10.4. Электрические испытания.

Электрические испытания приборов и систем проводятся с целью проверки электрической прочности , сопротивления изоляции и с целью проверки нормального функционирования электрических цепей КА при отклонении напряжения и частоты питания от номинальных значений.

Под электрической прочностью понимается способность электрической изоляции выдерживать действие приложенного к ней электрического напряжения. Она определяется значением напряжения , при котором наступает пробой, пробивным напряжением. Пробивное напряжение зависит от шероховатости поверхности, наличия масла, влаги, пыли, гигроскопичности и т. п. Номинальное напряжение , приложенное к изоляции изделия при нормальном функционировании, меньше пробивного.

Под воздействием приложенного напряжения электроизоляционные материалы проявляют свойства электропроводности. Электропроводность диэлектриков намного ниже, чем у проводников, но тем не менее эта характеристика диэлектриков играет важную роль в функционировании оборудования. Ток утечки диэлектрика имеет две составляющие: ток, проходящий по его поверхности, и ток, проходящий через диэлектрик. Отношение напряжения, приложенного к диэлектрику , к силе тока утечки называется сопротивлением изоляции. Сопротивление зависит от механических воздействий, температуры, проникающего излучения, состояния поверхности диэлектрика, качества обработки, сборки, пропитки и т.п. Проверку сопротивления изоляции проводят , как правило, в нормальных климатических условиях после проверки на воздействия механических и климатических факторов. Нижний предел сопротивления изоляции должен быть :

- не менее 20 в холодном сухом состоянии;

- не менее 2 в нагретом состоянии ;

- не менее 1 в увлажненном состоянии.

Электрическая прочность и сопротивление изоляции проверяются на собранных блоках или системах:

- между электрическими цепями и металлическими изолированными частями приборов;

- между разъединяющимися в процессе функционирования электрическими цепями;

- между электрически несоединенными цепями.

Причем вначале проверяется электрическая прочность, а затем измеряется электрическое сопротивление изоляции. Объем электрических испытаний определяется нормативно-технической документацией.

При испытании изделия на воздействие отклонения напряжения питания сначала устанавливают напряжение, равное номинальному значению, и после стабилизации работы изделия проводят проверки характеристик, установленных в технических условиях на изделие. Затем напряжение питания увеличивается до верхнего предельного значения и после стабилизации изделия проверяют требуемые характеристики. Выбирают плавный или скачкообразный режим изменения напряжения в зависимости от конкретных условий эксплуатации. Точно также напряжение питания уменьшают до нижнего предельного значения и после стабилизации работы изделия проверяют требуемые характеристики. Изделие считается выдержавшим испытание, если при измененных значениях напряжения питания ( увеличении или уменьшении) его характеристики находятся в пределах норм, установленных в технических условиях на изделие.

Аналогичным образом проводят испытания на воздействие отклонения частоты питания.

11.ПРЕДСТАРТОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ПОДГОТОВКА ЛЕТНЫХ ИСПЫТАНИЙ КА.

!!.1. Испытания КА на технической позиции (ТП). [ 1]

Доставленныe в монтажно-испытательный комплекс (МИК) и расконсервированные после транспортировки отдельные части КА должны до сборки КА и установки его на РН пройти испытания на технической позиции (ТП) с целью подтверждения способности конструкции удовлетворять всем требованиям эксплуатации в условиях, воссоздание которых возможны на ТП, а также с целью выявления скрытых дефектов в материалах и производственных процессах .

Сначала осуществляется входной контроль комплектующих приборов , агрегатов, систем. Как правило, после изготовления комплектующих узлов, приборов , отдельных подсистем изготовитель проводит свои испытания в соответствии с техническими условиями ( ТУ) на поставку этих изделий. Однако поскольку у разных изготовителей таких изделий имеются отличия в технологических процессах, оснастке, методах контроля и т.д. , а также поскольку транспортировка изделий от изготовителя до места сборки и хранения их могут повлиять на качество , то перед монтажом комплектующих изделий в системы или перед монтажом на КА проводится входной контроль. Этот контроль иногда может быть всего лишь визуальным,  а в ряде случаев в соответствии с ТУ он может проводиться по полной программе проверки всех качеств изделия. Этот этап в большинстве случаев проводится в ходе заводских работ по изготовлению отдельных блоков КА, а также когда отдельные приборы или узлы доставляются для их установки или замены в условиях испытательного полигона.

