Для поддержания температуры преобразователя солнечной энер­гии, космического аппарата или отдельных их частей па строго определенном уровне необходимо иметь покрытия со значениями отношения ас/е в диапазоне 20—0,1 [192]. Многослойные селек­тивные покрытия, отношение ас/е которых плавно изменяется при изменении толщины слоев [193], значительно упрощают си­стему пассивного регулирования температуры космических аппа­ратов и солнечных энергетических установок. Отпадает необхо­димость нанесения полос покрытий с разными отношениями аг/е для получения в среднем по поверхности нужного значения ас/е, что приводит к нежелательным перепадам температуры на поверх­ности и внутри аппарата или установки.

Прежде всего необходимо найти способ изменения є при фик­сированном значении коэффициента ас. Исследована возможность добиться этого уменьшением толщины стеклопленок из радиаци­онно-стойкого стекла, образующих верхний слой бело-черного покрытия. Методом вытягивания из расплава стекломассы полу­чены стеклопленки толщиной 150, 120, 80, 40, 30, 20, 10 мкм; на них испарением в вакууме осаждалась непрозрачная пленка сере­бра. Металлизированной стороной стеклопленки с помощью эла­стичного кремнийорганического каучука приклеивались к метал­лическим пластинам.

Интегральный коэффициент поглощения солнечного излучения ас измерялся в ходе экспериментов фотометром ФМ-59 при ком­натной температуре, интегральный коэффициент излучения є при 30° С — терморадиометром ФМ-63. Измерения показали, что а0 покрытий остается постоянным и равным 0,06—0,07, а коэф­фициент є даже при толщине стеклопленки 10 мкм составляет 0,66 (вместо 0,9 при толщине стеклопленки 150 мкм). Стеклоплеи — ки толщиной менее 10 мкм слишком хрупкие и ломкие для практи­ческого использования.

Для получения переменного значения є в качестве материала верхнего слоя покрытия выбран кремнийорганический лак, про­зрачный в области спектра 0,3—2,5 мкм и стойкий к ультрафиоле­товому излучению Солнца и электронно-протонному облучению. Для этой цели использовался полимеризующийся на воздухе диметилполисилаэановый лак Л-24-7(3) [193], а также кремний- органические и акриловые лаки (см. 4.1).

При нанесении лака Л-24-7(3) толщиной 1—14 мкм па стекло­пленки со стороны, на которую был нанесен испарением в ваку­уме непрозрачный слой алюминия, коэффициент ас составлял 0,16—0,17 (при любой толщине слоя лака), на механически полиро­ванных пластинах из дюралюминия с напыленным непрозрач­ным слоем алюминия ас = 0,22—0,23, без слоя алюминия ас = = 0,42 — г — 0,43. В то же время интегральный коэффициент излуче­ния є сильно зависит от небольших изменений толщины слоя лака, возрастая с ее увеличением, что хорошо видно из табл. 4.4.

Точную регулировку толщины слоя лака можно осуществить, используя сильпо разбавленный лак, наносимый на поверхность с помощью пульверизатора. На металлической поверхности, име­ющей исходное значение є = 0,04, легко получить значения в = 0,06 — г — 0,95, изменяя толщину верхнего слоя лака.

Вторая часть задачи состояла в нахождении способа плавного изменения коэффициента ас при сохранении є на низком уровне (0,04—0,05). В этом случае для металлической поверхности может быть получено изменение отношения ас/е в широких пределах, так как для всех значений ас с помощью слоя лака нужной толщины можно получить каждое из указанных в табл. 4.4 значений е.

