Определение оптимальной методики создания криогенных температур на элементах научной аппаратуры обсерватории «Миллиметрон» Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетнеескцие чтения. 2015

conditions// International Journal of Mechanical Sciences. 2013. Vol. 75. P. 178-188.

4. A. Farshidianfar, P. Oliazadeh. Free vibration analysis of circular cylindrical shells: comparison of different shell theories// International Journal of Mechanics and Applications. 2012. Vol. 2. No. 2. P. 74-80.

5. Bosyakov S. M., V. Chzhivey. Opredelenie sobstvennykh chastot svobodnykh kolebaniy tonkoy tsilindricheskoy obolochki iz stekloplastika pri nesimmetrichnykh granichnykh usloviyakh // Vestnik BGU. 2011. Ser. 1. No. 1. C. 110-115.

6. Efimova T. L. Issledovanie svobodnykh kolebaniy ortotropnykh tsilindricheskikh obolochek na osnove razlichnykh modeley // Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine. 2011. No. 6. P. 72-78.

7. Vasil'ev V. V. Mekhanika konstruktsiy iz kompozitsionnykh materialov. M.: Mashinostroenie, 1988. 272 s.

8. Komkov M. A. Tekhnologiya namotki kompozitnykh konstruktsiy raket i sredstv porazheniya : ucheb. posobie M. : Izd-vo MGTU im. N. E. Baumana, 2011. 431 s.

Частоты колебаний шарнирно-опертого по торцам стержня, Гц

15

25

BEAM f, Гц SHELL f, Гц Мода Ф, ° BEAM f, Гц SHELL f, Гц Мод

353,37 (1,2) 322,175 (1,2) 1 45 191,61 (1,2) 192,07 (1,2) 1

- 405,6 (3,4)* 2 746 (3,4) 753,64 (3,4) 8

- 639 (5,6)* 3 - 851,936 (5,6)* 2

- 978 (7,8)* 4 - 925 (7,8)* 3

- 1012 (9,10)* 5 - 1122 (9,10)* 5

- 1018 (11)* 6 - 1470 (11,12)* -

- 1023 (12,13)* 7 1609,19 (5,6) 1645,78 (13,14) -

1375 (3,4) 1034 (14,15) 8 65 96,47 (1,2) 97,065 (1,2) 1

333,579 (1,2) 324,463 (1,2) - 375,6 (3,4) 383,24 (3,4) 8

- 426 (3,4)* - 810 (5,6) 846 (5,6) -

- 697 (5,6)* - - 1290 (7,8)* 2

- 1025 (7,8)* - - 1304 (9,10)* 3

- 1073 (7,8)* - - 1346 (11,12)* 5

- 1164 (11,12)* - - 1434,3 (13,14)* -

1298,67 (3,4) 1178,48 (13,14) - 1365,16 (7,8) 1467 (15) -

296,517 (1,2) 294,291 (1,2) 1 85 66,5 (1,2) 66,916 (1,2) -

- 491,6 (3,4)* 2 259 (3,4) 262 (3,4) -

- 720,5 (5,6)* 3 558 (5,6) 572,4 (5,6) -

1154,38 (3,4) 1123,83 (7,8) 8 941,2 (7,8) 980,507 (7,8) -

- 1019 (9)* 4

О

Ф

5

© Нестеров В. А., Суханов А. С., 2015

УДК 629.783:621.59

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ МЕТОДИКИ СОЗДАНИЯ КРИОГЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР НА ЭЛЕМЕНТАХ НАУЧНОЙ АППАРАТУРЫ ОБСЕРВАТОРИИ «МИЛЛИМЕТРОН»

О. В. Пастушенко, В. М. Михалкин, А. К. Шаров

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: [email protected]

Описывается способ обеспечения криогенных температур до 4,5 К на элементах бортового комплекса научной аппаратуры обсерватории «Миллиметрон» на этапе наземной экспериментальной отработки.

Ключевые слова: Миллиметрон, телескоп, криогенная температура, зеркальная система, двухступенчатый рефрижератор, цикл Джиффорда-Мак-Магона.

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

DETERMINING OPTIMAL TECHNIQUE TO OBTAIN CRYOGENIC TEMPERATURES ON THE ELEMENTS OF MILLIMETRON SPACE OBSERVATORY SCIENTIFIC EQUIPMENT

O. V. Pastushenko, V. M. Mikhalkin, A. K. Sharov

JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]

This article describes the method to obtain cryogenic temperatures to 4.5 K on the elements of the onboard scientific instrumentation at complex Millimetron space observatory during stage ground-based experimental testing.

Keywords: Millimetron, telescope, cryogenic temperature, mirror system, double-stage cooling system, Gifford -McMahon cycle.

Обсерватория «Миллиметрон» с 10-метровым космическим телескопом предназначена для исследования различных объектов Вселенной в миллиметровом и инфракрасном диапазонах на длинах волн от 0,02 до 17 мм [1].

