ОСОБЕННОСТИ ПРОТЕКАНИЯ УДАРНЫХ ПРОЦЕССОВ В КОНСТРУКЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ПРИ СРАБАТЫВАНИИ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

© О.Г.Деменко
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2016 г.

В конструкциях современных космических аппаратов (КА) находят широкое применение пиротехнические устройства различной мощности и назначения. Они используются, в основном, для разрушения соединительных элементов при разделении частей конструкции КА. Высокая надёжность, автономность, быстродействие и малый вес являются их большим достоинством, однако, при их срабатывании возникают значительные ударные нагрузки, которые приходится учитывать при расчёте и экспериментальной отработке прочности конструкции КА и его оборудования. По сложившейся практике, в настоящее время учитывают лишь воздействие зарядов большой мощности, используемых в системах отделения КА и ступеней РН, воздействие же зарядов малой мощности (пирочеки, пироножи и др.), как правило, игнорируется.

Практика ударных испытаний на натурных макетах и штатных устройствах показывает, что в ряде случаев отклик на воздействие заряда малой мощности сопоставим по величине или даже превышает воздействие мощного заряда при одинаковой удалённости зарядов от точки измерения ускорений отклика. Для определения причины такого явления автором была составлена упрощенная расчётная модель ударного взаимодействия движущегося тела с неподвижной массой на упругом основании. Мощность заряда в такой модели имитируется величиной ударного импульса движущегося тела, при этом изменение величины импульса производится за счёт изменения массы ударяющего тела. Таким образом, скорость ударяющего тела при изменении ударного импульса остается неизменной, что соответствует условиям ударного воздействия реальных пироустройств (скорость ударной волны практически не зависит от мощности заряда).

Исследования показывают, что снижение мощности пирозаряда приводит к снижению ускорения отклика (что достаточно очевидно), но, кроме того, также и к увеличению частоты пикового (наибольшего) ускорения в ударном спектре ускорений отклика, что можно объяснить уменьшением времени контактного взаимодействия при восприятии ударного импульса. Так, в частности, снижение ударного импульса в 1,7 раза приводит к уменьшению пикового ускорения на 15 % и к увеличению частоты наибольшего ускорения в спектре отклика в 1,36 раза. А снижение ударного импульса в 5 раз — соответственно, уменьшает пиковое ускорение отклика в 1,85 раза и увеличивает частоту отклика в 2,35 раза.

Таким образом, удары малой мощности вызывают более высокочастотный спектр ускорений отклика. Отсюда вытекает основная особенность распространения ударного возмущения, вызываемого им в конструкции КА, — оно хорошо передаётся (без заметного затухания) легкими, имеющими высокие собственные частоты колебаний частями конструкции. Конструкции современных КА, в силу прогрессирующей миниатюризации КА и его частей, использования лёгких и жёстких композиционных материалов и других факторов, содержат все большее количество таких элементов в своем составе. Соответственно, оборудование, расположенное на таких элементах и также имеющее высокие собственные частоты колебаний своих составных частей (антенны, платы вычислительных устройств, элементы солнечных батарей, тонкая оптика и др.), будет получать нагрузки, сравнимые с нагрузками от воздействия зарядов большой мощности.

Таким образом, при анализе условий нагружения элементов оборудования современных КА необходимо принимать во внимание не только воздействия от мощных систем отделения КА и РН, но и воздействие ударных импульсов малой мощности, особенно близко расположенных.