Файл: Колесников А.В. - Лекции по курсу Испытания конструкций и систем космических аппаратов [2007,RUS].doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2020
Просмотров: 4283
Скачиваний: 71
Лекция N 15
Тема лекции: Испытания на воздействие радиационных факторов и магнитных полей. Электрические испытания.
Источники ионизирующего излучения
В процессе эксплуатации КА подвергается
воздействиям ионизирующих излучений,
которые могут вызвать необратимые
изменения свойств материалов КА и
особенно электрических параметров
приборов и изделий, содержащих электронные
блоки. По составу частиц ионизирующие
излучения подразделяются на следующие
основные виды: гамма - излучение (
),
нейтронное (
),
электронное (
),
протонное (
).
Основными характеристиками ионизирующего
излучения являются энергия частиц,
выражаемая в электрон-вольтах (
),
и плотность потока частиц, выражаемая
числом частиц, проходящих через единицу
времени через единицу площади. Другими
характеристиками. В реальных условиях
ионизирующие излучения имеют обычно
сложное распределение частиц по энергиям
- энергетический спектр. Уровень
воздействия проникающей радиации
зависит от времени воздействия излучения
с данной плотностью потока на вещество
и выражается числом частиц, прошедших
через площадку в 1
за время облучения интегральным потоком
.
Другими характеристиками воздействия
на вещество излучения со сложным
энергетическим спектром является доза
и мощность дозы - значение дозы, отнесенное
к единице времени.
Действие ионизирующих излучений на
материалы и изделия можно разделить на
импульсное (протекающее очень короткое
время) и непрерывное (длительное).
Воздействие непрерывной проникающей
радиации особенно сильно сказывается
на электронике КА. Оно приводит к
постепенному необратимому изменению
электрических параметров приборов и
изделий на борту КА, вызываемому в
основном смещением атомов, т. е. нарушением
в структуре материала, а также
незначительным изменением химического
состава (активацией). Импульсная радиация,
действующая короткое время (
)
,
наряду с необратимым изменением
электрических параметров изделий
электронной техники, создает очень
большую плотность ионизации как в самих
облучаемых изделиях, так и вокруг и
изделий (ионизация воздуха). Это, как
правило, приводит к обратимому изменению
электрических параметров изделий.
Поэтому при исследовании необратимых
изменений электрических параметров
материалов и изделий электронной техники
изучается их зависимость от интегрального
потока частиц или дозы облучения, а при
исследовании обратимых изменений - их
зависимость от плотности потока или
мощности дозы.
Источниками радиоактивного излучения в околоземном пространстве являются:
- потоки космических лучей, включающие в себя первичное космическое (галактическое) излучение и корпускулярное излучение Солнца, возникающее при интенсивных хромосферных вспышках на Солнце;
- радиационные пояса Земли (естественные), расположенные на расстояниях от нескольких сот до нескольких десятков тысяч километров от поверхности Земли.
Первичные галактические лучи, движущиеся
в межзвездном пространстве, представляют
собой ядра различных химических
элементов. Эти частицы обладают очень
высокой энергией (до
),
но плотность потока этих частиц настолько
мала, что доза облучения за год будет
составлять не более 1 – 10
.
Солнечное космическое излучение
наблюдается только в период солнечной
активности (во время вспышек) и продолжается
короткое время (до 4 суток). Оно состоит
в основном из протонов (85 %) и небольшого
количества
- частиц и ядер легких элементов и имеет
энергию
.
Максимально возможные годовые дозы для
протонов солнечных космических излучений
могут составить величину порядка
на поверхности объекта и
за слоем защиты 1
.
Радиационные пояса Земли (внешний и внутренний), состоящие главным образом из протонов и электронов, изменчивы по плотности потоков и энергетическому спектру частиц, что связано в основном с процессами, происходящими на Солнце, при этом внутренний радиационный пояс мало подвержен временным изменениям, а внешний, наоборот, подвержен очень сильно.
Источники радиации, применяемые при экспериментальных исследованиях
Для исследования радиационной стойкости
радиоэлектронной аппаратуры в качестве
источников нейтронного, электронного,
протонного и
излучений широкое применение получили
различные исследовательские ядерные
реакторы импульсного и непрерывного
действия, импульсные генераторы
нейтронов, импульсные реакторы, импульсные
рентгеновские установки, ускорители
электронов и
- установки непрерывного действия.
