ЭКРАННО-ВАКУУМНАЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
SPACECRAFT THERMAL BLANKET

Изобретение относится к области космической техники, а именно к области средств тепловой защиты космических аппаратов.
Для тепловой защиты космических аппаратов применяются различные теплоизоляционные покрытия.
Известна экранно-вакуумная теплоизоляция космического аппарата (авторское свидетельство СССР 1839976), содержащая наружный слой стеклоткани или аримидной ткани, дополнительный промежуточный пакет из пяти экранов, изготовленных из металлизированной (первые три слоя с внутренней стороны, а четвертый и пятый двухсторонне) полиимидной пленки, промежуточных слоев металлизированной с внутренней стороны полиэтилентерефталатной пленки, отделенных друг от друга низкотеплопроводными сепараторами из стекловуали и внутреннего облицовочного слоя аримидной ткани. Недостатками этой теплоизоляции являются парниковый эффект внешнего слоя, легкая загрязняемость, значительное пылеворсовыделение и повышенный вес за счет использования неорганических промежуточных слоев.
Известна экранно-вакуумная теплоизоляция космического аппарата (авторское свидетельство СССР  1840181), состоящая из наружного слоя стеклоткани, промежуточных слоев из плоской или гофрированной металлизированной полиэтилентерефталатной пленки, повернутой металлизированной поверхностью внутрь, отделенные друг от друга низкотеплопроводными сепараторами из стекловуали и внутреннего облицовочного слоя перкаля или полиэтилентерефталата. Недостатками этой теплоизоляции являются парниковый эффект, значительное пылеворсовыделение и повышенный вес за счет стеклоткани и стекловуали.
Известна теплоизоляция (патент РФ  2087392), состоящая из электропроводящего слоя, терморегулирующего слоя, подложки полиимидной пленки, промежуточного слоя полиимидной сетки, которая может быть пропитана эпоксидной смолой и вулканизирована, прикрепленной к подложке, и термоотражающего покрытия из полимерного пленочного материала на основе соединений кремния или поливинилфторида. Недостатками этой теплоизоляции являются легкая повреждаемость поверхностного слоя при монтаже, недостаточная термоотражающая способность и низкая гибкость.
Известна экранно-вакуумная теплоизоляция космического аппарата (патент РФ  2344972), включающая пакет экранов, размещенный между наружным и внутренним облицовочными слоями, в которой наружный облицовочный слой выполнен из тканого материала с вплетенными металлизированными нитями. Недостатками этой теплоизоляции является парниковый эффект и повышенный вес.
Известна экранно-вакуумная теплоизоляция космического аппарата с внешним комбинированным покрытием (патент РФ  2397926), однако, это покрытие комбинируется с плоскими пленками и поверхность приклеивания или сваривания занимает всю площадь пленки, а внутренние экраны из напыленных металлом полимерных пленок проложены стекловуалью, что приводит к необходимости защиты персонала от пыли стекловолокон при изготовлении теплоизоляции и высокому пылеворсовыделению при работе космического аппарата, приводящему к загрязнению оптики и другой аппаратуры космического аппарата.
Известна теплоизоляция (международная заявка WO 2007/061304), состоящая из металлических и полимерных слоев, подслоя из двух металлических слоев и полимера, усиленного волокнами. Недостатками этого материала являются очень большой вес и слишком большая теплопроводность из-за плотного контакта слоев металла со слоями полимера.
Известна теплоизоляция (патент США  7252890), состоящая из слоев металлизированного алюминием или серебром полимера, такого как полиэфир или полиимид, между которыми расположены слои стекловолокна или нейлона, покрытая с верхней стороны ИК-излучающим неорганическим материалом, затем фотокаталитическим слоем оксида металла и с наружной стороны электропроводящим слоем оксида индия или оксида олова. Недостатками этой теплоизоляции являются сложная конструкция, недостаточная прочность на разрыв при сшивке теплозащитных матов, легкая повреждаемость и загрязняемость наружного слоя при изготовлении и транспортировке космических аппаратов и повышенный вес за счет использования неорганических веществ.
Наиболее близкой по технической сущности к настоящему изобретению является «Изоляция тепловая экранно-вакуумная» по ОСТ 92-1380-83, состоящая из наружного слоя стеклоткани ТСОН-СОТ ТУ 156-66 или аримидной ткани артикул 56420, промежуточных слоев из гофрированной односторонне или двухсторонне металлизированной полиэтилентерефталатной пленки, отделенных друг от друга низкотеплопроводными сепараторами из стекловуали ХСВН-7 ТУ 6-48-05786904-147 и внутреннего облицовочного слоя перкаля ГОСТ 12125-66 или полиэтилентерефталата СТУ 3 113-105-64. Недостатками этой теплоизоляции являются парниковый эффект, значительное пылеворсовыделение и повышенный вес за счет стеклоткани и стекловуали, а также необходимость защиты персонала от пыли стекловолокон при изготовлении теплоизоляции.
Целью настоящего изобретения является исключение указанных недостатков и снижение теплового потока через теплоизоляционный материал, а также улучшение условий труда при сборке материала за счет замены стеклоткани на непылящую полимерную сетку.
