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:

В МАИ прошли защиты проектов в рамках стажировки преподавателей опорных вузов ОАК
Московский авиационный институт

Коллектив «ЮТэйр» награжден Орденом Почета
ПАО "Авиакомпания "ЮТэйр"

Utair возобновил полеты в Дубай из Москвы
ПАО "Авиакомпания "ЮТэйр"

Фрезеровщик «Вертолетов России» стал победителем конкурса «Лучший по профессии»
Холдинг "Вертолеты России"

Аэрофлот выполнит благотворительный рейс с участием Константина Хабенского и Александра Цыпкина
ПАО "Аэрофлот"

Новый способ отпугивания птиц начали применять в Братском аэропорту
Аэропорт Братск

Ростех представил в Минске «вечные» аккумуляторы для гражданской и военной техники
Госкорпорация Ростех

Аэропорт Горно?Алтайск впервые испытал новое оборудование для эвакуации воздушных судов на макете самолёта Як?40
АО «Аэропорт Горно-Алтайск»

В авиакомпании NordStar проведена первая оплата авиабилетов цифровыми рублями
АО "Авиакомпания "НордСтар"

В терминале аэропорта Красноярск заработали банкоматы для держателей карт UnionPay
Международный аэропорт Красноярск

Предпочтения пассажиров авиакомпании Smartavia
АО "Авиакомпания Смартавиа"

Украшения, сумки и пепельницы на 4,2 млн рублей обнаружили домодедовские таможенники в багаже у россиянки
Домодедовская таможня

«Газпром нефть» и «Аэрофлот» объединяют усилия по развитию индустрии экологичного авиатоплива
АО "Газпромнефть-Аэро"

Аэрофлот и Газпром нефть объединяют усилия по созданию отрасли устойчивого авиатоплива в России
ПАО "Аэрофлот"

В аэропорту Краснодара обновили пассажирскую инфраструктуру в терминалах
Международный аэропорт Краснодар

За год более 8 тысяч пассажиров установили PWA-приложение Аэроэкспресса с офлайн-доступом к билетам
ООО "Аэроэкспресс"

На 33% увеличена пропускная способность при вылете международными рейсами из Казани
АО "Международный аэропорт "Казань"

В Международном аэропорту Владивосток отработали действия служб при аварийной посадке воздушного судна
АО "Международный аэропорт Владивосток"

Ликвидация авиационной ситуации на аэродроме – тактико-специальные учения в Международном аэропорту «Казань»
АО "Международный аэропорт "Казань"

В МАИ разрабатывают компьютерную модель для виртуальных испытаний композитов на трещиностойкость
Московский авиационный институт