Применение клеев в космической технике

ПРИМЕНЕНИЕ КЛЕЕВ В КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКЕ
Высокая усталостная прочность клеевых соединений, обтекаемость поверхностей клееных конструкций, стойкость к действию криогенных и повышенных температур, радиации и глубокого вакуума, возможность соединения разнородных материалов, снижение массы конструкций — вот те основные требования, которые предъявляются к клеевым системам, используемым при создании.
Склеивание деталей двигателя возвратной ступени; склеивание деталей солнечных батарей с полиэфирной пленкой Майлар.
Приклеивание элементов ячеек солнечных батарей к подложке, склеивание обшивок с сотовым заполнителем в трехслойных панелях солнечных батарей; склеивание корпуса солнечных батарей; приклеивание солнечных датчиков, кабельных зажимов и оборудования, устанавливаемого на кронштейнах; приклеивание прокладок, штепсель-. ных розеток, медных лент и муфт; выполнение силовых клеевых соединений в различных отсеках стан ции
Крепление элементов солнечных батарей, склеивание элементов системы термического контроля ракет-носителей, искусственных спутников и больших космических кораблей. Клеи могут быть применены в строительстве кабин и контейнеров, при изготовлении элементов жесткости в силовых и вспомогательных соединениях, для крепления приборного оборудования и.монтажа корпусов спутников и космических кораблей, при изготовлении и креплении элементов солнечных батарей, креплении теплозащитных и других неметаллических материалов [233]. Не исключается также возможность применения клеев при монтаже элементов космических станций или межпланетных космических кораблей [233].
Основными клеями для склеивания металлов и неметаллических материалов в конструкциях космических устройств являются различные эпоксидные, кремнийорганические клеевые композиции, а также полиуретановые, резиновые и некоторые другие клеи.-В табл. 111.20 приведены данные, характеризующие применение-клеев в космических летательных аппаратах США [7].Важнейшей характеристикой клеевых соединений является прочность при криогенных температурах. В табл. Ш.21 приведены данные о прочности клеевых соединений на различных клеях при —250 °С [8,234, 235].Для соединения различных теплостойких материалов силового назначения в космических летательных аппаратах используются неорганические клеи. Это естественно, так как температура на поверхности таких аппаратов может достигать 1400 °С, в отдельных точках 2200 °С и кратковременно 9900 °С. Керамические клеи применяются для склеивания материалов в следующих узлах: корпуса картеров, приборные доски, маслопроводы, обшивки двигателей, электронная аппаратура, тормозные устройства [236]. Алюмофосфатные композиции применены в конструкции космического корабля «Джемини» [237]. В конструкциях космических кораблей, возвращающихся в плотные слои атмосферы, используется керамическая сотовая конструкция [238].Очень широко используются клеевые соединения в конструкции космического корабля «Аполлон». Командный отсек этого корабля представляет собой клееную герметическую сотовую конструкцию в форме усеченного конуса высотой 3,66 м. Отсек имеет внутреннюю обшивку из алюминиевого сплава 2014-Т6, алюминиевый сотовый заполнитель (сплав 5052-Н39) и наружную обшивку из сплава 7075-Т6, соединенные между собой эпоксидно-фенольным клеем [239].Теплозащитный экран «Аполлона» состоит из стальной нержавеющей паяной конструкции, перекрытой снаружи эпоксидно-но-волачнофенольным коксующимся теплозащитным материалом, залитым в стеклопластиковый сотовый заполнитель. Теплозащитный материал приклеивается эпоксидно-фенольным клеем. На этот материал с помощью невысыхающего липкого клея снаружи крепится терморегулирующее покрытие из алюминированной полиэфирной пленки Майлар и полиимидной пленки Кэптон. Стартовое теплозащитное покрытие, расположенное поверх всей этой конструкции, обеспечивает защиту на начальных стадиях разгона ракеты-носителя. Это покрытие состоит из теплостойкого полиамидного обтекателя, к наружной поверхности которого эпоксидным клеем прикреплена корковая теплоизоляция.Для упрочнения и герметизации командного отсека «Аполлона» около 700 деталей, включая угольники, кронштейны и сложные фитинги, прикреплены к поверхности кабины с помощью клеев [240]. При изготовлении командного отсека используются клеи марок НТ-424, FM 23 и Эпон 934 [241]. Теплозащитный экран корабля изготовлен с применением клееной сотовой конструкции [242].