертеже. Устройство контроля герметичности элементов конструкции космического аппарата содержит приемник ионов 1, металлическую сетку 2, заряженную до потенциала -300 В, устройство для передачи данных на Землю 3 (спутниковый модем), передающую антенну 5, устройство управления и формирования сигнала 6, защитный корпус 7, пьезодатчик 8, усилитель 9, фотоэлектронный умножитель 10, управляемые ионизирующие устройства 11, 12.
Принцип работы устройства описывается следующим образом: при соударении микрометеороида с контролируемой поверхностью КА, в месте контакта образуется плазма, ионы которой попадают на приемник ионов 1, сбор их осуществляется за счет напряжения на приемнике, равном - 350В относительно мишени. С целью увеличения поверхности сбора ионов приемником используется металлическая сетка 2, заряженная до -300 В. Пьезодатчик 8 срабатывает только тогда, когда происходит удар по поверхности космического аппарата частицей более крупного размера. Далее сигнал с пьезодатчика 8 через усилитель 9 поступает на устройство управления и формирования сигнала 6. Фотоэлектронный умножитель 10 регистрирует вспышку, образующуюся при соударении высокоскоростной частицы с поверхностью космического аппарата от разряда на поверхности космического аппарата. В случае пробоя поверхности космического аппарата из него начинает выходить поток воздуха, который ионизуется устройствами 11 и 12, после чего образовавшиеся ионы собираются приемником ионов. Устройство управления и формирования сигнала 6 осуществляет управление направлением потока ионизирующих частиц устройств 11 и 12 за счет встроенного двухкоординатного устройства перемещения. При медленном угловом перемещении, с изменением угла наклона для сложных поверхностей, осуществляется последовательное сканирование контролируемой поверхности. При наличии течи, в результате принудительной ионизации истекающего газа ионизирующим потоком, наблюдается увеличение амплитуды сигнала на выходе приемника ионов. Фиксируются угловые положения α1, α2 устройств перемещения 11 и 12, соответствующие пиковым значениям выходного сигнала на фоне медленно меняющегося постоянного уровня, зависящего от параметров внешних ионизированных потоков в области расположения приемника ионов. Сканирование производится через постоянный временной интервал или после регистрации мощного сигнала с пьезодатчика 8 через усилитель 9 или с ФЭУ 10. Всю полученную информацию с приемника ионов, пьезодатчика, ФЭУ, а также данные об угловых положениях максимумов сигналов с приемника ионов устройство управления и формирования сигнала 6 преобразует в форму, удобную для передачи через спутниковый модем 3. Спутниковый модем 3 и антенна 5 передают обработанный сигнал на наземный пункт связи.
Преимуществом данного устройства по сравнению с другими аналогичными устройствами является то, что оно позволяет контролировать поверхность космического аппарата, определять расположение места течи, а также измерять параметры воздействующих высокоскоростных пылевых частиц, при этом, не мешая работе устройства.