терморегулирующее покрытие класса "солнечные отражатели"

Формула изобретения

Терморегулирующее покрытие класса «солнечные отражатели», включающее силикатное связующее, наполнители, дистиллированную воду, отличающееся тем, что в качестве силикатного связующего содержит литиевое или натриевое стекло, в качестве наполнителей содержит соль щелочноземельного элемента BaSO₄, добавку алюминат бария или лития, мас.ч.:

силикатное связующее	29,42-33,78
BaSO4	42,28-43,44
добавка	3,39-3,61
дистиллированная вода	22,07-23,53

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области космического материаловедения и оптической техники и может быть использовано в системах пассивного и активного терморегулирования КА, эксплуатирующихся на орбитах с высокой интенсивностью ионизирующих излучений (электронное, протонное и УФ излучения), со сроком активного сосуществования (САС) 15 и более лет. Терморегулирующее покрытие (ТРП) наноситься на внешние поверхности космического аппарата (КА).

В настоящее время для КА, функционирующих на геостационарных орбитах (ГСО) и высокоэллиптических орбитах (ВЭО), применяются ТРП на основе пластин из оптического стекла К 208 ЖЦПИ 750540.001 ТУ (отраслевой документ), представляющие собой квадратные кварцевые пластинки со стороной 20-40 мм и толщиной 100-200 мкм с напыленным слоем серебра, которые вручную наклеиваются на внешнюю поверхность радиатора. Такие покрытия обладают хорошими исходными оптическими характеристиками (As=0,1÷0,12; 0,9) и высокой стойкостью к воздействию ионизирующих излучений.

Однако эти покрытия обладают рядом существенных недостатков:

- стоимость ТРП составляет более 200000 руб./м ²;

- покрытия являются диэлектриками, для снятия статического электричества на внешнюю поверхность ТРП наносят тонкий прозрачный электропроводящий слой, который не стоек к длительному воздействию ионизирующих излучений;

- покрытия являются хрупкими, легко повреждаются при изготовлении тепловых радиаторов и плохо поддаются ремонту при необходимости замены элементов радиатора;

- покрытия трудоемки при изготовлении и нетехнологичны при использовании;

- клей, используемый для приклеивания пластин из оптического стекла К 208 к подложке не удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 50109-92 по газовыделению и не стоек к воздействию ФКП (термоперепады и ионизирующее излучение).

Известен ряд лакокрасочных ТРП (патенты RU 2168189, G02B 1/10, RU 2331553 BG4G 1/58, RU 02036208, C09D 1/02, RU 2290422, C09D 5/24, RU 2248954, С04В 41/87), которые лишены вышеуказанных недостатков, но обладают низкой стойкостью к комплексному воздействию факторов космического пространства (ФКП) (электронное, протонное и УФ излучения, термоперепады в вакууме), что делает невозможным их применение на КА с длительным сроком функционирования на высоких орбитах (ГСО и ВЭО).

Известно ТРП (патент РФ 2248954, С04 В 41/87) состава, мас.%:

цирконий (IV) оксид модифицированный	33-53
калий метасиликат с модулем не менее	4,5
при плотности 1,185-1,195 г/см3	24-30
дистиллированная вода	23-37

с начальным коэффициентом поглощения солнечного излучения As 0,12-0,13 и коэффициентом As после 3-х лет эксплуатации (при УФ облучении) - 0,22.

Данное покрытие применяется на КА, функционирующих на низких орбитах со сроком эксплуатации 3-5 лет. Покрытие не обладает хорошей адгезией к подложке и антистатическими (электропроводными) свойствами, предъявляемыми к материалам внешних поверхностей КА, эксплуатирующихся на высоких орбитах.

Наиболее близко в качестве прототипа (патент РФ 2036208, C09D1/2) может служить композиция следующего состава, мас.%:

водный раствор силиката калия с модулем 3,8-4,1	58-65
титанат циркония	35-47

Композиция служит для получения ТРП с коэффициентами:

As	0,09-0.12
(коэффициент теплового излучения)	не менее 0,92

Изменение As ( As) при действии дозы ультрафиолетового излучения солнца равной 50 эквивалент солнечным суткам 0,02-0,04, жизнеспособность композиции не более 10 часов. Таблица 3.

Задача - разработка ТРП с низкой степенью деградации оптических характеристик, низким газовыделением, хорошей адгезией к подложке в условиях воздействия ФКП и обладающего электропроводными свойствами для КА, функционирующих на орбитах с высокой интенсивностью ионизирующих излучений (ГСО и ВЭО).

Ожидаемый технический результат заключается в улучшении технологических свойств - жизнеспособность композиции до 3-5 недель, легкий способ нанесения покрытия.

