Версия для печати
Вернуться к списку

ПРОРЫВ ТРУБЫ

Неземные испытания

Одна из важнейших систем жизнеобеспечения космических аппаратов – это система терморегулирования, которая позволяет поддерживать работу приборов на борту в определённом температурном диапазоне. В космосе единственный способ отвести тепло – излучить его в пространство, и эту задачу решили с помощью тепловых труб, созданных американскими учёными в середине 1960-х годов.

Тепловая труба герметична, на её внутренней поверхности находится капиллярно- пористая структура, на языке учёных названная фитилём. Через трубку откачивается воздух и заливается жидкость – теплоноситель, которым может быть, например, вода, аммиак или даже жидкий металл Фитиль пропитывается теплоносителем, а когда подводится тепло, она начинает испаряться, отводя при этом большое количество тепла.

Тепловые трубы стали незаменимым изобретением для космической техники, блестящим по простоте и результатам устройством – сверхвысокая теплопроводность, нет подвижных частей, ничего не ломается, работает бесшумно и не требует никаких дополнительных затрат. Но всё же был у них один недостаток. Оказалось, что тепловые трубы хорошо работают в горизонтальном положении, но очень чувствительны к наклонам в гравитационном поле.

В невесомости всё было бы нормально, но прежде чем отправить аппарат в космос, его испытывают на земле – вращают в больших термовакуумных камерах, создавая имитацию орбиты. Попадая в вертикальное положение, трубы резко снижают или совсем теряют свою теплопередающую способность. Конструкторам приходилось изощряться, чтобы придумать заменители тепловым трубам и испытать аппарат. Это оказалось сложно и дорого. Поэтому появилась новая задача – создать устройство, которое обладало бы всеми преимуществами тепловой трубы, но не было бы столь чувствительно к противодействию гравитационных сил.

На первых порах

–Все начиналось в далеких 70-х, – вспоминает заведующий лабораторией теплопередающих устройств Института теплофизики УрО РАН, доктор технических наук Юрий Майданик. – Мне просто нужно было выбрать тему для дипломной работы. Я подошёл к доценту кафедры молекулярной физики физтеха УГТУ-УПИ Юрию Герасимову – мне нравилось, как он читал лекции, и спросил, нет ли у него какой-нибудь интересной темы. Он сказал, что тема есть. Тогда я ещё не знал, что такое тепловые трубы, не знал и о том, что не существует таких, что работают при любой ориентации. Юрий Фёдорович мне объяснил. Мы вместе начали думать, изучать литературу. Оказалось, в этой теме есть огромное количество нюансов, которых мне хватило не только на дипломную работу, но и на кандидатскую и докторскую диссертации.

Мы много чего перепробовали, прежде чем пришли к нужному результату. Сначала мы поняли, что нельзя пускать жидкость по всей длине фитиля, это тупиковый путь – величина гидравлического сопротивления слишком велика. Капиллярную структуру нужно было разместить локально, только в зоне подвода тепла, чтобы путь движения жидкого теплоносителя в ней составлял лишь несколько миллиметров. В этой конструкции необходимо было применять капиллярную структуру с очень мелкими порами. А поскольку поры маленькие, устройство может работать при любой ориентации. В итоге нам удалось разработать новые теплопередающие устройства с раздельными каналами для пара и жидкости, которые впоследствии были названы контурными тепловыми трубами (КТТ).

Космический успех

Мировое сообщество признало заслуги уральских учёных, их разработка сегодня известна повсюду. По словам Юрия Майданика, сегодня лаборатория теплопередающих устройств не про- сто работает на мировом уровне – она его во многом определяет. Для сравнения – обычные тепловые трубы американцы испытали в космосе в 1972 году на космическом аппарате «Пионер-10», полетевшем к Сатурну. Советские тепловые трубы были испытаны на космическом аппарате примерно через полгода после американских. Космические аппараты с контурными тепловыми трубами «Горизонт» и «Гранат» в СССР запустили в 1989 году – в США же они были использованы только через восемь лет.

Сегодня в космосе несколько десятков спутников, в системах терморегулирования которых используются контурные тепловые трубы, изобретённые уральскими учёными. Последний такой – «Электро-Л» – был запущен в космос 20 января 2011 года. В своё время технология была передана в научно- производственное объединение им. Лавочкина, которое успешно занимается производством тепловых труб для космической техники. А в лаборатории теплопередающих устройств Института теплофизики УрО РАН появляются новые изобретения и заказы. На основе технологии КТТ учёные разработали высокоэффективные охладители для компьютерных процессоров, которые сегодня тоже имеют космический успех.