RU2770327C1 - Method for simulating pressure in a vacuum chamber during ground testing of spacecraft for operability - Google Patents

Method for simulating pressure in a vacuum chamber during ground testing of spacecraft for operability Download PDF

Info

Publication number
RU2770327C1
RU2770327C1 RU2021122195A RU2021122195A RU2770327C1 RU 2770327 C1 RU2770327 C1 RU 2770327C1 RU 2021122195 A RU2021122195 A RU 2021122195A RU 2021122195 A RU2021122195 A RU 2021122195A RU 2770327 C1 RU2770327 C1 RU 2770327C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spacecraft
vacuum chamber
pressure
operability
value
Prior art date
Application number
RU2021122195A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Валерьевич Давиденко
Валерий Аркадьевич Зяблов
Игорь Андреевич Оксов
Владимир Иванович Тройников
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" filed Critical Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority to RU2021122195A priority Critical patent/RU2770327C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2770327C1 publication Critical patent/RU2770327C1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G7/00Simulating cosmonautic conditions, e.g. for conditioning crews

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: testing technology.
SUBSTANCE: invention relates to the field of testing technology, in particular, to ground-based verification of spacecraft (SC). A method for simulating the pressure in a vacuum chamber during a ground-based check of the spacecraft for operability is proposed, in which the spacecraft is placed in a vacuum chamber, it is evacuated and the spacecraft is checked for operability. The operability is checked when the equipment is switched on electrically. The pressure value of the spacecraft’s own external atmosphere is calculated depending on the altitude of the spacecraft’s working orbit. The value of the residual pressure in the vacuum chamber is assumed to be equal to the calculated value of the pressure of the spacecraft’s own external atmosphere. With an increase in the pressure of the spacecraft’s own external atmosphere in the vacuum chamber, during the testing of the spacecraft for operability, its value is maintained at a given level by increasing the performance of the vacuum pumping system.
EFFECT: increase in the reliability of the results of checking the spacecraft for operability is achieved.
1 cl

Description

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности, к наземной проверке космических аппаратов (КА) на работоспособность в условиях, приближенных к эксплуатации КА в космическом пространстве, и может найти применение в тех областях техники, где предъявляются повышенные требования к условиям проведения экспериментальных исследований при оценке работоспособности аппаратуры КА.The invention relates to the field of test engineering, in particular, to ground testing of spacecraft (SC) for operability under conditions close to the operation of a spacecraft in outer space, and can be used in those areas of technology where there are increased requirements for the conditions for conducting experimental studies in assessment of the operability of the spacecraft equipment.

Известен способ испытаний КА на работоспособность, заключающийся в том, что устанавливают КА в вакуумную камеру, вакуумируют вакуумную камеру с помощью системы вакуумирования до остаточного давления и проверяют КА на работоспособность (Патент РФ RU №2302983 С1, Бюл. №20, 20.07.2007 г., МПК B64G 7/00 (2006.01)).A known method of testing the spacecraft for performance, which consists in installing the spacecraft in a vacuum chamber, evacuating the vacuum chamber using a vacuum system to a residual pressure and checking the spacecraft for performance (RF Patent RU No. 2302983 C1, Bull. No. 20, 20.07.2007 g ., IPC B64G 7/00 (2006.01)).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ имитации давления в вакуумной камере при наземной проверке КА на работоспособность, заключающийся в том, что помещают КА в вакуумную камеру, вакуумируют вакуумную камеру с помощью вакуумной откачной системы до остаточного давления и проверяют КА на работоспособность (Андрейчук О.Б., Малахов Н.Н. Тепловые испытания космических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1982 г., стр. 105). Этот способ принят за прототип.The closest in technical essence to the proposed invention is a method for simulating pressure in a vacuum chamber during ground testing of a spacecraft for performance, which consists in placing the spacecraft in a vacuum chamber, evacuating the vacuum chamber using a vacuum evacuation system to a residual pressure and checking the spacecraft for performance ( Andreychuk O.B., Malakhov N.N. Thermal tests of space vehicles. - M.: Mashinostroenie, 1982, p. 105). This method is taken as a prototype.

