Самарские ученые разрабатывают холодильник для улучшения «зоркости» космических спутников

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 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.