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:

Аэрофлот перевёз более 1,2 млн пассажиров за новогодние праздники
ПАО "Аэрофлот"

Антропоморфные роботы и новая система подготовки экипажей: космонавты Анна Кикина и Николай Чуб защитили диссертации в МАИ
Московский авиационный институт

Главгосэкспертиза одобрила проект нового аэровокзального комплекса в аэропорту Горно-Алтайск
АО «Аэропорт Горно-Алтайск»

Группа «Аэрофлот» объявляет операционные результаты за декабрь 2025 года
ПАО "Аэрофлот"

AZUR air перевезла более 63 тыс. пассажиров в новогодний период
Авиакомпания AZUR air

Сотрудники ОДК-Кузнецов сдали почти 200 литров донорской крови в 2025 году
ПАО "ОДК-Кузнецов"

Авиакомпания запускает фотоконкурс "Мишколеты Ямала"
Авиакомпания "Ямал"

В новогодние праздники аэропорт «Гагарин» обслужил 244 рейса
АО УК "Аэропорты Регионов"

Аэропорт Елизово обслужил более 23 тысяч пассажиров на новогодних каникулах
АО УК "Аэропорты Регионов"

Международный аэропорт Красноярск подвел итоги работы за 2025 год
Международный аэропорт Красноярск

Двигатели ОДК обеспечили 13 пусков ракет-носителей «Союз-2» в 2025 году
АО «ОДК» ; ПАО «ОДК-Кузнецов»

Назначения в руководстве ПАО «ОАК»
ПАО "ОАК"

Аэропорт Братск подвёл итоги работы в новогодние каникулы
Аэропорт Братск

Иркутский аэропорт в период новогодних праздников обработал 150 ВС
АО "Международный аэропорт Иркутск"

«РТ-Техприемка» зарегистрировала свыше 25 тысяч пользователей на платформе MyBoards
АО "РТ-Техприемка"

Оборудование Госкорпорации Ростех обеспечит надежную навигацию самолетов в трех регионах Арктики
Госкорпорация Ростех

Глава Росавиации проверил работу Домодедово в период новогодних праздников
Московский аэропорт Домодедово

Аэровокзал «Южно-Сахалинск» торжественно принял в команду пушистых инспекторов
АО «Аэровокзал Южно-Сахалинск»

Спасатели аэропорта Внуково подтвердили высокую готовность к чрезвычайным ситуациям
АО "Международный аэропорт "Внуково"

Министр транспорта РФ вручил коллективу аэропорта Домодедово вымпел
Московский аэропорт Домодедово