Cтраница 3
Обычно полагают, что находящиеся на борту искусственного спутника Земли предметы пребывают в состоянии полной невесомости, но это не так. Жестко закрепленные на корпусе спутника научные приборы испытывают остаточные микроускорения, которые в ряде случаев существенно влияют на изучаемые с помощью этих приборов процессы. В связи с этим выделяют класс так называемых гравитационно-чувствительных процессов и систем, на которые микроускорения влияют достаточно сильно. Примерами таких процессов могут служить выращивание полупроводникового кристалла из расплава и некоторые другие процессы космического материаловедения. Изучение гравитационно-чувствительных систем и процессов составляет предмет микрогравитационной науки ( microgravity science), которая выработала свои специфические методы исследования, обеспечивает примерно четвертую часть полезной нагрузки космических аппаратов и по которой регулярно проводятся научные конференции, публикуется большое число статей. [31]
Акселерометры, в принципе, позволяют измерять микроускорения во всем необходимом диапазоне частот, но для обеспечения высокой точности измерений каждая указанная выше частотная составляющая измеряется своим прибором. Акселерометры, предназначенные для измерения квазистатической составляющей, представляют собой сложные устройства, в которых предусматриваются специальные меры по устранению смещения нуля. Квазистатическая составляющая, знания которой вполне достаточно для решения многих задач микрогравитационной науки, в частности для анализа показаний датчика конвекции, может быть найдена и без использования акселерометоров - в результате обработки данных измерений датчиков ориентации спутника. Сначала по этим данным определяется фактическое вращательное движение спутника, который считается твердым телом, затем вдоль найденного движения микроускорение в заданной точке борта рассчитывается в функции времени. [32]
Параметры датчика должны быть выбраны так, чтобы при типичных значениях частоты и амплитуды низкочастотных микроускорений на спутнике, где он установлен, датчик вел себя как линейная система и не проявлял бы своих фильтрующих свойств. Разумеется, такой конвективный акселерометр будет менее точен, чем обычные акселерометры, но его показания могут служить интегральной характеристикой микрогравитационной обстановки на борту спутника в области низких частот. Это важно для проведения мониторинга микрогравитационной обстановки, поскольку некоторые процессы космического материаловедения весьма похожи на процессы в датчике конвекции. Первые два столбца табл. 2 выражают по существу амплитудно-частотную характеристику рассматриваемого конкретного датчика. Микроускорения, показанные на рис. 3, лежат в этих диапазонах. [33]
При получении материалов из жидкой фазы ( например, из расплава, раствора или раствора в расплаве) гидромеханика и тепло-массоперенос в жидкости в условиях микрогравитации в большинстве случаев определяющим образом влияют на технологические процессы, например, на кристаллизацию и затвердевание. Существенно ослабляются многие физические процессы, отрицательно влияющие на получение на Земле особо чистых, однородных веществ, главным образом те, которые связаны с естественной конвекцией. Кроме того, в жидкой фазе в невесомости становится заметным ряд физических и гидродинамических явлений, не имеющих значения на Земле в условиях воздействия силы тяжести и вызванной ею гравитационной конвекции, но оказывающих определяющее влияние при микрогравитации. Основное из этих явлений - поверхностное натяжение на межфазных границах жидкость-газ, жидкость-жидкость и жидкость-твердое тело. Этот тип конвекции в условиях микрогравитации при наличии свободных межфазных границ в большинстве случаев является превалирующим, однако микроускорения - остаточные, вращательные ( включая изменения угловой скорости), ускорения Кориолиса, вибрационные и др. - также могут существенно влиять на поведение жидкостей и процессы получения материалов. [34]