В комментариях к предыдущей статье ряд читателей усомнились, можно ли считать КМ и ЛМ Аполлона 13 термосом?
Для начала напомню про термос. Что является его основой?
Ничего... То есть - пустота. Вакуум.
Вакуум - идеальный теплоизолятор - для конвективного теплообмена и теплообмена теплопроводностью. Только в районе заливной горловины и крышки есть "мостики холода" (или "мостики тепла" - не принципиально).
Помимо конвективного теплообмена и теплопроводности есть еще лучистый теплообмен. Собственно про него в основном и говорили в предыдущей части. С лучистым теплообменом в термосе борется зеркальное покрытие.
Оно, зеркальное покрытие, одинаково плохо поглощает оптическое и инфракрасное излучение, и излучает.
Аполлон.
Командный модуль - у Шунейко:
Цитата:
"Командный отсек корабля Apollo фирмы North American Rockwell (США) имеет форму конуса со сферическим основанием, диаметр основания 3920 мм, высота конуса 3430 мм, угол при вершине 60°, номинальный вес 5500 кг (рис. 14.2 и 14.3).
Командный отсек имеет герметическую кабину с системой жизнеобеспечения экипажа, систему управления и навигации, систему радиосвязи, систему аварийного спасения и теплозащитный экран.
Конструктивно командный отсек выполнен в виде двух оболочек. Внутренняя оболочка из алюминиевых сотовых профилированных панелей толщиной 20—38 мм, сварной конструкции — герметическая кабина экипажа со свободным объемом 6,1 м3; внешняя оболочка из профилированных сотовых панелей толщиной 15—63 мм, сваренных из листовой нержавеющей стали толщиной 0,2—1 мм. Внешняя оболочка, образующая тепловой барьер, защищающий гермокабину экипажа, состоит из трех частей: переднего экрана, экрана гермокабины и заднего экрана, крепящихся к гермокабине двутавровыми силовыми элементами из стекловолокна, изолирующими гермокабину от теплопроводности и температурных напряжений. Дополнительная теплоизоляция обеспечивается слоем стекловолокна между оболочками.
Абляционное теплозащитное покрытие внешней оболочки командного отсека сотовой конструкции из фенольного найлона с заполнителем из эпоксидной смолы с кварцевыми волокнами и микропузырьками. Абляционное покрытие переменной толщины от 8 до 44 мм приклепывается к внешней оболочке фенольным клеем (рис. 14.2).
Конец цитирования
Комментарий:
Внутренняя герметичная оболочка - внутри атмосфера. За оболочкой - вакуум - при полете в открытом космосе. Наружная оболочка из нержавейки. Между ними изоляция из стекловолокна. Затем еще теплоизоляция. Тепловой (теплозащитный, абляционный) экран переменной толщины. И наружное покрытие металлизированной пленкой.
То есть для космоса - более чем термос.
Но КМ должен возвращаться на Землю.
При торможении в атмосфере со второй космической на наружной поверхности аппарата тысячи градусов. Вакуума уже нет - атмосфера. Но воздух, как и всякие газы, особенно разреженные - тоже неплохая изоляция, если убрать конвекцию. Конвекцию убирают всякими волокнистыми или пористыми легкими материалами - в данном случае стекловолокном.
Торможение в атмосфере непродолжительное время, но температура нагрева - очень высокая. Выдерживает? Наверное да. Есть сомнение, что теплозащиты максимальной толщиной 44 мм на днище достаточно - у Союза слой теплозащиты больше - но мы сейчас немного о другом.
То есть КМ Аполлон - вполне себе термос. Настолько термос, что с теплом нужно бороться - и астронавты и оборудование это тепло выделяют.
Из Шунейко, цитата:
"Система охлаждения имеет 2 изолированных и полностью дублирующих друг друга гликолевых контура с испарителями. Выбор и включение контуров производятся астронавтами вручную. Гликоль охлаждается в теплообменниках и дополнительное охлаждение происходит в испарителе. Прокачивается гликоль тремя насосами с магнитной муфтой, число оборотов крыльчатки 12 000 об/мин, давление на выходе из насоса 2,1 кг/см2, расход 90 кг/ч, мощность 35 вт."
Конец цитирования
Комментарий:
Можно косвенно оценить, по параметрам расхода теплоносителя максимальное количество сбрасываемого тепла. Несколько киловатт.
Белые поверхности - радиаторы. Если посмотреть "цвет в ИК диапазоне" - должны быть весьма "черные". То есть в оптическом отражение неплохое, а в ИК излучение весьма хорошее.
Кто то из могликов/защитников "приносил" в комментарии фото "пирога" теплозащиты и теплоизоляции КМ в разрезе и на схеме - лень искать. Хотя фото весьма показательны.
Но и имеющейся информации достаточно, что бы признать КМ "термосом".
Лунный модуль.
У Шунейко про это немного:
Цитата:
Взлетная ступень имеет 3 основных отсека: отсек экипажа, центральный отсек и задний отсек оборудования (рис. 14.14). Герметизируются только отсек экипажа и центральный отсек, все остальные отсеки лунного корабля негерметизированы. Объем герметической кабины 6,7 м3, давление в кабине 0,337 кг/см2. Высота взлетной ступени 3,76 м, диаметр 4,3 м. Конструктивно взлетная ступень состоит из шести узлов: отсек экипажа, центральный отсек, задний отсек оборудования, связка крепления ЖРД, узел крепления антенн, и тепловой и микрометеорный экран. Цилиндрический отсек экипажа диаметром 2,35 м, длиной 1,07 м (объемом 4,6 м3) полумонококовой конструкции из хорошо сваривающихся алюминиевых сплавов марок 2219—Т8751, 2210—Т81, 2239— Т851, имеющих изотропные характеристики, предел прочности на растяжение 44,3 кг/мм2, предел текучести 35,1 кг/мм2, одинаковые во всех направлениях, минимальное удлинение 5%.