Технический результат достигается тем, что формованная неплоская полимерная (полиэфирная, полиамидная, полиимидная, арамидная, аримидная) пленка с односторонне или двухсторонне напыленным металлом склеивается или сваривается с полимерной (полиэфирной, полиамидной, полиимидной, арамидной, аримидной) сеткой, обеспечивающей неподвижное соединение только по поверхности выпуклостей, что уменьшает поверхность соприкосновения слоев и тем самым уменьшает тепловой поток через весь многослойный теплоизоляционный материал, сложенный из таких пленок с приклеенными или приваренными сетками. На полимерной пленке могут быть сформованы выпуклости в виде различных геометрических фигур. Эти выпуклости могут быть одинаковыми или разными и располагаться на одинаковом или неодинаковом расстоянии друг от друга. Так, двусторонне напыленная алюминием полиэтилентерефталатная пленка, формованная из чередующихся расположенных перпендикулярно друг другу ромбов (Рисунок 1), склеенная полиэфирной сеткой (Рисунок 2) с нанесенным термоклеем, складывается в многослойный материал (Рисунок 3) - материал в поперечном разрезе. Пленка может быть разной толщины, причем одна теплоизоляция может быть собрана из пленок разных толщин. Теплоизоляция может быть формована рельефом из квадратов (Рисунок 4), прямоугольников (Рисунок 5), кругов (Рисунок 6), а также различных геометрических фигур другой формы. Полимерная сетка может быть сделана из волокон разной толщины и расстояние между волокнами может варьироваться.
Пример 1
Полиэфирная с двухсторонним алюминиевым напылением пленка, формованная рельефом в виде чередующихся перпендикулярно ромбических выпуклостей, и полиэфирная сетка с нанесенным термоклеем склеиваются и складываются в теплоизоляцию с чередующимися слоями пленки и сетки (30 пленок, 29 сеток).
Пример 2
Полиэфирная с односторонним алюминиевым напылением пленка, формованная рельефом в виде регулярно расположенных ромбических выпуклостей, и полиэфирная сетка свариваются и складываются в теплоизоляцию с чередующимися слоями пленки и сетки (20 пленок, 19 сеток).
Пример 3
Полиамидная с двухсторонним алюминиевым напылением пленка, формованная рельефом в виде регулярно расположенных квадратных выпуклостей, и арамидная сетка с нанесенным термоклеем склеиваются и складываются в теплоизоляцию с чередующимися слоями пленки и сетки (25 пленок, 24 сетки).
Пример 4
Полиимидная с двухсторонним алюминиевым напылением пленка, формованная рельефом в виде регулярно расположенных квадратных выпуклостей, и полиимидная сетка с нанесенным термоклеем склеиваются и складываются в теплоизоляцию с чередующимися слоями пленки и сетки (30 пленок, 29 сеток).
Пример 5
Арамидная с односторонним алюминиевым напылением пленка, формованная рельефом в виде регулярно расположенных круглых выпуклостей, и полиамидная сетка свариваются и складываются в теплоизоляцию с чередующимися слоями пленки и сетки (25 пленок, 24 сетки).
Пример 6
Полиимидная с двухсторонним алюминиевым напылением пленка, формованная рельефом в виде регулярно расположенных круглых выпуклостей, и полиэфирная сетка с нанесенным термоклеем склеиваются и складываются в теплоизоляцию с чередующимия слоями пленки и сетки (20 пленок, 19 сеток).
Сравнительный пример 1 (по прототипу)
Гофрированную полиэтилентерефталатную пленку, металлизированную алюминием, и стекловолокно собирают в теплоизоляцию с чередующимися слоями пленки и стекловолокна (30 пленок, 29 слоев стекловолокна).
Результаты испытаний теплоизоляции, собранной по примеру 1 и сравнительному примеру 1, приведены в таблице 1.
Таблица 1
Пример №
Удельная масса, г/м<sup>2</sup>
Мощность электрообогревателя, Вт
Удельное термическое сопротивление, м<sup>2</sup>×К/Вт
Термическое сопротивление, К/Вт
Относительная эффективность, %
среднее
среднее
1
185
0,86
4,97
4,70
410,8
388,4
110,85
1,05
4,65
384,1
1,14
4,48
370,2
Ср. 1 (прототип)
188
0,86
4,47
4,24
369,1
350,4
100
1,05
4,18
345,7
1,14
4,07
336,6
Из таблицы 1 видно, что тепловое сопротивление предлагаемого в данном изобретении материала более чем на 10% выше при меньшем весе ЭВТИ по сравнению с ЭВТИ, используемым в настоящее время.
В таблице 2 приведены данные по пылеворсовыделению по примеру 1 и сравнительному примеру 1 (прототипу).
Таблица 2
№
Материал
Пылеворсовыделение материалов (количество и размеры частиц)
0,5 мкм
0,6 мкм
0,8 мкм
1,0 мкм
1,5 мкм
2,0 мкм
5,0 мкм
10,0 мкм
1
Ср. 1 (прототип)
5500
4800
3900
2750
2400
1900
250
22
2
По примеру 1
500
400
300
150
50
10
2
0
Из таблицы 2 видно, что пылеворсовыделение предлагаемого в данном изобретении материала меньше, чем у используемого в настоящее время ЭВТИ в 10-100 раз.