Затем проводятся автономные испытания систем до монтажа их на КА. В соответствии с конструктивными особенностями систем и принятой технологией сборки отдельные элементы до их постановки на КА должны быть смонтированы и согласованы как единая система. В этом случае должны быть испытаны и проверены необходимые характеристики этой системы после проведения монтажных работ и регулировки отдельных приборов , узлов или монтажных связей.

3) Проводятся автономные испытания систем после монтажа на КА. Монтаж отдельных составляющих систем (подсистем) , подключение их к единой электрической кабельной сети, к общей пневмогидравлической системе , установка в герметизированных отсеках КА и др. Могут существенно изменить какие-то качества этих систем, а также тех систем, с которыми они состыковались. Созданные вновь монтажные связи еще не проверялись, поэтому необходим значительный объем автономных испытаний после монтажа систем на КА. Объем испытаний определяется конструктивными и технологическими особенностями этих систем. Испытания могут проходить как на заводе , так и при подготовке изделия на испытательном полигоне.

Объем и сложность работ , проводимых при испытаниях на ТП, зависят от типа КА.

Общими задачами испытаний всех типов КА являются:

1) Проверка герметичности и теплового состояния отсеков КА в условиях, грубо имитирующих экстремальные тепловые условия в космосе.

2) Определение динамических параметров КА: массы объекта, центровки (балансировки) , моментов инерции, угловой скорости вращения и времени раскрытия агрегатов.

3) Проверка функционирования электрических систем и герметичности отсеков при вибрации.

4) Исследование радиочастотных взаимосвязей и интерференции, совместимости диаграмм направленности антенн радиосистем командных и измерительных линий и линий связи.

5) Проверка пиротехнических средств и других систем, определяющих необратимые операции.

6) Испытания по готовности каждой системы КА.

7) Комплексные проверки КА по выполнению всех штатных операций данной программы полета, а также возможности выхода из нештатных ситуаций при вероятных отказах систем КА или носителя.

Осмотр, испытания, сборка и комплексные проверки КА происходят в монтажно-испытательном корпусе космических объектов (МИК КО).

Испытаниям на герметичность подвергается вся конструкция в целом, а также отдельные герметичные отсеки. Исходя из требований высокой надежности КА и обнаружения возможной негерметичности на более раннем этапе подготовки КА, испытания на герметичность проводят после доставки КА на ТП, после каждой монтажной и сборочной испытательной операции, могущей повлиять на герметичность, а также перед заправкой КА или стыковкой его с ракетой-носителем. Основной способ проверки КА на герметичность - испытание его в барокамере.

Перед началом испытаний герметичные отсеки КА заполняются безопасным для конструкции и не вызывающим коррозию текучим газом определенной концентрации. Если гермоотсеков несколько, то они индивидуально надуваются различными газами, что облегчает локализацию течей. Виды и концентрация применяемых газов устанавливаются в технических условиях (ТУ) на КА. Обычно используется гелий, а в ряде случаев – сухой азот. Давление газа внутри отсека устанавливают номинальным, обычно , а при первых конструкторских испытаниях иногда давление поднимается до . КА устанавливается в барокамере, давление в которой понижается до или ниже. Длительность испытаний зависит от типа КА и устанавливается в ТУ на КА.

Интенсивность утечки измеряется с помощью масс-спектрометра. Допустимая суммарная утечка устанавливается в ТУ на КА. Если при испытаниях необходимо определить место негерметичности, то обычно применяют способ гелиевого течеискателя, для этого испытуемый объект заполняют смесью гелия с воздухом или азотом определенной концентрации под избыточным давлением и обходят его наружную поверхность гелиевым течеискателем . При появлении гелия на поверхности объекта , свидетельствующем о локальной негерметичности , отклоняется стрелка индикатора течеискателя и изменяется тембр звукового сигнала.