Вся конструкция взлетной ступени окружена тепловым и микрометеорным защитным экраном из многослойного майлара, покрытого снаружи одним тонким слоем алюминия.
Система жизнеобеспечения состоит из блока регенерации и очистки атмосферы, систем подачи кислорода, регулирования давления в кабине и регулирования циркуляции воды, блока теплопередачи и кранов подразрядки кислородом и водой автономной ранцевой системы жизнеобеспечения астронавтов.
Блок теплопередачи имеет основной и дублирующий контуры, работающие на водном растворе гликоля. Основной контур обеспечивает регулирование температуры кислорода в кабине и скафандрах, а также регулирование температуры аккумуляторов и электронного оборудования, смонтированного на охлаждаемых панелях.
Если основной контур не работает, дублирующий контур охлаждает только электронное оборудование, а охлаждение скафандров обеспечивается испарительным водяным контуром. Избыток тепла сбрасывается испарением воды.
Система жизнеобеспечения астронавтов лунного корабля показана на рис. 14.20.
Конец цитирования.
Комментарий:
Как видите (читаете) про теплоизоляцию немного, зато про систему охлаждения намного больше.
Три года назад, даже немного больше, я опубликовал статью
Лунные корабли - продолжение 2.
Воспользуюсь материалом про теплоизоляцию оттуда:
"Чтобы защитить основную конструкцию взлётной ступени лунного модуля и все системы описанные выше от воздействия космического пространства (перепады температуры в вакууме, микрометеориты, воздействие струй ракетных двигателей), применяются термоизоляционное покрытие и микрометеоритная защита, а также специальная термозащитная краска, наносимая на микрометеоритную защиту.
Термоизоляционное покрытие представляет собой многосегментное покрытие из специальных многослойных одеял, каждый сегмент которых натягивается на каркас основной конструкции взлётной ступени. Крепление осуществляется с помощью специальных шпилек*, которые крепятся либо к специальным кронштейнам, либо к силовому набору (к стрингерам и лонжеронам), обеспечивая минимальный зазор 25,4 мм между внутренней стороной одеяла и внешней стороной оболочки кабины экипажа и центральной секции, а также на ферменную конструкцию, окружающую топливные баки главной двигательной установки и задний отсек оборудования. Каждое одеяло состоит из набора следующих слоёв (если считать начиная с внутренней части): один слой алюминизированного каптона (плёнка из полиамида разработки компании DuPont, толщина 0,5 мм), десять слоёв алюминизированного майлара (плёнка на основе синтетического полиэфирного волокна разработки компании DuPont, толщина каждого слоя 0,15 мм), пятнадцать слоёв алюминизированного каптона (толщина каждого слоя 0,5 мм). Количество слоёв одеял термоизоляционного покрытия может варьироваться в зависимости от места нахождения сегмента. В районе воздействия струй ЖРД РСУ сверху вышеперечисленных слоёв накладывается дополнительное термоизоляционное покрытие, состоящее из одного слоя никелевой фольги (толщина 0,5 мм), сетки из инконеля, и инконелевого покрытия толщиной 1,25 мм. Одеяла между собой стыкуются внахлёст и удерживаются с помощью специальных скоб. Стыки заклеиваются липкими лентами:"
"Микрометеоритная защита представляет собой внешнюю оболочку взлётной ступени лунного модуля и состоит из тонких листов из алюминиевого сплава толщиной до 0,5 мм, устанавливаемая поверх одеял термоизоляционного покрытия:
Её раскрой по секторам идентичен. Крепление осуществляется с помощью тех же специальных шпилек, с помощью которых к основной конструкции взлётной ступени лунного модуля крепится термоизоляционное покрытие. Шпильки над одеялами имеют продолжение, что обеспечивает минимальный зазор 25,4 мм между ними и листами защиты. Стыки между листами заклеиваются липкой лентой.
Во избежание вспучивания термоизоляционного покрытия и микрометеоритной защиты из-за резкого падения окружающего давления во время набора ракетой-носителем высоты, в одеялах и листах проделаны оконтованные вентиляционные отверстия, через которые происходит выравнивание давления.
В районе воздействия струй ЖРД РСУ микрометеоритная защита покрывается специальной термозащитной краской чёрного цвета (ей покрыта большая часть микрометеоритной защиты кабины экипажа)."
В той давней статье я рассматривал ряд нелогичностей относительно всей этой конструкции - масса, габариты, моменты инерции, не жёсткость и прочее - интересующиеся могут сходить по ссылке и почитать.
Сейчас нас интересует другое - насколько эта изоляция - "термос". ЛМ должен был использоваться только в вакууме, поэтому в стекловолокне и подобных материалах не было необходимости. Вся борьба - с лучистым теплообменном, и немного с теплообменом теплопередачей.
Для лучистого теплообмена - позавидует любой термос - у него два зеркальных слоя (стеклянный термос) а здесь двадцать пять металлизированных слоев в одном одеяле, а одеял при этом может быть несколько.
Остается люк и иллюминаторы - но если на них хотя бы иногда попадают лучи Солнца (сборка вращается вокруг продольной оси) - то они играют скорее роль нагревателя , нежели охладителя.
Так что и ЛМ вполне "термос".
Если в "термосе" объемом 6 м3 выделяется хотя бы 300 Вт тепла (три астронавта) то без системы охлаждения будет "очень грустно".
Эта часть 5 у меня пошла несколько не по плану - в части 4 я анонсировал другое - но, полагаю, этот "ликбез" о конструкции КМ и ЛМ будет многим полезен.
Продолжим в следующей части.
