Украинцы не собираются покидать космос

На перспективных европейских космических спутниках связи будет установлена система охлаждения разработки харьковских ученых.

«Кондиционер» для спутника

Недавно Государственное (ранее оно называлось Национальным) космическое агентство Украины подвело итоги деятельности за последние 20 лет. Оказывается, нам все еще есть чем гордиться.

За это время Украина с 4 космодромов мира произвела 125 успешных стартов, выведя на орбиту 238 спутников по заказу 19 стран. Из ближайшего: на 2013 год запланирована реализация масштабного украино-бразильского космического проекта «Алкантара-Циклон-4-Спейс», который позволит Украине осуществлять запуски новой ракеты-носителя «Циклон-4» с бразильского космодрома Алкантара.

Надежность украинского ракетостроения во многом достигается благодаря уникальным разработкам отечественных ученых. В том числе и харьковских. Более того, некоторые разработки харьковских ученых в этой области являются уникальными. Например, охлаждение в условиях космоса. На первый взгляд, это может показаться мелочью, но на деле — это довольно серьезная проблема. Суть ее в следующем: любой современный телекоммуникационный спутник несет на себе мощное электронное оборудование. Но полдела — получить электроэнергию при помощи солнечных батарей, нужно еще и отвести со спутника тепло, которое электронное оборудование выделяет в процессе своей работы. Ведь в космосе конвекции, благодаря которой на Земле в основном и происходит теплообмен, нет, а электроника достаточно капризна и требует для нормальной работы строго определенных температур. Выходит, что охлаждающая система должна понижать температуру до совершенно конкретной величины, уметь отвести тепло в вакууме, быть сверхнадежной, ибо выход ее из строя скорее всего приведет к потере до неприличия дорогого спутника, и при этом быть легкой, ведь вес космического аппарата строго лимитирован. Элементы системы изготавливают в основном из алюминиевых сплавов, а в качестве теплоносителя используется аммиак. Это вещество обладает отличными теп­лофизическими свойствами — высокой теплоемкостью, огромной скрытой теплотой парообразования, большой теплопроводностью, а также низкой температурой замерзания — минус 77 градусов, что для условий космоса немаловажно. Аммиак циркулирует в элементах системы терморегулирования, отбирая тепло у электронного оборудования и перенося его к радиаторам, которые сбрасывают его в космос посредством излучения.

Так все и происходило многие годы, пока мощность оборудования, установленного на космических аппаратах, не начала расти. И это постоянная тенденция. Тогда-то у инженеров всего мира и появились проблемы, решить которые помогли харьковские ученые.

Технология от ХАИ

Еще в советские времена специалисты из Национального аэрокосмического университета им. Н. Е. Жуковского «ХАИ» (тогда еще Харьковского авиационного института), готовили для НПО «Энергия» (ныне РКК «Энергия») проект принципиально новой системы охлаждения, которая была внедрена сначала как экспериментальная на орбитальной станции «Мир», а позже при постройке российского модуля для Международной космической станции. Таким образом, Украина, Россия, а также США, разработавшие приблизительно такую же систему самостоятельно, стали ныне единственными владельцами данной технологии. В чем заключается ее принципиальное отличие, журналисту «Времени» разъяснил Павел Гакал, кандидат технических наук, доцент кафедры аэрокосмической теплотехники Национального аэрокосмического университета им. Н. Е. Жуковского «ХАИ»:

— Обычно в системах охлаждения применяется аммиак в одном агрегатном состоянии — жидком. Такие системы называются однофазными. У нас жидкий аммиак поступает к приборам, нагревается и кипит, частично превращаясь в пар. Это так называемая двухфазная система, ведь аммиак в ней находится и в жидком, и в парообразном состоянии. На выходе мы имеем высокое содержание парообразного аммиака — по массе примерно 80 процентов. После этого двухфазная смесь поступает в конденсаторы специальной конструкции, находящиеся уже за бортом станции. Теплота от конденсаторов переносится к излучающим панелям. Циркуляцию аммиака в контуре осуществляет механический насос, сделанный на заказ в Швейцарии.

Такое решение выгодно, потому что во время перехода вещества из жидкого состояния в газообразное происходит активное поглощение тепла. Это значит, что при той же эффективности теплоносителя, в данном случае аммиака, нужно меньше. Оборудование получается более компактным и, что самое важное, легким. Вы­игрыш в весе, по сравнению с аналогичной однофазной системой, около сотни килограммов, что для космического аппарата весьма немало. К тому же, чем меньше теплоноситель, тем проще заставить его циркулировать. На собственную работу такая система охлаждения тратит почти в два раза меньше ценной электроэнергии.

Хотя, как утверждают специалисты, у данного решения существуют и недостатки…

Французский интерес

Тем не менее, когда несколько лет назад о системе термостабилизации узнали сотрудники французской корпорации «Thales Alenia Space», они пришли к выводу, что таковая будет явно не лишней в их перспективных спутниках с куда более мощным, чем ранее, оборудованием, выделяющим много тепла.

— В 2006—2009 годах, — продолжает Павел Гакал, — мы создали в ХАИ экспериментальный стенд и передали его французам. Это была полномасштабная модель системы терморегулирования, которая, надеемся, в обозримом будущем полетит в космос. Единственное отличие стенда от реальной системы заключается в способе отвода тепла. На Земле невозможно реализовать космические условия, поэтому мы использовали обычное жидкостное охлаждение вместо излучающих панелей.

Перед тем как отправить стенд во Францию, ученые университета провели на нем огромный массив экспериментальных исследований.

Французская сторона уже подтвердила контракт, и ХАИ сейчас выполняет ряд расчет­но-экс­периментальных работ для «Thales Alenia Space», связанных с проектированием отдельных элементов оборудования системы.

Что касается суммы контракта, то это коммерческая тайна, но можно сказать, что речь идет о сотнях тысяч евро.

«Время»