Сущность изобретения заключается в том, что терморегулирующее покрытие класса «солнечные отражатели», включает силикатное связующее, наполнители, дистиллированную воду, при этом в качестве силикатного связующего содержит литиевое или натриевое стекло, в качестве наполнителя содержит соль щелочноземельного элемента BaSO₄, а также добавку алюминат бария или лития в массовых частях:

литиевое или натриевое стекло	29,42-33,78
BaSO4	43,44-42,28
алюминат лития или алюминат бария	3,39-3,61
дистиллированная вода	22,07-23,53

Способ приготовления композиции: в фарфоровую шаровую мельницу с фарфоровыми шарами загружают компоненты: BaSO₄, дистиллированную воду, литиевое стекло с модулем 2,9-3,5 и плотностью 1,153÷1,190 г/м³ или натриевое стекло с модулем 25÷30 и плотностью 1,133-1,135 г/м³ и добавку алюминат лития или алюминат бария, диспергируют в течение 5-10 ч. Полученную дисперсию сливают с одновременной фильтрацией через марлю. Нанесение покрытия проводят краскораспылителем. В таблице 1 показано содержание компонентов в композиции. В таблице 2 приведены свойства покрытия в зависимости от содержания наполнителей.

Пример 1

BaSO4	42,28
алюминат лития	3,52
литиевое стекло (с модулем 3,0 и плотностью 1,156)	31,30
дистиллированная вода	22,90

Пример 2

BaSO4	40,76
алюминат бария	3,39
литиевое стекло (с модулем 3,0 и плотностью 1,156)	33,78
дистиллированная вода	22,07

Пример 3

BaSO4	41,2
алюминат бария	3,4
натриевое стекло (с модулем 26 и плотностью 1,135)	33,26
дистиллированная вода	22,14

Разработанное лакокрасочное ТРП обладает следующими характеристиками:

- стоимость покрытия менее 10 тыс.руб./м²;

- покрытие технологично, легко наносится и ремонтируются в случае случайных повреждений;

- для нанесения покрытия используется существующее на предприятиях оборудование, т.е. не требуется создание (или дооснащение) новых производственных участков;

- материалы, на которые наносится покрытие, - алюминиевые сплавы типа АМг-6, Д16, В-95;

- терморегулирующее покрытие соответствует требованиям ГОСТ Р 50109-92 по газовыделению (реальная потеря массы покрытия (РПМ) - не более 1,0%, содержание летучих конденсирующихся веществ (ЛКВ) - 0,1%);

- начальные оптические характеристики ТРП: As=0,10÷0,12 =0,93÷0,95.

Покрытие сохраняет свои свойства после воздействия ФКП, действующих на ГСО, при этом коэффициент поглощения солнечного излучения (A_S) _кон по истечении 15 лет эксплуатации на ГСО не превышает 0,33.

Удельное объемное электрическое сопротивление ТРП не превышает 10⁶ Ом·м.

Масса одного квадратного метра покрытия - не более 300 г.

Адгезионные свойства покрытия:

- разрушающее напряжение при отрыве от поверхности - не менее 1,5 МПа (15 кг/см² ) по ГОСТ 14760-69;

- адгезия покрытия к поверхности методом 4 по ГОСТ 15140-78 - не более 2 баллов; При температуре эксплуатации ТРП Тэксп=±100°С адгезия покрытия к поверхности методом 4 по ГОСТ 15140-78 - не более 2 баллов.

Изменение коэффициента A_s при воздействии УФ излучения в течение 50 эквивалентных солнечным суток не превышает 0,03. Однако основным повреждающим фактором для радиационно-опасных орбит (ГСО, ВСО) являются протонное и электронное излучения. У нового покрытия коэффициент поглощения солнечного излучения (A_S)_кон. после комплексного воздействия факторов космического пространства (протонное, электронное и УФ излучения) не превышает 0,33 при эксплуатации в течение 15 лет. Такой радиационной стойкостью не обладает ни одно известное российское или зарубежное ТРП.

Таблица 1
Наименование компонентов	Содержание компонентов в композиции
1	2	3	4	5
1. Щелочноземельная соль BaSO4	43,12	43,44	40,76	42,28	45,58
2. Добавка алюминат лития или алюминат бария	2,35	3,61	3,39	3,52	2,09
3. Литиевое стекло с модулем 2,9÷3,5 и плотностью 1,153÷1,190 г/м 3 или натриевое стекло с модулем 25÷30 и плотностью 1,133-1,135
4. Дистиллированная вода	31,79	29,42	33,78	31,30	28,49
	22,74	23,53	22,07	22,90	23,84

Таблица 2
Наименование показателей	Содержание компонентов в композиции
1	2	3	4	5
Толщина покрытия, мкм	130	125	140	110	Покрытие хрупкое, трещины, скалывание
Коэффициент As, не более	0,14	0,10	0,12	0,11
Коэффициент , не менее	0,93	0,94	0,93	0,94
Удельное объемное электронное сопротивление v, Ом·м	l,4·106	1·106	0,5·106	0,4-10b
Адгезия к алюминиевым сплавам по ГОСТ 15140-78, балл	2-3	1-2	1-2	1-2	4

Таблица 3
Параметры	ТРП
Предлагаемая	Прототип
Коэффициент As	0,1-0,12	0,09-0,12
Коэффициент	0,93-0,94	>0,92
Электропроводность, v, Ом·м.	106	не электропроводно
As после воздействия: электронов, протонов и УФ излучения (15 лет ГСО, ВЭО)	0,21-0,23	не соответствует современным требованиям
- УФ излучения в течение 50 эквивалентных солнечных суток	не более 0,03	0,02-0,04
As конечная после 15 лет эксплуатации	не более 0,33	не соответствует современным требованиям