В тех случаях, когда объект по габаритам не может быть помещен в барокамеру или испытуемый объект (отсек) находится внутри КА, герметичность проверяют по спаду давления : испытуемый объект заполняют сжатым воздухом или газом и в течение определенного промежутка времени по манометру фиксируют величину спада давления.

При проверке теплового состояния отсеков КА в условиях, грубо имитирующих экстремальные (максимально и минимально возможные) внешние тепловые нагрузки в космосе попутно проводятся испытания на коронный разряд. Целью испытаний на коронный разряд является подтверждение того, что на испытуемом объекте в процессе перехода его к условиям вакуума не появляются существенные электрические разряды. При таких испытаниях вакуумирование тепловакуумной установки до давления порядка должно осуществляться по программе, согласующейся с программой вывода КА в космос . После завершения этого эксперимента откачные средства вакуумной установки должны вывести камеру на уровень давлений ниже, чем . На стенках камеры формируется температура, при которой поверхность испытуемого объекта подвергается воздействию минимально возможным осредненным по поверхности расчетным внешним тепловым нагрузкам . При этом проверяется внутреннее тепловое состояние объекта. После проведения такого испытания температура стенок камеры повышается до уровня , при котором излучение этих стенок обеспечивает на поверхности испытуемого максимально возможные осредненные по поверхности расчетные внешние тепловые нагрузки. Как и в предыдушем случае проверяется внутреннее тепловое состояние объекта.

Определение массы, центровки и моментов инерции необходимо для расчета характеристик КА при запуске и его ориентации во время вывода на орбиту и орбитального полета, а также на режимах управляемого спуска. Центровка и моменты инерции должны быть определены для состава КА в период работы последней ступени и для его орбитального состава, если он отличается от первого. Центровка и моменты инерции ( относительно оси вращения, а также максимальные и минимальные относительно поперечных осей) определяются на незадействованном КА и сравниваются с проектными значениями.

Испытания в рабочем режиме вращения и проверка раскрытия агрегатов подтверждают устойчивость КА к нагрузкам, возникающим при вращении. Во время этих испытаний электрические и механические системы КА должны находиться в рабочих режимах. Испытания проводят в специальной камере с максимальным приближением к реальным условиям нагружения при вращении. При этих испытаниях КА с работающими системами раскручивается до реальной скорости вращения в соответствии с заданной программой. Также в штатной последовательности должны быть проверены все устройства, раскрываемые под действием центробежной силы и с помощью специальных средств. При этом целесообразно специальное регулирование атмосферного давления и применение других мер для предотвращения или ослабления нежелательных влияний силы тяжести.

Виброиспытания КА следует проводить для нагружений, соответствующих работе двигательных установок, входящих в состав КА и возбуждающих виброперегрузки при включениях, для нагружений, создаваемых синусоидальными вибрациями, и нагружений , создаваемых случайными вибрациями. При испытаниях первого вида КА прикрепляется к вибратору в точках крепления двигателя. Раскрывающиеся элементы и панели КА при этом должны быть раскрыты в соответствии со штатным режимом. Уровни виброперегрузок и порядок их приложения должны быть записаны в ТУ. При проведении виброиспытаний второго и третьего вида КА прикрепляется к вибровозбудителю (вибратору) с помощью штатного переходного устройства (отсека) и штатной системы крепления. Виброперегрузки прилагаются к основанию переходного устройства в каждом из трех взаимно перпендикулярных направлений, одно из которых параллельно оси тяги.