Источники
нейтронов
Нейтроны образуются только в
результате ядерных реакций. В качестве
источников нейтронов можно использовать
радиево-бериллиевые источники, в которых
образование нейтронов происходит в
результате ядерной реакции взаимодействия
ядер бериллия с
- частицами радия с образованием ядер
углерода и нейтронов
.
В качестве источников нейтронов можно
использовать также ядерные реакции,
происходящие при бомбардировке некоторых
материалов (дейтерий, бериллий, литий)
заряженными частицами (дейтронами,
частицами и др.) на ускорителях заряженных
частиц. Однако отмеченные источники
нейтронов моноэнергетичны и имеют
относительно малый выход нейтронов.
Наиболее мощными источниками нейтронов
являются исследовательские ядерные
реакторы на тепловых, промежуточных и
быстрых нейтронах. По принципу работы
все реакторы делятся на импульсные,
развивающие большую мощность при очень
коротком времени функционирования (
),
и статические (длительного действия).
Для испытаний и исследований материалов
и изделий электронной техники на
воздействие импульсной радиации ядерного
взрыва и непрерывное воздействие
радиации ядерных энергетических
установок широко используются
исследовательские ядерные реакторы
как импульсного, так и статического
действия.
Ускорители заряженных частиц Ускорители - это устройства, в которых используется эффект ускорения заряженных частиц под действием электрического поля. Основными характеристиками ускорителя являются энергия ускоренных частиц и ток пучка частиц. Первыми наиболее простыми типами ускорителей заряженных частиц были электростатические генераторы, действие которых основано на использовании прямого ускорения заряженных частиц в электрическом поле. Недостатком таких ускорителей является трудность получения заряженных частиц с высокими энергиями (ваше нескольких мегаэлектронвольт). Дальнейшее развитие и совершенствование техники ускорения заряженных частиц шло по пути использования высокочастотного электрического поля. Ускорители, основанные на ускорении заряженных частиц с помощью высокочастотного поля подразделяются на линейные и циклические. Кроме того, ускорители подразделяются по виду орбиты частиц, ускоряющему электрическому полю, приложенному магнитному полю. В зависимости от типа ускорителя пучок заряженных частиц, выходящий из него, может быть непрерывным, импульсным и состоящим из одного или большего числа сгустков, следующих один за другим с большой частотой.
Генераторы коротких импульсов жесткого рентгеновского излучения.
Для исследования радиационных эффектов
в материалах и изделиях электронной
техники при импульсном воздействии
радиации широко используются мощные
генераторы коротких импульсов
рентгеновского излучения, основой
которых являются сильноточные импульсные
электронные ускорители. Такие генераторы
при диапазоне рабочих напряжений порядка
и импульсных токах через рентгеновскую
трубки порядка
-
дают возможность получить импульсы
рентгеновского излучения продолжительностью
с при мощности дозы вблизи выходного
окна рентгеновской трубки до
на расстоянии 1
от анода рентгеновской трубки.
Гамма установка.
В качестве источников
- излучения в настоящее время могут
применяться радиоактивные изотопы
химических элементов (либо их смесь),
излучающие тормозное
излучающие
моноэнергетические группы
- квантов, и ускорители электронов,
излучающие тормозное
- излучение с непрерывным спектром при
торможении электронов в поле ядер
мишени. Широкое применение для различных
исследований радиационных эффектов в
материалах и изделиях радиационной
техники получили изотопные источники
- излучения, у которых в качестве
излучателей используются радиоактивные
изотопы
с
периодом полураспада 5,3
.
Испытания на
воздействие магнитных полей
Электромагнитное излучение Солнца
вызывает фотоионизацию или фотоэлектронную
эмиссию, ведущую или к утечке заряда,
если аппарат заряжен до высоких
потенциалов. Скапливающийся на выступающих
частях КА электростатический заряд
создает помехи в радиосвязи. Заряды,
появляющиеся на КА вследствие
фотоионизации, соответствуют
пространственным потенциалам этих
аппаратов, достигающим в отдельных
случаях 100
.
