Модуль MASCOT успішно здійснив космічну місію й доставив на Землю ґрунт з астероїда Рюґу. Успіх був би неможливий без київських політехніків, які виготовили для апарата теплові труби.

Космічна місія розпочалася ще 3 грудня 2014 року – із запуску японського міжпланетного зонда «Хаябуса-2» з космодрому Танеґасима. Вона мала на меті дослідити астероїд класу С, зокрема – доставити зразки ґрунту. За ціль було обрано астероїд Рюґу, діаметр якого – приблизно 0,92 км, орбіта в перигелії заходить до орбіти Землі, а в афелії торкається орбіти Марсу. Шлях зонда до об’єкта досліджень становив понад три мільярди кілометри. З жовтня модуль MASCOT, спускаючись з висоти 51 метра, зробив низку фото, успішно висадився на астероїд і взяв ґрунт для досліджень.

Модуль має розміри 30х30х20 см і масу 9,6 кг. Його розробили інженери Німецького центру аерокосмічної промисловості й Національного центру космічних досліджень Франції разом із фахівцями КПІ ім. Ігоря Сікорського.

Спершу німецькі вчені замовили проєктування й виготовлення теплових труб у двох інститутах Бельгії та Іспанії. Ті працювали рік, але зрештою так і не змогли впоратися із завданням. Допомогти європейським колегам створити високоефективні теплопередавальні пристрої для модуля взялися фахівці Київської політехніки. Для космічного апарата слід було розробити теплові труби певного розміру, конфігурації й маси, але зі змінним термічним опором. Проєкт реалізовували на базі теплоенергетичного факультету, де вже понад пів століття працює школа професора Семени. Під його керівництвом розпочали створення теплових труб метало-волокнистої пористої структури. Раніше пористий шар труб виготовляли з порошку. Ноу-хау науковців КПІ підняло пористість з 60 до 90 відсотків. А отже – й ефективність передання тепла.

Застосовуючи фундаментальні знання, група вчених під керівництвом доктора технічних наук професора Володимира Кравця розробила й виготовила теплові труби для космічного апарата.

Бажаних результатів київські політехніки досягли не одразу. Потрібно було відводити тепловий потік потужністю приблизно 30 Вт. Деякий час отримували тільки 5 Вт. Тоді вирішили застосувати капілярно-пористу структуру на основі відрізків тонкого мідного дроту. Шар таких відрізків спікається в інертній атмосфері – й утворюється пористий метало-волокнистий матеріал. Він на оправці вставляється в трубку і припікається до її поверхні. Капілярно-пориста структура під вакуумом заповнюється метанолом – і трубка запаюється. Потім до неї припаювали фланці й надавали необхідної форми, згинаючи у відповідній оправці. Відтак покривали захисним нікелевим покриттям. Далі визначали параметри, випробували на вібростенді. Експерименти тривали впродовж трьох місяців, а доведення до заданих параметрів – ще два. Загалом виготовили кілька десятків труб, доки не досягли заданих параметрів.

Нагадаємо, теплові труби – це високоефективні теплопередавальні пристрої. Їхня конструкція складається з металевої, зазвичай мідної, трубки, внутрішня поверхня якої – шар пористого матеріалу, а центральна частина – порожня. Пори матеріалу заповнені рідиною, вибір якої залежить насамперед від діапазону робочих температур пристрою. Принцип дії теплової труби такий: теплоносій кипить на нагрітому кінці труби, і пара центральною частиною рухається до холодного кінця, де конденсується, перетворюючись на рідину. Рідина завдяки капілярним силам іде порами наповнювача від холодного кінця до гарячого. Оскільки всередині пристрою застосовують процеси кипіння й конденсації, тепловий потік через теплову трубу в сотні разів вищий, ніж через мідний стрижень такого ж перетину й довжини.

Усе вдалося! Завдяки фахівцям КПІ місію виконано!

Дата події