Аэрокосмические фотоприемные устройства в видимом и инфракрасном диапозонах - Формозов Б.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Такой радиатор при площади 4, равной 1,0 м2 , имеет хо -лодопроизводительность около 10-15 Вт при температуре криостатирования ПИ 5 на уровне 150-170 К (-100 -120 °С).
Методика расчета (приближенного) многокаскадных КРТ, позволяющих достичь при малых теплопритоках температуры Т ? 77-80 К, в нашей стране была разработана В. Ф. Клименко, которая в дальнейшем была продолжена автором данной книги с сотрудниками.
Рис. 11.1
1
9
78 Математическая модель РСО
Результирующий поток излучения 7-й поверхности объемной зоны равен разности поглощенного и собственного (излучаемого) потоков излучения, т. е.
N
ЧрезF1 =Do? (FjAjD7T4 DFiqDjiTi-4), (11.1)
j=1
где А., Cj. - коэффициенты поглощения и излучения соответствующих поверхностей; F- площадь поверхности; Dj0, D.. - угловые коэффициенты; j - число поверхностей, взаимодействующих с 1-й поверхностью.
Так как каждая поверхность переотражает энергию, излученную соседними телами, то для учета этого вводят приведенную степень черноты Епр = f (D, q A), и тогда выражение (11.1) перепишем
N
Q1 =Do ? (ЕпрТ DFjEj), (11.2)
j=1
где 1 = 1, 2, 3, ... , N.
Для определения температуры каждой поверхности для нее необходимо написать замкнутое уравнение
Qрезl ± Qki = 0, (11.3)
где Qki - тепловая энергия, подводимая (+) или отводимая (-) от поверхности внутренними (внешними) источниками или потребителями теплоты.
В качестве источников теплоты для рассматриваемой поверхности может быть кондуктивная энергия от соседних более нагретых тел или поглощенная излучением теплота от внешних источников.
Роль стоков теплоты могут играть аккумуляторы холода, или энергия, отдаваемая теплопроводностью к другой поверхности.
С помощью уравнения (11.3) с учетом (11.2) можно определить тепловой баланс для каждой поверхности
Do Е(Епр21^2?24 D Епр12F1T14 ) + (Епр31Е3Т34 D Епр13F1T1 ) +
+ !!((n 1FNTN D ЕпрШ^1Т14 ))= DQ2;
79 Do [(пр12F1T14 D Епр21Е2?24 ) + (Епр32F3T3 D Епр23F2T2 ) + + ((n2fNtN D ЕпрЖ^Т24 ))= DQ2;
II II Il I II II Il I II II Il I II II Il I II II Il I II II Il I ]????[
II II Il I II II Il I II II Il I II II Il I II II Il I II II Il I ]????[
Do [(пршОД4 D EпрN 1FNTN ) + (Eпр2NF2T24 D ^N2F2T2 ) +
+ (((N-1)NFN-1TN-1 D EпрN(N-1)FNTN ))= DQN, (11.4)
где Qn - подводимая теплота к N -й поверхности.
Если поверхность не получает теплоты кроме излучения от соседних поверхностей, то Q ? 0.
Сгруппировав однородные члены, получим систему уравнений
Do Е(Епр 12F1T14 + Епр13 + # + Fпр1N ) + F1T14 + F2Епр21 + Eпр31F3T34 + # + $ + EпрN1FNT^V R= DQ1;
Do [Епр12F1T14 -(Епр21 + Епр23 + # + f^in )F2T2 + EпрN2FNTN R= DQ2;
??????????????????????????????????????????????????
?????????????????????????????????????????????????? Do о(Епр 1NF1T14 + Епр2NF2T2 + # +) ^(^N1 + EпрN2 +
+ # + EпрN (N-1)) FnTN j= DQn . (1L5)
Введем принятые обозначения и умножим левые и правые части уравнений на -1. Тогда получим систему уравнений
?anT14 D a^4 D a^T,4 D # D amTN = Ъ; ?a21T14 D a22T24 D a23T,4 D # D a2nTN = b2;
-aN1T14 - aN2T24 - aN3T34 aNNTN = bN,
????????????????????????????????
????????????????????????????? ??? (11.6)
80 где «11 = ПоF1 (Епр12 + Епр13 + # + EuP1N );
a21 = ППо Епр12 F1
В общем виде
пр13 и т. д.
«12 = ППо Епр21^2;
ач =
N
По Fi G Епрї] , j=1
ПП F F ¦¦
Jj^прji'
i = j;
i = j,
где i = 1, 2, ..., N; j = 1, 2, ..., N.
В общем виде решение этой системы уравнений весьма затруднительно, но для конкретных конфигураций РСО она решается достаточно просто.
Сублимационные аккумуляторы холода
САХ, так же, как и РСО, является пассивной, т. е. не потребляющей электроэнергии, криогенной космической системой. Но в отличие от РСО, САХ - расходная система со строго ограниченным криоре-сурсом, так как охлаждение в нем производится за счет теплоты сублимации твердых криогентов в открытой космос.
Как правило, ИК-приемники размещаются прямо в контейнере с твердым газом в общей вакуумной полости криостата (рис. 11.2). Так, в американском спутнике "Nimbus-F" была использована 64-элементная линейка с элементами из соединения Hg-Cd-Te при Т = 57 К.
В табл. 11.1 приведены характеристики газов, которые используются в САХ.
В основном используются двух-газовые САХ, когда контейнер с более высококипящим криоагентом экранирует контейнер с более низ-кокипящим. Наилучшие показатели
имеет комбинация CH4- NH3. Pery- рис ^ 2 Таблица 11.1
Криоагент Nl N2 A r CH4 NH3 CO2
Температура 8-14 14-25 42-63 48-84 57-91 148-195 125-216
криостатиро-
вания
Теплота субли- 300 100 250 200 610 1800 600
мации
лирование и стабилизация температуры САХ обеспечивается также пассивным способом - откачкой сублимирующихся паров открытым космосом через патрубок определенной длины и сечения (подбирается экспериментально в камере имитации космического пространства).
Главной проблемой при длительной работе ИК-приемника с САХ в космосе является образование слоя криоосадков на охлаждаемых поверхностях ИК-приемников и фильтров. Основным источником паров воды, конденсирующихся в виде водяного льда, являются пакеты ЭВТИ, которая применяется в криостатах для теплоизоляции контейнеров с твердыми газами. Обезгазить их практически невозможно. Поэтому для борьбы с криоосадками необходимо предусматривать возможность периодического теплового отключения ПИ для отогрева и испарения слоев криоосадков в открытый космос.
