Модуль MASCOT успешно осуществил космическую миссию и доставил на Землю грунт с астероида Рюґу. Успех был бы невозможен без киевских политехников, которые изготовили для аппарата тепловые трубы.
Космическая миссия началась еще 3 декабря 2014 года - с запуска японского межпланетного зонда «Хаябуса-2» с космодрома Танеґасима. Она имела целью исследовать астероид класса С, в частности - доставить образцы грунта. За цель было выбрано астероид Рюґу, диаметр которого - примерно 0,92 км, орбита в перигелии заходит к орбите Земли, а в афелии касается орбиты Марса. Путь зонда к объекту исследований составил более трех миллиардов километров. С октября модуль MASCOT, спускаясь с высоты 51 метра, сделал ряд фото, успешно высадился на астероид и взял почву для исследований.
Модуль имеет размеры 30х30х20 см и массу 9,6 кг. Его разработали инженеры Немецкого центра аэрокосмической промышленности и Национального центра космических исследований Франции вместе со специалистами КПИ им. Игоря Сикорского.
Сначала немецкие ученые заказали проектирование и изготовление тепловых труб в двух институтах Бельгии и Испании. Те работали год, но в итоге так и не смогли справиться с заданием. Помочь европейским коллегам создать высокоэффективные теплопередающие устройства для модуля взялись специалисты Киевской политехники. Для космического аппарата следует разработать тепловые трубы определенного размера, конфигурации и массы, но с переменным термическим сопротивлением. Проект реализовывали на базе теплоэнергетического факультета, где уже более полвека работает школа профессора Семены. Под его руководством начали создание тепловых труб металло-волокнистой пористой структуры. Ранее пористый слой труб изготавливали из порошка. Ноу-хау ученых КПИ подняло пористость с 60 до 90 процентов. А значит - и эффективность передачи тепла.
Применяя фундаментальные знания, группа ученых под руководством доктора технических наук профессора Владимира Кравца разработала и изготовила тепловые трубы для космического аппарата.
Желаемых результатов киевские политехники достигли не сразу. Нужно было отводить тепловой поток мощностью примерно 30 Вт. Некоторое время получали только 5 Вт. Тогда решили применить капиллярно-пористую структуру на основе отрезков тонкой медной проволоки. Слой таких отрезков спекается в инертной атмосфере - и образуется пористый металло-волокнистый материал. Он на оправке вставляется в трубку и припекается к ее поверхности. Капиллярно-пористая структура под вакуумом заполняется метанолом - и трубка запаивается. Затем к ней припаивали фланцы и создавали необходимую форму, сгибая в соответствующей оправке и покрывали защитным никелевым покрытием. Далее определяли параметры, испытали на вибростенде. Эксперименты продолжались в течение трех месяцев, а доведение до заданных параметров - еще два. В общем изготовили несколько десятков труб, пока не достигли заданных параметров.
Напомним, тепловые трубы - это высокоэффективные теплопередающие устройства. Их конструкция состоит из металлической, обычно медной трубки, внутренняя поверхность которой - слой пористого материала, а центральная часть - пустая. Поры материала заполнены жидкостью, выбор которой зависит прежде всего от диапазона рабочих температур устройства. Принцип действия тепловой трубы таков: теплоноситель кипит на нагретом конце трубы, и пара центральной частью движется к холодному концу, где конденсируется, превращаясь в жидкость. Жидкость благодаря капиллярным силам идет порами наполнителя от холодного конца к горячему. Поскольку внутри устройства применяют процессы кипения и конденсации, тепловой поток через тепловую трубу в сотни раз выше, чем через медный стержень такого же сечения и длины.
Все удалось! Благодаря специалистам КПИ миссия выполнена!