Экспериментальное исследование радиопрозрачного терморегулирующего покрытия для применения в солнцезащитных экранах антенн Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

совокупность узлов и связанных с ними конечных элементов с заданными свойствами.

Проведен эксперимент по определению температурных деформаций сотовой панели. Объект испытаний был закреплен в трех точках, обеспечивающих статически определимую систему. На объекте испытаний были установлены средства измерения - репер-ные знаки. Для постоянного контроля температурного поля на объекте испытания были установлены температурные датчики с обеих сторон панели.

Координаты реперных знаков и температурных датчиков, полученных в экспериментальных условиях, были использованы при создании модели для аппроксимации температур по математической модели.

Панель нагревали поэтапно до достижения максимально зафиксированной температуры на любом из датчиков +60 оС; на следующем этапе до +90 оС. После создания температурного поля с максимальной температурой на объекте производились измерения геометрических параметров рабочей поверхности сотовой панели с постоянной выдержкой температурного поля.

Температуры, полученные в результате эксперимента, были внесены в конечно элементную модель и аппроксимированы по всей поверхности панели с обеих ее сторон. По полученным результатам был вычислен градиент температур.

При сравнении результатов расчета и эксперимента для температурного поля +60 оС получили хорошую сходимость в части температурных деформаций, погрешность составила 5 %, а для поля +90 оС погрешность равна 4 %. По результатам расчета максимальная деформация для поля +60 оС равна 0,35 мм, а для эксперимента - 0,37 мм. По результатам расчета максимальная деформация для поля +90 оС равна 0,65 мм, а для эксперимента - 0,66 мм.

Полученные погрешности являются удовлетворительными с точки зрения верификации конечно-элементной модели сотовой панели с экспериментом в части температурных деформаций.

Результаты работы позволяют использовать верифицированную модель для синтеза конечно-элементных моделей сборок следующего уровня.

N. A. Testoedov, V. M. Mikhalkin, G. V. Dvirnyi, M. Yu. Permyakov JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

THE IDENTIFICATION OF THERMOELASTIC DEFORMATIONS OF SANDWICH PANEL FOR COMMUNICATION SATELLITE

The features of modeling of the sandwich panel are considered. The thermoelastic analysis of the panel is carried out. The finite element model of the panel based on the results of termoelastic tests is verified.

© Тестоедов Н. А., Михалкин В. М., Двирный Г. В., Пермяков М. Ю., 2010

УДК 629.78.023.222

А. А. Чернятина, Р. А. Ермолаев

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИОПРОЗРАЧНОГО ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СОЛНЦЕЗАЩИТНЫХ ЭКРАНАХ АНТЕНН

Изготовлен радиопрозрачный терморегулирующий материал на основе полиимидной пленки с германиевым покрытием. Опробовано нанесение дополнительных электропроводных и защитных нанослоев. Исследованы оптические, электрические и радиотехнические характеристики материала в процессе испытаний на воздействие факторов хранения и эксплуатации. Показано, что полученные образцы германиевого покрытия с электропроводным слоем оксида индия сохраняют требуемые характеристики после испытаний и могут быть рекомендованы к применению в качестве солнцезащитных экранов рефлекторов и излучателей антенн космических аппаратов.

В качестве терморегулирующих экранов антенно-фидерных систем (АФС) в настоящее время нашли применение материалы на основе полиимидных пленок с нанесенными тонкими слоями полупроводниковых материалов. Такие материалы успешно применяются за рубежом. Отечественные материалы такого класса до последнего времени отсутствовали. Ранее в ОАО «ИСС» были проведены работы по отработке

нанесения германиевого покрытия на полиимидную пленку. Исследованы характеристики образцов пленок с различными толщинами слоя германия, выявлена оптимальная толщина слоя германия, обеспечивающая высокий коэффициент отражения света, малое пропускание света и минимальное значение радиопотерь. Однако, при проведении квалификационных испытаний материала отмечено увеличение по-

Решетневские чтения

верхностного сопротивления рп покрытия до 1010 Ом/см2 (при требуемом значении < 108 Ом/см2). Такая величина поверхностного сопротивления не обеспечивает стекание электростатического заряда. Применение дополнительных электропроводных и защитных слоев должно стабилизировать исходное поверхностное сопротивление покрытия и защитить от повреждений (загрязнения, царапин и др.) при работах с материалом.

Целью данной работы является опробование нанесения электропроводных и защитных тонких слоев для сохранения и улучшения характеристик германиевого покрытия на полиимидной пленке-основе. Стабильность характеристик полученных образцов покрытий оценивалась по результатам испытаний на воздействие факторов хранения и эксплуатации современных КА длительного срока существования (до 15 лет и более).

В качестве электропроводного слоя использовали оксид индия (1п203), применяемый в ранее разработанных в ОАО «ИСС» аналогичных электропроводных покрытиях верхнего слоя мата экранно-вакуум-ной теплоизоляции. В качестве защитного слоя опробован тонкий слой оксида кремния, толщиной 0,01-0,02 мкм. Измерение оптических характеристик показало, что такая толщина оксида кремния не приводит к ухудшению коэффициента отражения солнечного излучения Кз и коэффициента излучения Еп (см. таблицу).

Требованиям к поверхностному сопротивлению удовлетворяют только образцы полиимидных пленок,

в схему напыления которых входит электропроводящий слой 1п203 (см. таблицу).

Потери радиоизлучения на полученных образцах не превышают 0,06 дБ, а значит могут применяться в конструкции антенно-фидерных систем (требования по радиопотерям < 0,1 дБ). Однако, на образцах пленок с более толстым слоем оксида индия и поверхностным сопротивлением менее 5-105 Ом/см2 замечено недопустимое увеличение радиопотерь в высокочастотном диапазоне (на пленках с рп = 5-105 Ом/см2 до 0,25 дБ, с рп = 2-103 Ом/см2 до 2,5 дБ). Поэтому для соответствия требованиям по величине поверхностного сопротивления толщина слоя оксида индия должна быть 0,02-0,05 мкм.