Специально для корабля «Аполлон» разработан эластичный материал, предназначенный для отвода тепла от электронной аппаратуры к внешней радиационной системе. Это тонкий плоский материал вафельной структуры, состоящий из полых уложенных параллельно медных трубок, склеенных силиконовым клеем-герме-тиком фирмы «General Electric Co.» (США), отличающимся высокой теплостойковтью и эластичностью при низких температурах. Этим материалом заполняют пространство между ограждением с электронной аппаратурой и холодильными плитами в процессе производства космического корабля; материал плотно крепится, образуя как бы трехслойную конструкцию [243].Для этого же корабля разработан теплозащитный материал с низкой плотностью (0,53 г/см3) марки Авкоат. Авкоат представляет собой сотовый материал из стеклопластика и фенолоэпоксид-нои смолы, в которую добавляются тонкостенные стеклянные микросферы. Сотовая конструкция, состоящая из 370 000 сот, заполняется смолой с помощью специального пистолета; на операцию по заполнению сот затрачивается почти 80 000 чел.-ч. Теплозащитный материал крепится к обшивке из коррозионностойкой стали с помощью клея. При прохождении космическим кораблем плотных слоев атмосферы теплозащитный материал подвергается воздействию температур порядка 3000 °С; температура внутренней стенки кабины экипажа достигает при этом 52 °С.Описаны клеи и технология их применения в конструкциях космического корабля «Аполлон» при сборке телеметрической системы [244], при изготовлении трехслойных панелей [245], амортизирующих оболочек, теплозащитных сопловых насадок ракетных двигателей [246] и для других целей [247].Применение клеев в космическом аппарате «Сервейер» позволило значительно снизить массу этого аппарата [8, 239]. Посадочное шасси аппарата «Сервейер» имеет опоры, представляющие собой клееные сотовые конструкции [8].В космических летательных аппаратах (например, «Маринер») для исследования планет Венера и Меркурий широко используются конструкционные и неконструкционные клеи [248], в частности марок FM-96, ЕА-934 и FM 23-4. Они применяются для изготовления панелей с солнечными элементами и антенны.В условиях, имитирующих атмосферу Венеры (96,0—99,5% двуокиси углерода; 0,1—0,7% воды; 0,4—1,6% кислорода и менее 1% азота при давлении 18,5 кгс/см2 и температуре 260 °С, испыты-вались с положительным результатом в течение 7—72 ч некоторые эпоксидные и другие клеи [249].Сферические детали резервуаров, содержащих жидкий водород и кислород, ракеты-носителя «Сатурн» изготовлены с применением полиуретановой композиции Нармко 7343 и клея Эпон 934. Отверждение производилось в вакууме в течение 24 ч, затем без вакуума также в течение суток и затем в течение такого же времени при 71°С. Для определения прочности клеевых соединений применены методы неразрушающего контроля [250].Опубликованы данные, характеризующие эффективность применения синтетических клеев при изготовлении защитных кожухов ракеты-носителя «Кентавр» [251]. Фирма «Lockheed» изготовила шесть кожухов для космических летательных аппаратов, состоящих из двух оболочек — гладкой внутренней и наружной гофрированной, соединяемых клеесварньпу методом. Ранее это осуществлялось с помощью заклепок.
Рационально применение клеев для изготовления таких элементов конструкций космических аппаратов, как панели солнечных преобразователей энергии, зеркальные поверхности, радиационные теплообменники, слоистые и трубчатые системы и др. [252].
Фирмой «General Electric Co.» (США) предложено для теплозащиты капсулы космического летательного аппарата использовать клеевое соединение 23 слоев тонкой (0,006 мм) полимерной пленки.Разработан специальный двухкомпонентный клей Эпокси-20 для крепления солнечных фотоэлементов космических летательных аппаратов. Клей применяется в электронно-оптических системах, где требуются хорошее светопропускание и стойкость к радиационному облучению [253].На метеорологическом спутнике «Тирос» на наружную поверхность оболочки наклеено около 9300 фотоэлектрических элементов, а на спутнике связи «Курьер 1В» — около 20 000 [254].Интересен опыт одной американской фирмы [255], изготовляющей клееные держатели восьми спутников связи, запускаемых в космическое пространство одной ракетой-носителем. При склеивании каркаса высотой 3,9 м применяется эпоксидно-полиамидная клеевая пленка Эпон Адгезив 95 толщиной 0,25 мм. Склеивание производится при 175—180 °С в течение 90 мин.Клеи широко применяются в производстве выносных панелей ловушки микрометеоритов для спутников ММС [8].Описаны методы склеивания металлов в услов иях космического пространства при ремонте кораблей на орбите с использованием быстро отверждающихся клеев.