Обшивка космических кораблей на орбите испытывает колоссальные перегрузки, одновременно внутри аппаратов необходимо поддерживать постоянную температуру, которая защищает от космического холода приборы и экипаж. Как правило, и для обогрева, и для охлаждения аппаратов используется один и тот же жидкий теплоноситель, а цикличность его использования обеспечивают специальные космические холодильники.
Патент: 2668386
Авторы: Иван Завьялов, Сергей Негодяев, Наталья Завьялова, Илья Михайлов, Игорь Шашин, Сергей Автайкин, Андрей Сафронов, Алексей Григорьев
Патентообладатель: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности «Роскосмос»
Принцип действия всех подобных устройств в самых общих чертах выглядит следующим образом: с помощью космического холодильника жидкий теплоноситель собирается из системы жизнеобеспечения космического аппарата и рассеивается на мелкие капли, которые естественным образом охлаждаются в космическом пространстве. Далее, при помощи «космического холодильника» охлажденные капли собираются и закачиваются в систему охлаждения, а после отработки — обратно в систему жизнеобеспечения для поддержания рабочей температуры в оборудовании и отсеках космического аппарата.
Тем не менее, у подобных систем охлаждения, которые разработаны на сегодняшний день, есть серьезные конструктивные недостатки. Для одной нужно создавать сложную дополнительную конструкцию электродов, которая позволит создать внешнее электрическое поле, чтобы капли теплоносителя можно было закачать обратно в «холодильник». Другая требует создания дополнительных конструкций источника положительно заряженных частиц и необходимость создания дополнительного расхода массы. В третьем — возникает проблема расходы массы (потерь вспрыскиваемого на капли теплоносителя газа) равно как и и необходимость создания устройства для его впрыскивания. В четвертом — безвозвратная потеря массы растворенного в теплоносителе газа, так как он испаряется в космическом пространстве, а также оснащение «холодильника» дополнительным устройством по насыщению газом теплоносителя.
Все эти сложности связаны с тем, что при движении капель теплоносителя в космическом пространстве за счет различных факторов на них происходит накопление статического, как правило, отрицательного, заряда. Его накопление за счет электростатических сил расталкивания одноименных зарядов приводит к отклонению траекторий капель, затрудняя их попадание в зону сбора.
Решение было найдено с помощью… простейшего ультрафиолетового излучения. Оказалось, что при воздействии потока УФ излучения на распыленные капли, на их поверхности возникает внешний фотоэффект — так называемая фотоэлектронная эмиссия, испускание электронов веществом под воздействием УФ-излучения, в качестве источника которого может быть использована эксимерная лампа. За счет испускания электронов на каплях уменьшается отрицательный заряд, поэтому под действием разгонных пластин капли потока почти не отклоняются от заданной траектории, что, в свою очередь, в разы повышает эффективность сбора охлажденного теплоносителя, а также сокращает безвозвратные потери массы.
Подробности изобретения — в опубликованном патенте.