Недостатком аналога и прототипа является то, что в этих способах при проверке работоспособности КА не учитывается влияние на остаточное давление в вакуумной камере собственной внешней атмосферы КА, которая складывается, в основном, из продуктов газовыделения неметаллических конструкционных материалов КА, а также газовыделения пневматических систем КА, например, двигателей ориентации, имеющих малую тягу, расположенных на КА и используемых для ориентации и стабилизации его положения в космическом пространстве. Это влияние проявляется, например, в виде повышения давления в вакуумной камере во время включения аппаратуры КА и включения двигателей ориентации. Повышение остаточного давления собственной внешней атмосферы КА опасно для работающей аппаратуры КА, критичной к низкому вакууму, с точки зрения возможности возникновения высоковольтного электрического пробоя. Особенно это важно учитывать при проверке работоспособности аэрокосмических высокоманевренных аппаратов среднего класса, эксплуатируемых на низких орбитах, так как режим течения газа при понижении разрежения (повышении давления) собственной внешней атмосферы КА может меняться с молекулярного на молекулярно-вязкостный или вязкостный.The disadvantage of the analog and the prototype is that in these methods, when checking the performance of the spacecraft, the effect on the residual pressure in the vacuum chamber of the spacecraft's own external atmosphere, which consists mainly of the products of gas emission of non-metallic structural materials of the spacecraft, as well as the gas emission of pneumatic systems of the spacecraft, is not taken into account, for example, low-thrust attitude thrusters located on the spacecraft and used for orientation and stabilization of its position in outer space. This influence manifests itself, for example, in the form of an increase in pressure in the vacuum chamber during the switching on of the spacecraft equipment and turning on the orientation thrusters. An increase in the residual pressure of the spacecraft's own external atmosphere is dangerous for the operating spacecraft equipment, which is critical to low vacuum, from the point of view of the possibility of high-voltage electrical breakdown. This is especially important to take into account when checking the operability of medium-class highly maneuverable aerospace vehicles operated in low orbits, since the gas flow regime with a decrease in rarefaction (increase in pressure) of the spacecraft's own external atmosphere can change from molecular to molecular-viscous or viscous.

Задачей изобретения является обеспечение создания в вакуумной камере остаточного давления, близкого к давлению при эксплуатации КА на рабочей орбите.The objective of the invention is to ensure the creation in the vacuum chamber of a residual pressure close to the pressure during the operation of the spacecraft in a working orbit.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности результатов проверки КА на работоспособность при имитации натурных условий эксплуатации КА.The technical result of the invention is to increase the reliability of the results of testing the spacecraft for operability while simulating the natural conditions of operation of the spacecraft.

Технический результат достигается за счет того, что в способе имитации давления в вакуумной камере при наземной проверке КА на работоспособность, заключающемся в том, что помещают КА в вакуумную камеру, вакуумируют вакуумную камеру до остаточного давления с помощью вакуумной откачной системы и проверяют КА на работоспособность при электрических включениях аппаратуры, входящей в его состав, при этом рассчитывают величину давления собственной внешней атмосферы КА в зависимости от высоты рабочей орбиты КА, величину остаточного давления в вакуумной камере принимают равной расчетной величине давления собственной внешней атмосферы КА, причем при повышении величины давления собственной внешней атмосферы КА в вакуумной камере в процессе проверки КА на работоспособность поддерживают его величину на заданном уровне путем увеличения производительности вакуумной откачной системы.The technical result is achieved due to the fact that in the method of simulating pressure in a vacuum chamber during ground testing of the spacecraft for performance, which consists in placing the spacecraft in a vacuum chamber, evacuating the vacuum chamber to a residual pressure using a vacuum pumping system and checking the spacecraft for performance at electrical inclusions of the equipment included in its composition, while calculating the value of the pressure of the own external atmosphere of the spacecraft depending on the height of the working orbit of the spacecraft, the value of the residual pressure in the vacuum chamber is taken equal to the calculated value of the pressure of the own external atmosphere of the spacecraft, and with an increase in the pressure value of the own external atmosphere The spacecraft in the vacuum chamber, in the process of checking the spacecraft for operability, maintain its value at a given level by increasing the performance of the vacuum evacuation system.

