Теплові труби для системи тепловідводу космічного апарата MASCOT
Протягом 2013-2014 р.р. в лабораторії теплових труб кафедри АЕС і ІТФ проводилась розробка теплових труб (ТТ) для системи тепловідводу, що забезпечувала оптимальні температурні режими електронних компонентів посадочного модуля MASCOT.
MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout) – це модуль, призначений для дослідження поверхні астероїда 1999 JU3 (рис. 1). Його основним розробником є Інститут космічних систем DLR (Бремен, Німеччина).
Рис. 1. Макет модуля MASCOT (фото з сайту http://www.dlr.de)
Однією з основних задач, що ставилась перед співробітниками лабораторії теплових труб було створення таких ТТ для системи тепловідводу, які мали б високий термічний опір, тобто практично не передавали б теплову енергію, при температурах нижче 0°С, а при додатніх температурах забезпечували б відведення від електронних компонентів до радіатора космічного апарата 15-20 Вт теплоти. Завдяки проведеним розрахункам та низці експериментальних досліджень в лабраторії ТТ вдалось підібрати таку комбінацію характеристик капілярно-пористої структури та теплоносія, при якій виготовлені ТТ задовольняли цим вимогам. В результаті було виготовлено комплект із двох ТТ (HP type A та HP type B на рис. 2), що і склали основу системи тепловідводу.
Рис. 2. Загальний вигляд теплових труб
Виготовлені ТТ було досліджено за програмою, що відповідала європейським стандартам дослідження двофазних теплопередаючих систем для космічного застосування. До неї входили: дослідження робочих та пускових характеристик ТТ, вібро-тести, термічні цикли та термічний шок, тести на розрив від нагріву, ресурсні випробування, дослідження впилву циклічної зміни тиску та тести на розрив високим тиском. Слід зазначити, що після проведення всіх цих тестів, окрім розриву нагрівом та тиском, теплопередаючі характеристики створених ТТ залишилсь практично незмінними.
В розробці теплових труб для проекту MASCOT окрім лабораторії теплових труб НТУУ «КПІ» приймали участь також деякі європейські та американські компанії. Однак, лише ТТ, виготовлені на кафедрі АЕС і ІТФ, задовольнили високим вимогам, що були висунуті DLR, і саме їх в результаті було встановлено на космічний апарат.
3 грудня 2014 р. модуль MASCOT в складі космічного апарата Hayabusa-II, створеного Японським агенством аерокосмічних досліджень (JAXA) було запущено в космос. Преший сеанс зв’язку, проведений через деякий час після запуску, показав, що всі системи модуля MASCOT, в тому числі і система тепловідводу, працюють нормально.
Оскільки сила тяжіння астероїда була недостатньо сильною, щоб «витягнути» MASCOT з зонда Hayabusa-II, його виштовхнули з утримуючого пристрою за допомогою пружинного механізму за віджимной пластиною. Потім MASCOT вільно впав з висоти приблизно 51 метр зі швидкістю падіння аркуша паперу, приземлившись на астероїд Рюгу приблизно через шість хвилин.
Через низьку силу гравітаційного тяжіння астероїда (приблизно в 60000 разів менше ніж у Землі) MASCOT відскочив кілька разів від поверхні астероїда, але призначена ціль посадки була вражена точно.
Ще через 31 хвилину і кілька контактів з поверхнею MASCOT досяг свого першого положення спокою. Це був день на астероїді, коли почалися вимірювання поверхні. У центрі управління DLR в Кельні було виявлено, що MASCOT лежав на спині і тому не міг проводити заплановані експерименти.
Із Землі позапланова команда була відправлена в Hayabusa-II,, а звідти в MASCOT, щоб активувати поворотний важіль і повернути посадковий пристрій в його передбачуване положення для експериментів. Маневр пройшов успішно, і MASCOT провів експерименти згідно запланованої програми. Спусковий апарат зробив «міні-хід», щоб оптимізувати розташування датчиків експерименту. MASCOT стрибнув ще раз і вступив в фазу «Кінець життя».