Герметичные отсеки должны быть наддуты до давления , превышающего предстартовое на . КА должен находиться в рабочем режиме старта. Осуществляется проверка функционирования всех систем и телеметрии, работающих во время старта. Антенны и другие приборы, раскрывающиеся или изменяющие свою форму после вывода на орбиту, при испытании должны находиться в стартовом положении. Для контроля виброперегрузок , прилагаемых к КА , на стыке переходного устройства с нагружающим приспособлением вблизи КА жестко устанавливается тарированный датчик перегрузок. Направление оси чувствительности этого датчика должно быть согласовано с направлением прилагаемых вибраций. Другие датчики устанавливаются в критичных местах на конструкции и на системах КА в соответствии со специальными требованиями к агрегатам, динамическими расчетами и т . д. Частоты синусоидальных вибраций назначаются в соответствии с динамическими расчетами в достаточно широком диапазоне от 10 до 2000 . Перегрузка выбирается в пределах от нуля до максимума 1,5 - 2,0 на малых частотах и 5 - 7 на больших частотах. Особое внимание обращают на выявление резонансных режимов, особенно на частотах порядка 30 . Испытания в условиях случайных вибраций с распределением по закону Гаусса проводят в пределах частот 20 - 2000 с перегрузками ( среднеквадратичными) 8 - 12 продолжительностью 2 - 4 по каждой оси.

Испытания на радиочастотную интерференцию и совместимость имеют целью проверку взаимовлияния систем. Электрические и электронные системы и оборудование КА должны удовлетворительно работать не только в отдельности, но и в совокупности с радиооборудованием носителя и наземных средств, а также в непосредственной близости к радиооборудованию командных, измерительных – радиотелеметрических, радиолокационных и других - систем радиосвязи. Это означает, что радиочастотная интерференция от этих и других источников не должна оказывать вредное влияние на КА. Кроме того , КА не должен быть источником помех и интерференционных влияний на свои собственные системы, на системы носителя и наземное контрольное оборудование.

На каждом КА проводится определение диаграммы направленности каждой антенны. Особенно тщательно проверяются диаграммы остронаправленных антенн (ОНА). Испытания должны проводиться до тех пор , пока результаты измерений не будут соответствовать требованиям проекта.

Испытания на устойчивость пиротехнических устройств против высоковольтного разряда, вызванного накоплением электростатических зарядов, и на устойчивость против блуждающих токов. Испытания проводятся с целью предотвращения возможности преждевременного срабатывания пиротехнических устройств. Аналогичные проверки проводят и для ряда других систем, определяющих необратимые операции, например электроклапанов для выравнивания давления в гермоотсеках и других устройствах.

Испытания по проверке готовности каждой системы, входящей в состав бортовых систем КА, или так называемые автономные испытания систем, проводят после окончания сборки и монтажа этих систем и подключения их к единой бортовой электрокабельной сети КА. Проводятся испытания электрических цепей в обесточенном состоянии и под током, проверяется целостность изоляции цепей и отсутствие замыканий на корпус. Испытываются на герметичность пневмогидравлические системы , электропневмоаппаратура и электромеханические устройства автоматики.

После получения положительных результатов автономных испытаний переходят к комплексным испытаниям . Они проводятся в определенной последовательности для проверки типовых сочетаний одновременно работающих систем, и число таких испытаний довольно значительное. Результаты комплексных испытаний должны подтвердить, что все операции, предусмотренные программой данного полета, выполняются по жесткой программе, зафиксированной в системе программного управления КА, которая управляет работой различных электромеханических и пиротехнических устройств в заданной последовательности. Примерами операций при такого рода программном управлении являются : отделение КА от носителя, ориентация и стабилизация КА в заданном направлении при запуске и работе тормозных двигателей, раскрытие парашюта и начало работы посадочных средств.

Кроме того , результаты комплексных испытаний должны подтвердить, что все предусмотренные команды, выдаваемые командной радиолинией (КРЛ), выполняются бортовыми системами. Для пилотируемых КА проводятся комплексные проверки нештатных ситуаций, при которых экипаж переходит на ручное управление, вручную включает резервные или аварийные системы или совершает другие возможные операции для выхода из аварийных ситуаций. Аналогично отрабатываются действия операторов наземных пунктов управления полетом при выходе из возможных нештатных ситуаций.