1.2. ВЪЗДЕЙСТВИЕ НА ВАКУУМА
1.2. ВЪЗДЕЙСТВИЕ НА ВАКУУМА
Налягането на околната среда на височини 100-200 km от повърхността на Земята е около 10 -2 - 10 -4 Pa *, а в междупланетното пространство - 10 -10 Pa. Човек, попаднал в условия на такова ниско налягане, умира поради липса на кислород и кипене на течности в тялото му. Очевидно по време на космически полет екипажът на космическия кораб трябва да бъде в херметична кабина или в скафандър, в който се осигурява определено налягане и състав на газовата среда, заобикаляща човека.
Изборът и поддържането на налягането и газовия състав на атмосферата на борда на космическия кораб са разгледани подробно в глава 7.
При условия на вакуум, особено при високи температури, някои материали се изпаряват, което е изключително нежелателно за тези, които имат специфично предназначение, като покрития с определени радиационни характеристики, смазване на триещи се части и др.
В земната вакуумна практика повечето вещества се изпаряват толкова бавно, че техните загуби могат да бъдат пренебрегнати и освен това тези загуби нямат толкова голямо значение, колкото в космоса, тъй като всяка част или механизъм могат лесно да бъдат заменени.
Скоростта на изпаряване на вещество (в g/cm2 x s) във вакуум се описва с формулата на Langmuir
къдеторН е налягането на наситените пари на даденото вещество, Pa;
μ е моларната маса на веществото, g/mol;
Т- температура на изпарителната повърхност, K.
Формула (1.3) е получена за абсолютен вакуум, така че реалната скорост на изпарение в космоса ще бъде по-малка от изчислената. За някои метали, използвани като конструкционни материали и покрития, графиките на изчислените зависимости на скоростта на изпарение от температурата са показани на фиг. 1.2. От графиките се вижда, че в реалния температурен диапазон (123 - 423 K)металите, използвани като структурни материали за космически кораби, са достатъчно устойчиви на изпарение във вакуум; кадмият и цинкът, използвани за покрития, имат най-малка устойчивост.
Неорганичните материали (керамика), състоящи се от оксиди и други съединения с ниско налягане на парите, са подходящи за продължителна употреба в открития космос.
Органичните материали, за разлика от металите, губят вещество не само поради изпаряване или сублимация от повърхността, но главно поради разлагането, което се случва в целия обем на частта или елемента (Таблица 1.3).
Значителен температурен разход (виж таблица 1.3) се обяснява с разликата в мономерите, от които се получават същите полимери, наличието на примеси и добавки в полимерите, особено катализаторите, използвани при полимеризацията.
Сублимацията на материалите може да бъде намалена чрез нанасяне на защитни филми върху тяхната повърхност. За метали, например, се използват фосфатиране и окисляване, като покрития за пластмаси - както органични, така и неорганични вещества, пластмасовите черупки, като правило, са метализирани - покрити със слой от алуминий, понякога злато.
Трудна задача е да се осигури смазване на триещи се повърхности (панти, лагери, прибиращи се телескопични механизми, зъбни колела и др.) във вакуум, тъй като конвенционалните течни смазочни материали са неподходящи или ограничено подходящи поради високото налягане на парите и промените във вискозитета с температурата. Изпаряването на смазката води до сухо триене на неокисляващи повърхности във вакуум. Почистете повърхностите приконтакт са подложени на интензивна дифузия и "студено заваряване". Течният лубрикант обаче, ако изключим изпарението му, ще работи както в космоса, така и в земни условия.
За да се намали вредното въздействие на вакуума върху работата на триещите се повърхности, се използват няколко метода: първият е уплътняването на триещите се двойки (поставяне на триещите се двойки в запечатани отделения, използването на херметични уплътнения на вала при ниски скорости на въртене, използването на магнитно задвижване през стената при ниски въртящи моменти и др.); второто е използването на смазочни материали с ниско налягане на наситени пари, които имат най-ниски загуби от изпарение, по-специално твърди смазочни материали, както и специални покрития (молибденов дисулфид MoS2 е ефективен като твърдо покритие и компонент на вакуумни смазочни материали, сравнително добри резултати са получени, когато сребро, злато и барий се използват като твърди покрития); третото е изборът на материали за триене на двойки, които биха осигурили добра производителност в условия на полет. В последния случай неметалните материали имат най-добри предимства (незаваряемост на контактни повърхности във вакуум при повишени натоварвания и температури, добро взаимодействие на свързващите части не само с използването на смазка, но и със сухо триене, тъй като такива триещи се двойки често са самосмазващи). От полимерните материали органофлуорните съединения имат добра производителност.
Наличието на космически вакуум се използва за създаване на екранно-вакуумна топлоизолация (SVTI), която се използва за намаляване на външния топлообмен на космическия кораб (за повече подробности вижте глава 6), както и в редица устройства, в които съответните кухини се евакуират поради комуникация с пространството около космическия кораб (високотемпературни пещи за технологични експерименти,кондензатори, радиолампи и др.).
В условията на космически полет около космическия кораб възниква собствена атмосфера, която се образува поради отделяне на газ и сублимация на летливи материали от външната повърхност на космическия кораб, неизбежно изтичане на газ от неговите компресори, изгорели продукти на реактивни двигатели, различни видове прахови частици и др.
Собствената атмосфера, причинявайки промени в оптичните характеристики на околната среда и външното замърсяване на елементите на космическия кораб, може да причини смущения в системите за астроориентация, чувствителното оптично оборудване, да увеличи коефициента на поглъщане на терморегулиращите покрития и др. Неговото присъствие трябва да се вземе предвид при избора на оборудване за космически кораби и разработването на методи за решаване на различни научни и технически проблеми.