Самарские ученые разрабатывают холодильник для улучшения "зоркости" космических спутников

Самарский университет, 19 января 2021 года

Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева разрабатывают компактную криогенную установку для охлаждения инфракрасных датчиков космических аппаратов. Охлаждение датчиков позволяет избавиться от тепловых помех и тем самым увеличить "остроту зрения" спутников в инфракрасном диапазоне.

За основу конструкции установки взята известная схема газовой криогенной машины (ГКМ) Стирлинга, в которой рабочий газ периодически сжимается и расширяется, что приводит к последовательному нагреву и охлаждению газа в замкнутом пространстве. В результате в различных частях газовой машины возникает разница температур и более холодную часть можно задействовать в качестве охладителя. В классической машине Стирлинга на газ воздействует движущийся поршень, в самарской установке используется схема с компрессором и так называемой пульсационной трубой. В пульсационной трубе создается временная задержка в движении газа по отношению к давлению, благодаря чему и происходит перенос теплоты. Данное решение делает установку более надежной и эффективной по сравнению с ГКМ Стирлинга (1).

"В газовых криогенных машинах Стирлинга всегда есть два движущихся устройства - компрессор и расширитель. В нашем криогенном пульсационном холодильнике, или охладителе, используется только компрессор, то есть, снижается количество движущихся частей и, следовательно, увеличивается надежность устройства. Подобные газовые криогенные машины Стирлинга применяются прежде всего в космосе - для охлаждения инфракрасных датчиков космических аппаратов, чтобы снизить уровень тепловых аберраций и увеличить чувствительность датчиков. Основной сферой применения нашей установки также будет космос - она будет охлаждать датчики, устанавливаемые, например, на космических спутниках и МКС", - рассказал заместитель исполнительного директора Института двигателей и энергетических установок, научный руководитель лаборатории криогенной техники Самарского университета Дмитрий Угланов.

Действующий опытный образец установки уже изготовлен и испытан в лаборатории криогенной техники. В качестве рабочего газа в системе используется гелий под давлением от 2,5 до 3,5 МПа. В ходе испытаний ученым пока удалось получить охлаждение лишь до минус 45 градусов по Цельсию. Следующий этап работ - создание усовершенствованной версии установки: более компактной, более дешевой и позволяющей получать более низкие температуры.

"Усовершенствованную версию планируем закончить в следующем году. Она должна быть более компактной - например, общая длина установки уменьшится с нынешних 80 до 40-50 см. Мы также постараемся выйти на температуры охлаждения до минус 150 градусов по Цельсию. Кроме того, снизится общая стоимость оборудования за счет более широкого использования отечественных комплектующих - к примеру, мы хотим заменить зарубежный компрессор стоимостью порядка полторы тысячи долларов на отечественный аналог, требующий дополнительных доработок в лаборатории криогенной технике. Его стоимость составит около 6-7 тысяч рублей", - отметил Дмитрий Угланов.


Справочно

  1. Для пояснения принципа работы ГКМ на базе пульсационной трубы существует теория о существовании в цилиндре порции газа постоянной массы объемом Vв (объем газового вытеснителя), которая постоянно находится в цилиндре, разделяя его на объемы теплой Vт и холодной полости Vх. В процессе работы машины газовый вытеснитель совершает в цилиндре возвратно-поступательное движение, т.е. выполняет функции обычного вытеснителя. Перемещение газового вытеснителя обеспечивается наличием ресивера, гидросопротивления и перепускной линии с гидросопротивлением.
  2. Научная школа в области применения криогенных технологий в авиации сложилась в Самаре еще в 60-х годах прошлого века. В конструкторском бюро под руководством академика Николая Кузнецова был создан двигатель НК-88, работающий на жидком водороде. В основной состав инженеров, работавших над этим двигателем, вошли выпускники Куйбышевского авиационного института (сейчас Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П.Королева). Двигатель НК-88 был установлен на экспериментальном самолете Ту-155, впервые поднявшемся в воздух 15 апреля 1988 года. В настоящее время НК-88 является экспонатом Центра истории авиационных двигателей Самарского университета.
  3. Исследования по повышению энергоэффективности криогенных систем и установок за счет использования низкопотенциальной энергии криопродукта ведутся в Самарском университете с начала 2000-х годов. Основу научного коллектива нового направления составилили сотрудниками кафедры теплотехники и тепловых двигателей и Научно-образовательного центра газодинамических исследований (НОЦ ГДИ). С 2020 года на базе НОЦ ГДИ активно развивается лаборатория криогенной техники. Основная цель лаборатории - расчет, проектирование и создание высокоэффективных энергетических установок и двигателей, работающих на криогенных топливах, в том числе СПГ. Научно-прикладные исследования лаборатории проводятся при финансовой поддержке Минобрнауки России (проект № FSSS-2020-0019), рассчитанной на 4 года.


Сообщения компаний:

«Газпромнефть-Аэро» провела экологическую акцию в Санкт-Петербурге
АО «Газпромнефть-Аэро»

«РТ-Техприемка» познакомила студентов МАИ с современными робототехническими решениями для промышленности
АО "РТ-Техприемка"

Шереметьево предлагает многодетным семьям новый сервис на паркингах
АО "Международный аэропорт Шереметьево"

«Сирена-Трэвел» подготовила специалистов Air Koryo к продажам на рейсы российских авиаперевозчиков
Компания «Сирена»

Аэрофлот открывает продажу билетов на прямые рейсы между Санкт-Петербургом и Астаной
ПАО "Аэрофлот"

Авиакомпания NordStar возобновляет маршруты из Норильска: Пермь и Казань в летнем сезоне 2026 года
АО "Авиакомпания "НордСтар"

В ОДК-СТАР создают робота для транспортировки деталей и инструмента
АО "ОДК"

Импортозамещенный вертолет Ми-171А3 проверили экстремальным холодом в Якутии
Госкорпорация Ростех

Реальность конструкторского бюро — на парах: как МАИ формирует профессиональные навыки студентов
Московский авиационный институт

Студенты МАИ разрабатывают доступный учебный комплекс по дистанционному зондированию Земли для школ
Московский авиационный институт

В МАИ создают систему защиты космонавтов от разрушения костей в длительных полётах
Московский авиационный институт

Аэрофлот обновил «Вегетарианское» и «Русское» специальное питание на борту
ПАО "Аэрофлот"

Авиакомпания Smartavia проводит акцию в честь 81-й годовщины Победы в Великой Отечественной войне
АО "Авиакомпания Смартавиа"

AZUR air перевезла почти 400 тысяч пассажиров в первом квартале 2026 года
Авиакомпания AZUR air

Аэрофлот проведёт традиционную акцию для ветеранов в честь 81-й годовщины Победы
ПАО "Аэрофлот"

Ростех и МАИ запустили обучение для разработчиков беспилотных систем
Госкорпорация Ростех

«Росэл» освоил технологию тонкостенного литья деталей из алюминия в интересах радиоэлектронной отрасли
Холдинг «Росэл»

В аэровокзале «Южно-Сахалинск» прошёл межрегиональный тур чемпионата «Профессионалы»
АО «Аэровокзал Южно-Сахалинск»

40 человек написали Тотальный диктант в движущемся двухэтажном аэроэкспрессе
ООО "Аэроэкспресс"

Red Wings выполнила первый рейс в Тель-Авив
АО "Ред Вингс"