Прибор для определения места утечки воздуха из модуля

И.В. ПИЯКОВ, А.Н. ЗАНИН
Научный руководитель – Н.Д. СЕМКИН, д.т.н., профессор
Самарский государственный аэрокосмический университет им. С.П. Королева
ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА УТЕЧКИ ВОЗДУХА
ИЗ МОДУЛЯ КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ
Ввиду старения материалов происходит разгерметизация отсеков космической станции. Утечка воздуха требует наискорейшего устранения,
поэтому наиболее важно быстро определить место, требующее ремонта.
Для обнаружения места утечки воздуха из модуля космической станции разработана следующая конструкция прибора (рис.1).
Рис. 1. Прибор для определения места утечки воздуха из космического аппарата
Прибор работает следующим образом. Ионный источник с электронной пушкой 1 создает поток электронов в пространстве между сетками 2 и
3 с частотой 200 Гц. При этом происходит ионизация газа в рабочей камере, и образующиеся ионы в начальный момент разлетаются в разные стороны. В момент t0 на ускоряющую сетку 2 подается изменяемый во времени выталкивающий импульс положительной полярности. В этот же
момент подается положительный отклоняющие пластины поперечного
электрического поля 6, в течение времени t0 для отклонения ионов в
начальный момент. В остальное время ионы регистрируемой компоненты
газа из промежутка между сетками 2 и 3 проходят в приемник ионов 7, в
котором будет зарегистрирована расчетная масса (например, азот), которая содержится в потоке истекающего из отверстия воздуха. Закон изменения электрического поля выталкивающего импульса рассчитывается
таким образом, что устройством может быть выделена только одна масса,
а остальные массы подавляются и не попадают в приемник ионов 7, то
есть, происходит сепарация масс.
Таким образом, повышается достоверность регистрации утечки воздуха из отверстия обшивки КА в условиях существования в окрестности КА
газовой компоненты собственной атмосферы (СВА КА).
Поток газа проходит приемную камеру 9 (или 10), зону ионизации
(между сетками 2 и 3) и воздействует своим давлением на микрофонный
датчик 14 и термопарный датчик 15, вызывая появление в микрофонном
датчике 14 возникновение синусоидальных колебаний. Одновременно
термопарой 15 регистрируется напряжение, пропорциональное давлению
потока (в мм.рт.ст).
В результате при значительной величине утечки (диаметр отверстия
более 1-2 мм) и на небольших расстояниях от места утечки воздуха регистрация производится с помощью микрофонного 14 и термопарного 15
датчиков, а с увеличением расстояний от места утечки газа регистрация
осуществляется с помощью ионизационного преобразователя, включающего ионный источник с электронной пушкой 1, ускоряющую сетку 2 и
заземлённые сетки 3, 4 и 5, отклоняющие пластины поперечного электрического поля 6 и приёмник ионов 7. Переключение термопарного, ионизационного и микрофонного датчиков осуществляется автоматически при
обработке информации со всех датчиков.
Заземлённая сетка 4 введена для ограничения влияния отклоняющих
пластин поперечного электрического поля 6 на бесполевой участок (до
заземлённой сетки 5).
Сигнал в приёмнике ионов 7 пропорционален числу ионов выделяемой
массы. Таким образом, измерив величины сигналов от ионов кислорода
U16(32) и азота U14(28), можно достоверно сказать о наличии воздуха в исследуемом газе при выполнении соотношения:
U 14 78

U 16 21 .
(1)
Уравнение (21) справедливо, так как в воздухе на 78% азота приходится 21% кислорода.
Для устранения влияния шумов скафандра и СВА КА производится
настройка прибора. Заслонка 12 закрывается, а заслонка 13 открывается.
Замеряются уровни содержания кислорода и азота в шумах и СВА КА.
Затем заслонка 13 закрывается, а заслонка 12 открывается. Замеряется
полный уровень азота и кислорода от места утечки, скафандра и СВА КА.
Опытный образец устройства обладает следующими параметрами:
размер: 400x40 мм, диапазон масс для исследования собственной внешней
атмосферы до 5000 а.е.м.
Измеряемый диапазон давлений в струе воздуха – 10 –3 – 10 –7 мм.
рт. ст., диапазон возможных расстояний устройства до объекта регистрации – 0,01 – 10 м.
Список литературы
1. Прибор для обнаружения утечки воздуха из Международной космической станции / Н.Д. Сёмкин, В.Л. Балакин, К.Е. Воронов, И.В. Пияков // Авиакосмическое приборостроение, №7, 2003, С. 29-35.
2. Перспективы развития времяпролетных масс-спектрометров для анализа газовых и пылевых частиц / Н.Д. Семкин, И.В. Пияков, К.Е. Воронов, Р.А.
Помельников // Прикладная физика, N 2, 2002 С. 124-142.