Изделие должно быть стойким к воздействию электромагнитных излучений, то есть оно должно выполнять свои функции и сохранять параметры в пределах установленных норм во время и после действия электромагнитных излучений. Поэтому агрегаты КА испытывают при одновременном воздействии электрической и магнитной составляющих электромагнитных излучений, которые создаются генераторами электромагнитного излучения. Изделие помещают в зону поля электромагнитного излучения стенда с подключением контрольно - измерительной аппаратуры для проверки функционирования изделия. Размеры испытуемого изделия должны быть в несколько раз меньше соответствующих размеров рабочей зоны стенда. В процессе испытаний изделия последовательно поворачивают по трем ортогональным осям относительно векторов электрического и магнитных полей. В процессе и после воздействия электромагнитных излучений производят регистрацию параметров, определяющих работоспособность изделия. Если аппаратура в процессе и после воздействия электромагнитного импульса с характеристиками, соответствующими нормам испытаний, сохраняет свои параметры в пределах норм, установленным в нормативно - технической документации, и после него сохраняет работоспособность при воздействии механических нагрузок и температур, оговоренными в программе испытаний, то стойкость аппаратуры соответствует заданным требованиям.
Испытания на стойкость к воздействию электромагнитного импульса рекомендуется проводить до проверки работоспособности при воздействии механических и тепловых нагрузок.
КА подвергается и испытаниям на воздействие внешних магнитных полей. Для этого его помещают в зону, имеющую равномерное магнитное поле. Изделие подвергается воздействию постоянного и переменного магнитного полей в соответствии с реальными условиями эксплуатации. Изделие считается выдержавшим испытание, если во время и после испытания его характеристики соответствуют требованиям, установленным в технических условиях на изделие.
Электрические испытания
Электрические испытания приборов и систем проводятся с целью проверки электрической прочности, сопротивления изоляции и с целью проверки нормального функционирования электрических цепей КА при отклонении напряжения и частоты питания от номинальных значений.
Под электрической прочностью понимается способность электрической изоляции выдерживать действие приложенного к ней электрического напряжения. Она определяется значением напряжения, при котором наступает пробой, пробивным напряжением. Пробивное напряжение зависит от шероховатости поверхности, наличия масла, влаги, пыли, гигроскопичности и т. п. Номинальное напряжение, приложенное к изоляции изделия при нормальном функционировании, меньше пробивного.
Под воздействием приложенного напряжения электроизоляционные материалы проявляют свойства электропроводности. Электропроводность диэлектриков намного ниже, чем у проводников, но тем не менее эта характеристика диэлектриков играет важную роль в функционировании оборудования. Ток утечки диэлектрика имеет две составляющие: ток, проходящий по его поверхности, и ток, проходящий через диэлектрик. Отношение напряжения, приложенного к диэлектрику, к силе тока утечки называется сопротивлением изоляции. Сопротивление зависит от механических воздействий, температуры, проникающего излучения, состояния поверхности диэлектрика, качества обработки, сборки, пропитки и т.п. Проверку сопротивления изоляции проводят, как правило, в нормальных климатических условиях после проверки на воздействия механических и климатических факторов. Нижний предел сопротивления изоляции должен быть:
- не менее 20
в холодном сухом состоянии;
- не менее 2
в нагретом состоянии;
- не менее 1
в увлажненном состоянии.
Электрическая прочность и сопротивление изоляции проверяются на собранных блоках или системах:
- между электрическими цепями и металлическими изолированными частями приборов;
- между разъединяющимися в процессе функционирования электрическими цепями;
- между электрически несоединенными цепями.
Причем вначале проверяется электрическая прочность, а затем измеряется электрическое сопротивление изоляции. Объем электрических испытаний определяется нормативно - технической документацией.
При испытании изделия на воздействие отклонения напряжения питания сначала устанавливают напряжение, равное номинальному значению, и после стабилизации работы изделия проводят проверки характеристик, установленных в технических условиях на изделие. Затем напряжение питания увеличивается до верхнего предельного значения и после стабилизации изделия проверяют требуемые характеристики. Выбирают плавный или скачкообразный режим изменения напряжения в зависимости от конкретных условий эксплуатации. Точно также напряжение питания уменьшают до нижнего предельного значения и после стабилизации работы изделия проверяют требуемые характеристики. Изделие считается выдержавшим испытание, если при измененных значениях напряжения питания (увеличении или уменьшении) его характеристики находятся в пределах норм, установленных в технических условиях на изделие.
Аналогичным образом проводят испытания на воздействие отклонения частоты питания.
Лекция N 16
Тема лекции: Предстартовые испытания и подготовка к летным испытаниям КА.
Испытания КА на технической позиции (ТП). [1]
Доставленные в монтажно-испытательный комплекс (МИК) и расконсервированные после транспортировки отдельные части КА должны до сборки КА и установки его на РН испытания на технической позиции (ТП) с целью подтверждения способности конструкции удовлетворять всем требованиям эксплуатации в условиях, воссоздание которых возможны на ТП, а также с целью выявления скрытых дефектов в материалах и производственных процессах.