При разработке четырехслойного черно-белого покрытия Ni — f Si02 + Ni + Si02 (см. главу 3) было замечено, что коэф­фициент ас медной или дюралюминиевой поверхности, на которую наносится покрытие, изменяется в зависимости от толщины каж­дого из четырех слоев (/мі = 100 — г — 300 А, 1цюг = 700 2 000 А),

а коэффициент є остается равным 0,05—0,07 благодаря прозрач­ности всех слоев при указанных значениях толщины в инфракрас­ной области спектра при А, 3 мкм. Многочисленные измерения интегральных оптических коэффициентов поверхности в зависи­мости от толщины пленок позволили определить значения тол­щины слоев, благодаря которым можно получить практически любое значение ас в интервале 0,12—0,93. Все слои наносились испарением в высоком вакууме. Контроль за толщиной слоев осуществлялся в процессе нанесения каждого слоя с помощью простой оптической схемы, состоящей из вольфрамового освети-

теля с конденсором и кремниевого фотоэлемента с узкополосным интерференционным светофильтром, установленных за контроль­ной стеклянной пластиной. Необходимую толщину пленки Si02 легко зафиксировать также по интерференционной окраске по­верхности. Поскольку показатели преломления лака (п ^ 1,5) и пленки Si02 (п ^ 1,45) — верхнего слоя четырехслойного по­

крытия Ni + SiO., г Ni + Si02 — практически одинаковы, на­несение слоя лака на такое покрытие приведет к исчезновению интерференционной окраски пленки и резкому изменению коэф­фициента ас. Очевидно, что в четырехслойном покрытии, предна­значенном для последующего нанесения слоя лака с целью изме­нения коэффициента теплового излучения поверхности, диэлектри­ческие слои должны быть выполнены из материала с показателем преломления, резко отличающимся от показателя преломления лака.

Расчеты и результаты измерений, приведенные в работах [55, 70] и главе 2, показали, что диэлектрическим слоем, практически не изменяющим своей интерференционной окраски и спектральной зависимости коэффициента отражения при нанесении слоя лака или стекла, является пленка ZnS с показателем преломления 2,3. Было получено селективное черно-белое покрытие Ni + ZnS — f — + Ni + ZnS (Zxi = 150 — 300 A, Izns = 500 — r — 600 А), позволяю­щее получить на полированной меди или дюралюминии коэф­фициенты ас = 0,84 — г — 0,88 и є = 0,05 — г — 0,07. Было также обнаружено, что после нанесения каждого слоя ас поверхности последовательно увеличивается от значений ас меди или дюралю­миния до ас четырехслойного покрытия. Изменяя толщину каж­дого из четырех слоев в пределах, не влияющих на значение ко­эффициента є, можно обеспечить плавное изменение коэффициен­та ас поверхности (табл. 4.5).

Как и следовало ожидать, при использовании в черно-белом покрытии пленки ZnS интерференционная окраска и коэффициент отражения покрытий в области солнечного спектра при нанесении слоя лака изменяются очень незначительно.

Нанесение пленки лака толщиной от 1 до 14 мкм приводит к уве­личению на 0,04—0,05 всех значений ас, указанных в табл. 4.5. Это происходит в связи с появлением между пленкой и возду­хом дополнительной оптической среды (лака) с показателем пре­ломления 1,5.

Таким образом, четырехслойное черно-белое покрытие (или от­дельные его слои) с внешним слоем лака позволяет в широких пределах изменять значение отношения ас/е технологически прос­тым способом. При необходимости создать теплорегулирующее покрытие с определенным отношением ас/е на больших поверх­ностях, не помещающихся в вакуумную камеру, можно нанести все слои покрытия на металлическую фольгу, полимерную пленку или стеклопленку толщиной 120—200 мкм (металлизи­рованную предварительно испарением в вакууме слоя алюминия или меди толщиной порядка 0,1 мкм), которая затем приклеивает­ся к поверхности металла клеем, сохраняющим эластичность в широком диапазоне температур.

Металлическая фольга и полимерные пленки могут быть вы­полнены в виде лент, стеклопленки — в виде пластин размером

25 X 25 мм или больше. Общая толщина таких покрытий не пре­вышает толщины теплорегулирующих эмалей, и перепад темпе­ратуры между металлом и наружным слоем покрытия практиче­ски отсутствует. Экспериментальные исследования показали воз­можность создания таких покрытий на больших площадях и их стойкость к резкому термоциклированию (от [100 до —120° С) в вакууме, ультрафиолетовому излучению Солнца и корпускуляр­ному облучению.

Разработанные покрытия могут быть успешно использованы для создания систем пассивного терморегулирования солнечных энергетических установок, работающих в условиях радиацион­ного теплообмена.

4.4.