Экранно-вакуумной теплоизоляции (ЭВТИ) и ее свойства.

Влияние внешнего теплообмена на внутренний тепловой режим КА можно существенно уменьшить, а в ряде случаев и свести к пренебрежимо малой величине, если воспользоваться специальной эффективно работающей в вакууме теплоизоляцией, называемой экранно-вакуумной (ЭВТИ). Элемент такой теплоизоляции представляет собой пакет, собранный из непрозрачных для излучения экранов и прокладочного материала, призванного предотвратить в значительной мере контакт между экранами и уменьшить тем самым кондуктивный теплоперенос. В зависимости от условий эксплуатации экраны выполняются из полимерных пленочных материалов или металлической фольги. Экраны из полимерных материалов используются в случае, когда их температура не превышает . При более высоких температурах экраны выполняются из металлической фольги: из алюминевой фольги, если температура не превышает , и из никелевой фольги, если температура не превосходит . Толшина экранов составляет в одних случаях , а иногда . Экраны из полимерных материалов бывают гладкие и рифленые. С целью уменьшения степени черноты экранов на полимерные пленки с одной или двух сторон напыляют тончайший металлический слой, например, осуществляют вакуумное напыление пленки алюминия. Чтобы обеспечить благоприятные условия для вакуумирования ЭВТИ, экраны перфорируют отверстиями.

В качестве прокладочного материала используют стекловуали, холсты из штапельного кварцевого волокна, капроно-трикотажные сетки и др.

В необжатом, отвакуумированном пакете теплоперенос через теплоизоляцию осуществляется в основном за счет теплообмена излучением между экранами. Для оценки теплоизоляционных свойств ЭВТИ предположим, что теплопроводность остаточного газа и теплоперенос теплопроводностью через места контактов экранов пренебрежимо малы по сравнению с переносом тепла за счет лучистого теплообмена между экранами. Кроме того допустим, что степень черноты экранов одинакова с обеих сторон и не зависит от температуры. В этом случае при стационарном режиме плотность результирующего теплового потока через пакет ЭВТИ, включающем экранов, определяется следующим выражением:

,

где -плотность теплового потока, поглощаемого внешней поверхностью пакета ЭВТИ,

и - соответственно степень черноты наружной поверхности и приведенная степень черноты, при этом ,

- температура последнего внутреннего экрана – это фиксированная температура, равная, например, внутренней температуре защищаемого ЭВТИ отсека.

В инженерной практике теплоизоляционные свойства ЭВТИ оцениваются величиной удельного термического сопротивления . Именно величину используют при исследовании теплового режима КА, в состав средств обеспечения теплового режима которого входит ЭВТИ. При этом величину определяют следующим выражением:

. Поскольку , то используя первое вышеприведенное выражение для , получим следующее выражение для оценки величины :

.

Значительный интерес представляют результаты сопоставления теплоизоляционных свойств ЭВТИ со свойствами обычных теплоизоляционных материалов, тепловая проводимость которых характеризуется, как правило, коэффициентом теплопроводности . Связь между и можно легко установить, если известна толщина теплоизоляции. Действительно, с одной стороны, , с другой - , следовательно .

При , , , . Если предположить при этом, что плотность укладки экранов составляет 10 экранов на 1 см (не обжатое состояние), то при . Заметим, что самые лучшие в отношении теплоизоляционных свойств пористые материалы (пенопласты, паралоны и т.д.) по крайней мере в десятки раз уступают ЭВТИ, проигрывая в то же время ЭВТИ многократно и по массовым характеристикам.

Изолируя отсеки и элементы КА экранно-вакуумной теплоизоляцией, можно свести влияние внешнего теплообмена на внутреннее тепловое состояние этих отсеков и элементов к малой, а во многих случаях и к пренебрежимо малой величине.