Высокая чувствительность достигается за счет глубокого охлаждения зеркальной системы телескопа и приемной аппаратуры. Для достижения максимальной чувствительности приемных средств создается сложная система двухступенчатого охлаждения, составными частями которой являются:

- пассивная радиационная система охлаждения для сброса тепла через радиатор в космос, обеспечивающая охлаждение до 50 К;

- активная система, которая представляет собой криогенную машину для охлаждения зеркальной системы телескопа (однородный алюминий или кремне-

углерод, покрытый алюминиевой пленкой) через капилляры в сегментах ее конструкции, обеспечивающая охлаждение до 4,5 К.

Некоторые приборы, такие как детекторы приемников, потребуют охлаждения до температуры 0,1 К [1].

На этапах наземной экспериментальной отработки (НЭО) элементов бортового комплекса научной аппаратуры (БКНА-М) появилась необходимость обеспечения криогенных температур до 4,5 К на испытываемых элементах. Особенность данных испытаний связана с использованием комплекса оборудования контроля геометрических и функциональных параметров (рис. 1), состоящего из лазерного измерительного оборудования, располагаемого вне объема вакуумной камеры, гермоплаты с иллюминатором и технологической оснастки.

Рис. 1. Комплекс оборудования контроля геометрических и функциональных параметров

Решетневские чтения. 2015

Элемент

Температурные В! IKA М м о cm bt _t_

Жидкий гелий

Рис. 2. Специальная оснастка для обеспечения криогенных температур

Достижение таких низких криогенных температур является сложной и трудоемкой задачей, связанной с большим количеством факторов, которые влияют на температурное поле испытываемого элемента [2-4], например:

- теплоприток от технологического и испытательного оборудования;

- теплоприток излучением через иллюминатор.

Обеспечение заданных температур планируется

достигать с помощью двухступенчатых гелиевых рефрижераторов и специальной оснастки с использованием жидкого гелия [3-5].

В АО «ИСС» разрабатывается техническая документация на вакуумную установку, позволяющую обеспечить криогенные температуры на испытываемых элементах. Ориентировочный срок ввода в эксплуатацию данной установки - 2018 г.

Двухступенчатый рефрижератор базируется на термодинамическом цикле Джиффорда-Мак-Магона и состоит из гелиевого компрессорного агрегата, криоголовки и линий высокого и низкого давлений, соединяющих компрессорный агрегат и криоголовку. Криоголовка состоит из двух ступеней. Первая ступень охлаждает первый экран до температуры ниже 50 К, а вторая ступень до 4 К. В зависимости от моделей и конструктивного исполнения температура первой и второй ступеней может различаться.

Специальная оснастка представляет собой комплект из температурных мостов и криогенного стола с герметичной полостью для хладагента, которая через систему трубопроводов и запорной арматуры заполняется жидким гелием (рис. 2).

В настоящее время в АО «ИСС» проводится отработка технологического оборудования и методики создания на элементах БКНА-М криогенных температур до 4,5 К с использованием существующего парка испытательного оборудования.

Библиографические ссылки

1. Миссия Миллиметрон [Электронный ресурс]. URL: http://millimetron.ru/ (дата обращения: 29.08.2015).

2. Справочник по физико-техническим основам глубокого охлаждения / М. П. Малков, И. Г. Данилов, А. Г. Зельдович и др. 3-е изд., перераб. и доп. М. : Энергоатомиздат, 1985. 432 с.

3. Микулин Е. И. Криогенная техника. М. : Машиностроение, 1969. 267 с.

4. Оцисик М. Н. Сложный теплообмен. М.: Мир, 1976. 615 с.

5. Алексеев В. П., Вайнштейн Г. Е., Герасимов П. В. Расчет и моделирование аппаратов криогенных установок. Л. : Энергоатомиздат, 1987. 278 с.

References

1. Missiya Millimetron [Mission Millimetron]. Available at: http://millimetron.ru/. (accessed 29.08.2015).

2. Spravochnik po fiziko-tekhnicheskim osnovam glubokogo okhlazhdeniya [Handbook of physical and technical basics of deep cooling]. M. P. Malkov, I. G. Danilov, A. G. Zel'dovich i dr. 3-e izd., pererab. i dop. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1985, 432 p.

3. Mikulin E. I. Kriogennaya tekhnika [Cryoengineering]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1969, 267 p.

4. Otsisik M. N. Slozhnyy teploobmen [Complicate heat exchange]. Moscow, Mir Publ., 1976, 615 p.

5. Alekseev V. P., Vaynshteyn G. E., Gerasimov P. V. Raschet i modelirovanie apparatov kriogennykh ustanovok [Computation and modelling device cryogenic plant]. Leningrad, Energoatomizdat Publ., 1987, 278 p.

© Пастушенко О. В., Михалкин В. М., Шаров А. К., 2015