Тепловая защита — средства защиты систем и агрегатов спускаемого аппарата , головных частей ракет, стенок камеры сгорания ЖРД от воздействия экстремальных температур.

Разработка вопросов тепловой защиты советскими учёными

В 1947 году Мстислав Келдыш создаёт в НИИ-1 уникальную экспериментальную газодинамическую базу, в которой для испытания материалов для теплозащиты используются уникальные электродуговые подогреватели газа. Для запуска баллистических ракет необходимо было решать вопросы тепловой защиты головных частей ракеты. Проведённые в НИИ-1 исследования показали, что «затупление» носка конуса существенно упрощают условия прохождения головной частью межконтинентальной баллистической ракеты плотных слоёв атмосферы .

Решение вопросов, связанных с тепловой защитой спускаемого аппарата также была одной из важнейших задач, стоящих перед советскими космическими специалистами. Именно благодаря проводимым в рамках НИИ-1 испытаниям были выбраны оптимальные варианты решений самых важных и сложных вопросов .

С сентября 1957 года по январь 1958 года в рамках ОКБ-1 проводились исследования, связанные с оценкой внешних тепловых потоков, температур наружных поверхностей, массы теплозащиты для различных схем спускаемых с орбиты ИСЗ аппаратов в большом диапазоне значений аэродинамического качества. Численными методами определялся прогрев теплозащиты. После принятия концепции баллистического спуска была принята сферическая форма спускаемого аппарата, при которой имелись достоверные и стабильные аэродинамические характеристики во всех диапазонах углов атаки и на всех скоростях. Был сделан вывод о том, что тепловая защита должна иметь массы в диапазоне от 1300 до 1500 кг.

Корпус спускаемого аппарата был покрыт тепловой защитой с переменной толщиной. Максимальных значений она достигала 0,18 метров в лобовой части, а минимальных в тыльной — 0,03 метра .

Назначение и виды

Тепловая защита спускаемого аппарата (СА) — предназначена для защиты от аэродинамического нагрева при движении в плотных слоях атмосферы, а также для обеспечения комфортных условий экипажу, находящемуся в спускаемом аппарате.

Вид тепловой защиты, состав теплозащитных материалов зависит от скорости и баллистических характеристик входа СА в атмосферу, а также от его аэродинамической формы и массы.

Тепловая защита может быть пассивной, радиационной, активной, и смешанной.

При пассивной теплозащите воздействие теплового потока воспринимается с помощью специальным образом сконструированной внешней оболочки или с помощью специальных покрытий, наносимых на основную конструкцию. Примером пассивной тепловой защиты является тепловая защита космических аппаратов многоразового использования . В качестве специального покрытия для корпуса многоразового транспортного космического корабля (МТКК), например « Спейс шаттл » или « Буран » используются термостойкие теплозащитные плитки. Плитки имеют различные размеры и различное теплозащитное покрытие. Вся поверхность рассматриваемого аппарата разделена по уровню температур на четыре зоны, в каждой из которых используется своё покрытие.

Радиационная тепловая защита используется для защиты элементов конструкции, расположенных в зонах с относительно низким уровнем тепловых потоков. Отвод теплоты осуществляется излучением в окружающее пространство.

Активная тепловая защита характеризуется наличием в её составе системы охлаждения. Разновидностью активной тепловой защиты является широко используемое абляционное охлаждение . Согласно этому методу защищаемая конструкция покрывается слоем специального материала, часть которого под действием теплового потока может разрушаться в результате процессов плавления , испарения , сублимации . Пример разрушающихся теплозащитных покрытий — стеклопластики и другие пластмассы на органических и кремнийорганических связующих.

Абляционное покрытие также используется для защиты камеры сгорания и сопла жидкостных ракетных двигателей от перегрева.

См. также

• Абляционная защита
• Многоразовый космический корабль
• Спускаемый аппарат

Примечания

Литература

• Космонавтика / Глав. ред. В.П. Глушко . — М. : Советская энциклопедия , 1985. — 528 с., ил с. — 75 000 экз.
• Г. М. Салахутдинов. Тепловая защита в космической технике. — Москва : Знание, 1982. — 64 с. — ("Космонавтика, астрономия"; № 7).
• В. С. Авдуевский , Б. М. Галицейский, Глебов Г. А. и др. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике / В.С. Авдуевский, В. К. Кошкин . — М. : Машиностроение , 1975. — 623 с с. — ISBN ISBN 5-217-01338-9 .
• : [курс лекций] / Д. С. Михатулин, Ю. В. Полежаев , Д. Л. Ревизников . — Москва : Янус-К, 2011. — 516, [1] с., [20] л. ил. : ил.; 22 см; ISBN 978-5-8037-0522-2 (издано по гранту РФФИ).