Самарские ученые разрабатывают холодильник для улучшения «зоркости» спутников

В год 60-летия первого полета человека в космос «Самарская газета» не только вспоминает прошлые успехи нашего города, связанные с ракетостроением и освоением межпланетных пространств, но и рассказывает об успехах сегодняшних — о выдающихся современниках и текущих космических разработках.

Ученые национального исследовательского университета имени Королева разрабатывают компактную криогенную установку для охлаждения инфракрасных датчиков космических аппаратов. Это позволит 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 его последовательному нагреву и охлаждению. 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 этой трубе создается временная задержка в движении газа по отношению к давлению, благодаря чему и происходит перенос теплоты. Такое решение делает установку более надежной и эффективной по сравнению с ГКМ Стирлинга.

— 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, — объяснил научный руководитель лаборатории криогенной техники Самарского университета Дмитрий Угланов. — Подобные газовые криогенные машины Стирлинга применяются, прежде всего, в космосе — для охлаждения инфракрасных датчиков космических аппаратов, чтобы увеличить их чувствительность, снизив уровень тепловых аберраций. Основной сферой применения нашей установки также будет космос — она будет охлаждать датчики, устанавливаемые, например, на космических спутниках и МКС. 

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.

— Мы планируем закончить ее в следующем году, — рассказал Дмитрий Угланов. — Установка должна стать более компактной, так, общая длина уменьшится с нынешних 80 до 40-50 сантиметров. 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 1 500 долларов на отечественный аналог, требующий дополнительных доработок в лаборатории криогенной техники. Он обойдется примерно в шесть-семь тысяч рублей. 

Исследования по повышению энергоэффективности криогенных систем и установок за счет использования низкопотенциальной энергии криопродукта ведутся в университете имени Королева с начала 2000-х годов. Основу научного коллектива нового направления составили сотрудники кафедры теплотехники и тепловых двигателей и Научно-образовательного центра газодинамических исследований, на базе которого с 2020 года активно развивается лаборатория криогенной техники. Ее задачи — расчет, проектирование и создание высокоэффективных энергетических установок и двигателей, работающих на криогенных топливах. Научно-прикладные исследования проводятся при финансовой поддержке Министерства образования и науки России. Проект рассчитан на четыре года.

Научная школа в области применения криогенных технологий в авиации сложилась в Самаре еще в 60-е годы. В конструкторском бюро под руководством академика Николая Кузнецова был создан двигатель НК-88, работающий на жидком водороде. В основной состав работавших над ним инженеров вошли выпускники Куйбышевского авиационного института — нынешнего Национального исследовательского университета имени 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 университета имени Королева.

Страничка истории

В «Самарской газете» начиналась литературная карьера Максима Горького. Он приехал в Самару в 1895 году по совету Владимира Короленко никому не известным писателем. Сначала вел отдел «Очерки и наброски», а затем и отдел фельетона «Между прочим». С 31 марта по 14 апреля и с 11 июля по 1 октября 1895 года Горький работал редактором. На страницах «Самарской газеты» опубликовано свыше 500 различных его публицистических произведений и свыше 40 рассказов.

С 1896 до начала 1900-х годов в газете работал Скиталец, продолжая эстафету, принятую от Горького. Он вел отдел фельетона «Самарские строфы», печатал свои стихи.