Для определения стабильности поверхностного сопротивления образцов покрытий с дополнительными электропроводными слоями были проведены ускоренные климатические испытания, имитирующие 6 лет хранения в условиях отапливаемого склада. Результаты измерений поверхностного сопротивления представлены на рисунке.

Поверхностное сопротивление образцов в процессе хранения увеличивается, причем наибольшее увеличение происходит после первого цикла УКИ (1 года хранения) в 1,1-3,1 раза, в последующие циклы сопротивление либо остается на том же уровне, либо увеличивается с меньшей скоростью (1,1-1,3 раза). Требованиям по величине поверхностного сопротивления не более 1-108 Ом/см2, после проведенных испытаний удовлетворяют только схемы германиевого покрытия с электропроводным слоем 1п203.

Характеристики образцов германиевого покрытия

№ обр. Схема покрытия Терморадиационные характеристики Рп, Ом/см2 Радиопотери, дБ на частотах, ГГц

Аз Е 2,2-2,4 37

1 Ое 0,61 0,15 0,24 0,69 2,2-108 -0,01 -0,02

2 Ое + БЮ* 0,59 0,14 0,27 0,67 2,1-108 -0,01 -0,02

3 1п203 + Ое 0,58 0,10 0,32 0,69 2-106 -0,01 -0,06

4 1п203 + Ое + БЮ* 0,61 0,12 0,27 0,68 1,1106 -0,03 -0,06

5 1п203 +Ое/ПМ-пленка/Ое 0,67 0,05 0,28 0,68 1,6107 -0,03 -0,05

6 1п203 + Ое + ВЮ2/ПМ-пленка/ Ое 0,67 0,05 0,28 0,68 1,1-10' -0,03 -0,05

Циклы УКИ

Динамика изменения поверхностного сопротивления образцов покрытий на основе германия в процессе проведения ускоренных климатических испытаний (УКИ)

Проведение дальнейших испытаний выбранных схем с электропроводным слоем 1п203 на воздействие термоциклирования в вакууме, облучение электронами и радиационной электризации показали стабильность оптических и электрических характеристик. Потери радиоизлучения напыленных германием пленок с электропроводным слоем 1п203 не превышают 0,06 дБ в широком диапазоне длин волн, поверхностное сопротивление составляет (6-8) ■ 107 Ом/см2, оптические коэффициенты: коэф-

фициент отражения солнечного излучения Rs > 0,50, коэффициент излучения Еп > 0,65, коэффициент пропускания ^ < 0,10.

Данные значения характеристик образцов германиевого покрытия с электропроводящим слоем 1п203 после испытаний на воздействие факторов хранения и эксплуатации позволяют рекомендовать применение данной схемы покрытия в конструкции радиопрозрачного терморегулирующего экрана для антенно-фидерных систем.

A. A. Chernyatina, R. A. Ermolaev JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

AN EXPERIMENTAL STUDY OF THE RADIOTRANSPARENT THERMAL CONTROL COATING FOR ANTENNAS SUNSHIELDS APPLICATION

A radiotransparent thermal control material based on polyimide film with germanium coating has been manufactured. Additional conductive and protective nano-layers have been deposited. Optical, electrical and radiotechnical properties of the material have been studied during the tests on exposure to the ground and space environment (storage and operation factors). It has been demonstrated that germanium coating samples with indium oxide conductive layer keep the required properties after the testing. The coating can be recommended to be used as sunshields for spacecraft antenna reflectors and radiating elements.

© Чернятина А. А., Ермолаев Р. А., 2010

УДК 681.2+53.083.8

Ю. В. Чугуй

Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Новосибирск

ПРЕЦИЗИОННЫЕ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ И РАЗМЕРНОГО КОНТРОЛЯ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ И НАУЧНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ

Представлены результаты работ Конструкторско-технологического института научного приборостроения Сибирского отделения Российской академии наук (КТИ НП СО РАН) по разработке и созданию прецизионных систем технического зрения и размерного контроля для различных отраслей промышленности и научных применений. Приводятся технические характеристики созданных приборов и систем.

Бесконтактный высокопроизводительный оптический микро-, нанопрофилометр. Разработан интерференционный микроскоп частично-когерентного света, предназначенный для измерения как микро-, так и нанорельефа поверхностей (рис. 1). Микроскоп включает в себя интерферометр, прецизионную автоматизированную систему трехкоординатного позиционирования экспериментальных образцов, контроллер управления, программное обеспечение. Микроскоп работает в двух режимах: режим наноизмере-ния предназначен для измерения высоты рельефа поверхностей высокого класса чистоты с разрешением менее 0,1 нм в диапазоне 0-50 мкм; режим микроизмерения предназначен для измерения высоты рельефа «грубых» поверхностей в диапазоне 0-10 мм с разрешением менее 0,1 мкм. В результате исследований влияния хроматизма и шума в интерферограммах на объектах с большим динамическим диапазоном изменения рассеивающих свойств существенно улучшены

измерительные характеристики микроскопа, что позволило обеспечить измерение рельефа поверхности с разрешением по глубине до 0,1 нм.

Рис. 1. Интерференционный микроскоп-нанопрофилометр

Универсальная автоматическая оптико-электронная система для бесконтактного размерного контроля керамических изделий с широкой номенклатурой. В интересах ХК ОАО «НЭВЗ-СОЮЗ» разработана и создана не имеющая аналогов