При полете КА в космическом пространстве окружающий его космический вакуум выполняет роль вакуумных откачных средств с высокой производительностью, заведомо превышающей производительность откачных средств вакуумных камер, и поэтому при полете КА давление собственной внешней атмосферы КА при включении аппаратуры КА практически не будет возрастать, тогда как при испытаниях КА в наземных условиях в вакуумной камере давление собственной внешней атмосферы КА будет при включении аппаратуры КА увеличиваться в связи с ограниченной производительностью откачных средств вакуумных камер. Таким образом, при проверке работоспособности КА в вакуумной камере поддержание заданного давления собственной внешней атмосферы КА возможно только с помощью увеличения производительности имеющихся вакуумных откачных средств вакуумной камеры.When a spacecraft is flying in outer space, the space vacuum surrounding it plays the role of vacuum evacuation means with high productivity, obviously exceeding the productivity of evacuation means of vacuum chambers; Spacecraft in ground conditions in a vacuum chamber, the pressure of the own external atmosphere of the spacecraft will increase when the spacecraft equipment is turned on due to the limited capacity of the pumping means of vacuum chambers. Thus, when checking the operability of a spacecraft in a vacuum chamber, maintaining a given pressure of the spacecraft's own external atmosphere is possible only by increasing the productivity of the available vacuum pumping means of the vacuum chamber.

По сравнению с прототипом заявленное техническое решение позволяет повысить достоверность испытаний КА при его проверке на работоспособность путем улучшенной имитации натурных условий эксплуатации КА.Compared with the prototype, the claimed technical solution makes it possible to increase the reliability of tests of the spacecraft when it is tested for performance by improving the simulation of the full-scale operating conditions of the spacecraft.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом:The proposed method is implemented as follows:

- помещают КА в вакуумную камеру, например, в ВК 600/300;- place the spacecraft in a vacuum chamber, for example, in VK 600/300;

- вакуумируют вакуумную камеру с помощью вакуумной откачной системы (вакуумных насосов, например, механических насосов Oerlikon Leybold RUTA WH7000/DV1200/G, высоковакуумных турбомолекулярных насосов Edwards STP-iXA4506C) до остаточного давления, равного давлению собственной внешней атмосферы КА. Давление собственной внешней атмосферы КА определяют расчетным путем в зависимости от высоты рабочей орбиты КА на основании результатов измерений, ранее полученных исследовательскими КА. Например, на орбите высотой от 300 до 400 км давление будет составлять от 10-7 до 10-8 мм рт. ст., а расчетное давление собственной внешней атмосферы вокруг КА будет на 2-3 порядка выше, то есть составит от 10-4 до 10-5 мм рт. ст. Такое разрежение создают при испытаниях КА в вакуумной камере и измеряют его, например, с помощью вакуумметра Televac СС-10;- the vacuum chamber is evacuated using a vacuum evacuation system (vacuum pumps, for example, Oerlikon Leybold RUTA WH7000/DV1200/G mechanical pumps, Edwards STP-iXA4506C high-vacuum turbomolecular pumps) to a residual pressure equal to the pressure of the spacecraft's own external atmosphere. The pressure of the spacecraft's own outer atmosphere is determined by calculation, depending on the height of the working orbit of the spacecraft, based on the measurement results previously obtained by research spacecraft. For example, in an orbit with a height of 300 to 400 km, the pressure will be from 10 -7 to 10 -8 mm Hg. Art., and the calculated pressure of the own external atmosphere around the spacecraft will be 2-3 orders of magnitude higher, that is, it will be from 10 -4 to 10 -5 mm Hg. Art. This vacuum is created during testing of the spacecraft in a vacuum chamber and is measured, for example, using a Televac SS-10 vacuum gauge;

- начинают проверку КА на работоспособность по программе полета. В ходе проверки проводятся электрические включения аппаратуры, входящей в состав КА, при которых происходит нагрев аппаратуры и КА в целом. В результате роста температуры КА начинается интенсивный процесс газовыделения продуктов неметаллических конструкционных материалов, применяемых в КА, повышается давление собственной внешней атмосферы КА и происходит изменение режима течения газа как вокруг КА, так и в негерметичных отсеках КА, что довольно опасно для работающей аппаратуры КА с точки зрения возникновения высоковольтного электрического пробоя;- start checking the spacecraft for operability according to the flight program. During the check, electrical switching on of the equipment that is part of the spacecraft is carried out, during which the equipment and the spacecraft as a whole are heated. As a result of an increase in the spacecraft temperature, an intensive process of gas release of products of non-metallic structural materials used in the spacecraft begins, the pressure of the spacecraft’s own external atmosphere increases, and a change in the gas flow regime occurs both around the spacecraft and in unpressurized spacecraft compartments, which is quite dangerous for the operating spacecraft equipment from the point of view of view of the occurrence of high-voltage electrical breakdown;

