Учёные и инженеры из Московского авиационного института, компании «Ниагара» и НИКИЭТ предложили заменить металлические детали в системах охлаждения космических аппаратов на углеродные композиты. Это может сильно снизить массу спутников и станций, а значит — отправить в космос больше полезного оборудования.
Современные космические аппараты становятся всё мощнее, и вместе с этим растёт количество тепла, которое нужно отводить в космос. Для этого используются специальные радиаторы — холодильники-излучатели. Их площадь может достигать сотен квадратных метров, а сегодня их делают из меди. Медь отлично проводит тепло, но она тяжёлая. Например, медная панель площадью 500 квадратных метров весит больше тонны. Если заменить её на углеродную ткань, та же панель будет весить всего 200 килограммов.
Углеродные волокна уже давно известны своей прочностью и лёгкостью, но у них есть особенность: они почти не расширяются при нагреве, в отличие от металла. Это создаёт трудности при соединении углеродной ткани с металлическими тепловыми трубами, которые отводят тепло от работающих приборов. Учёные испытали несколько способов: пайку, механическое крепление и другие. Эксперименты показали, что такие соединения работают, а распределение температуры на макетах подтвердило эффективность подхода.
Особенно перспективным оказалось использование углеродных материалов не только как излучающей поверхности, но и как несущей конструкции. Например, из углепластика на основе фталонитрильного связующего можно делать балки и профили, которые выдерживают температуры до 350 градусов. Это позволяет интегрировать радиатор прямо в силовой каркас аппарата. В сложенном состоянии такая конструкция занимает минимум места, а на орбите раскрывается, как зонтик, обеспечивая максимальную площадь для отвода тепла.
Ещё один пример — корпус электронного блока, сделанный из теплопроводного углеродного материала. Он не только отводит тепло лучше алюминиевого, но и весит меньше. Испытания на беспилотном летательном аппарате подтвердили: углеродный корпус справляется с нагрузками и работает эффективнее.
Авторы отмечают, что переход на углеродные композиты требует решения ещё ряда технических задач, но потенциальный выигрыш огромен. Лёгкие и прочные радиаторы позволят создавать более мощные энергетические установки, а значит — расширять возможности космических аппаратов. Работа уже получила поддержку в виде патента, и исследования продолжаются.
Исследование опубликовано в журнале «Космическая техника и технологии»
Изображение на обложке: разработано Magnific