- при повышении давления собственной внешней атмосферы КА в вакуумной камере в процессе проверки КА на работоспособность поддерживают его величину на заданном уровне, то есть понижают давление собственной внешней атмосферы КА до заданного остаточного значения путем увеличения производительности вакуумной откачной системы вакуумной камеры, например, подключив дополнительно высоковакуумный криогенный насос HSRAG VELCO630, имеющий большую производительность: до 45000 л/с;- when the pressure of the spacecraft's own external atmosphere in the vacuum chamber increases in the process of testing the spacecraft for operability, its value is maintained at a given level, that is, the pressure of the spacecraft's own external atmosphere is reduced to a predetermined residual value by increasing the performance of the vacuum evacuation system of the vacuum chamber, for example, by connecting an additional high-vacuum cryogenic pump HSRAG VELCO630 with high capacity: up to 45000 l/s;

- продолжают проверку КА на работоспособность по программе полета до ее завершения.- continue checking the spacecraft for operability according to the flight program until its completion.

Пример реализации.Implementation example.

Поместили экспериментальный КА в вакуумную камеру и отвакуумировали вакуумную камеру до расчетного давления 1⋅10-4 мм рт. ст. При проведении электрических включений аппаратуры КА наблюдалось повышение температуры КА и повышение расчетного давления в камере с 1⋅10-4 мм рт. ст. до 3,8⋅10-4 мм рт. ст. Подключили дополнительно к вакуумной камере высоковакуумный криогенный насос, имеющий большую производительность. В результате понизили в вакуумной камере давление до величины расчетного значения 1⋅10-4 мм рт.ст. и продолжили электрические проверки аппаратуры по программе до ее завершения. Полученные результаты проведенного эксперимента подтверждают заявленное техническое решение.The experimental spacecraft was placed in a vacuum chamber and the vacuum chamber was evacuated to a calculated pressure of 1⋅10 -4 mm Hg. Art. During the electrical switching on of the SC equipment, an increase in the temperature of the SC and an increase in the calculated pressure in the chamber from 1⋅10 -4 mm Hg were observed. Art. up to 3.8⋅10 -4 mm Hg. Art. In addition to the vacuum chamber, we connected a high-vacuum cryogenic pump with a high capacity. As a result, the pressure in the vacuum chamber was lowered to the calculated value of 1⋅10 -4 mm Hg. and continued electrical checks of the equipment under the program until its completion. The results of the experiment confirm the claimed technical solution.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить достоверность результатов испытаний КА при его проверке на работоспособность за счет улучшения имитации и поддержания натурных условий эксплуатации при наземной отработке. Предлагаемый способ достаточно прост в эксплуатации и не требует разработки нового оборудования.The proposed technical solution makes it possible to increase the reliability of the test results of the spacecraft when it is tested for performance by improving the simulation and maintaining full-scale operating conditions during ground testing. The proposed method is quite simple to operate and does not require the development of new equipment.

Claims (1)

Способ имитации давления в вакуумной камере при наземной проверке космических аппаратов на работоспособность, заключающийся в том, что помещают космический аппарат в вакуумную камеру, вакуумируют вакуумную камеру до остаточного давления с помощью вакуумной откачной системы и проверяют космический аппарат на работоспособность при электрических включениях аппаратуры, входящей в его состав, отличающийся тем, что расчитывают величину давления собственной внешней атмосферы космического аппарата в зависимости от высоты рабочей орбиты космического аппарата, величину остаточного давления в вакуумной камере принимают равной расчетной величине давления собственной внешней атмосферы космического аппарата, причем при повышении величины давления собственной внешней атмосферы космического аппарата в вакуумной камере в процессе проверки космического аппарата на работоспособность поддерживают его величину на заданном уровне путем увеличения производительности вакуумной откачной системы.A method for simulating pressure in a vacuum chamber during ground testing of spacecraft for operability, which consists in placing the spacecraft in a vacuum chamber, evacuating the vacuum chamber to a residual pressure using a vacuum evacuation system, and checking the spacecraft for operability with electrical inclusions of the equipment included in the its composition, characterized in that the value of the pressure of the own outer atmosphere of the spacecraft is calculated depending on the height of the working orbit of the spacecraft, the value of the residual pressure in the vacuum chamber is taken equal to the calculated value of the pressure of the own outer atmosphere of the spacecraft, and with an increase in the pressure of the own outer atmosphere of the spacecraft apparatus in the vacuum chamber in the process of checking the spacecraft for operability maintain its value at a given level by increasing the performance of the vacuum pumping system.
RU2021122195A 2021-07-26 2021-07-26 Method for simulating pressure in a vacuum chamber during ground testing of spacecraft for operability RU2770327C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021122195A RU2770327C1 (en) 2021-07-26 2021-07-26 Method for simulating pressure in a vacuum chamber during ground testing of spacecraft for operability

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021122195A RU2770327C1 (en) 2021-07-26 2021-07-26 Method for simulating pressure in a vacuum chamber during ground testing of spacecraft for operability

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2770327C1 true RU2770327C1 (en) 2022-04-15

Family

ID=81255488

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021122195A RU2770327C1 (en) 2021-07-26 2021-07-26 Method for simulating pressure in a vacuum chamber during ground testing of spacecraft for operability

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2770327C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4785955A (en) * 1980-06-24 1988-11-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Vacuum container for heat-vacuum test chamber
RU2209751C2 (en) * 2001-05-18 2003-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. акад. М.Ф. Решетнева" Method of testing spacecraft and device for realization of this method
RU107769U1 (en) * 2011-04-19 2011-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (Государственный технический университет)" TEST STAND

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4785955A (en) * 1980-06-24 1988-11-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Vacuum container for heat-vacuum test chamber
RU2209751C2 (en) * 2001-05-18 2003-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. акад. М.Ф. Решетнева" Method of testing spacecraft and device for realization of this method
RU107769U1 (en) * 2011-04-19 2011-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (Государственный технический университет)" TEST STAND

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8082681B2 (en) Method for improving or reconditioning FCR APG-68 tactical radar units
US11584536B2 (en) Method and device for inerting a fuel tank
JP6008006B2 (en) Vapor phase hydrogen permeation test apparatus and method for protecting gas phase hydrogen permeation test apparatus
RU2770327C1 (en) Method for simulating pressure in a vacuum chamber during ground testing of spacecraft for operability
Kamhawi et al. Investigation of the effects of facility background pressure on the performance and voltage-current characteristics of the high voltage hall accelerator
CN110987359A (en) Pressure control system for PSP dynamic calibration device
RU2772763C1 (en) Method for conducting thermal vacuum tests during ground testing of spacecraft for operability
US3545252A (en) Flammability test chamber
RU2778479C1 (en) Method for outgassing structural elements of spacecraft in ground conditions
RU2793600C1 (en) Method for testing products for total tightness in a vacuum chamber
Verma et al. Cold gas dual-bell tests in high-altitude simulation chamber
Kamhawi et al. Investigation of the effects of facility background pressure on the performance and operation of the high voltage Hall accelerator
Ingels et al. Liquid helium cryopump and reliable opening device for a balloon‐borne mass spectrometer
Ashokkumar et al. Investigation on the performance of second throat supersonic exhaust diffuser for starting higher area ratio nozzles
Kinefuchi et al. Facility Effect Characterization of 6-kW Class Hall Thruster in Newly Developed High Power EP Test Facility
Neumann et al. Challenges of Cryopumping EP-Propellants in DLR’s Electric Propulsion Test Facility
CN109592073B (en) Cabin safety valve ground performance test method
Sokolov et al. Study of partial pressures of gases in vacuum chamber using multifunctional high-vacuum plant
Frieman et al. Extended Wear Testing of the 12-kW Advanced Electric Propulsion System Engineering Test Unit Hall Thruster
Elsen Ultra-high vacuum systems for experiments with cold atoms in space
JP6290259B2 (en) Cryogenic circuit conditioning system
KR920007800Y1 (en) Expansion vessels
Batracov et al. Neon cryovacuum system for endurance tests of electrojet propulsion systems
Grinham et al. Vacuum System Evacuation to Base Pressure: Are there benefits pumping through a separate foreline?
Sutton et al. Electric Propulsion Space Experiment (ESEX) flight qualification and operations