3 43. Спектральная плотность излучения черного тела при температуре 800 К (кри-.Гаяд. полиэтилена (2) и тефлона (3).

3 Графики равновесной (а) и средней (б) температуры оболочки ИСЗ; р - коэф-фициент'поглощения материала оболочки, е - коэффициент излучения.

%

£4 6 В 10 1ZK,MHH

О

40 -60

а

.Рис. 3.43

О о/ 0,4 0,6 0,8 е

Рис. 3.44

о 0,2 0,4 0,6 0,8 е

тателя и внутренних тепловых источников, в рассматриваемых условиях мала. Максимальное излучение обшивки ракеты Редстоун направлено перпендикулярно ее продольной оси и характеризуется энергетической силой света 4,4 10* Вт/ср. Обшивка головной части американской баллистической ракеты Атлас при полете со скоростью, соответствующей М = 10, на высоте 40 км имеет энергетическую силу света в направлении полета (вдоль продольной оси) 6 . 10* Вт/ср [22].

Важное значение для анализа возможностей обнаружения запуска баллистических ракет имеет знание характеристик излучения газовых струй .на выходе ракетных двигателей.

Идеализированное представление газовой струи заключается в следующем. Прореагировавшие продукты сгорания ракетного топлива входят в сходящееся-расходящееся сопло и распространяются со сверхзвуковой скоростью при пониженном давлении, зависящем от сечения выходного отверстия сопла. Правильно сконструированное сопло обеспечивает получение а выходе однородного параллельного потока. В некоторых пределах неоднородность выходного давления приводит к образованию областей повышенного и пониженного давления и стоячих воли. При этом в сечении струи наблюдаются значительные градиенты температуры и плотности. Другим источником неоднородности является химическая реакция, происходящая в области смешения. На выходе сопла возникает большое количество горючих лгазов, которые вступают в реакцию с окружающим воздухом. Догорание газов создает температуры, значительно превышающие температуру внутри струи. При расширении газов, выходящих из сопла, выходной шлейф струи приобретает немного меньшую температуру и большие размеры.

В табл. 3.32 приведены составы топлив ракетных двигателей, их продукты сгорания и температуры, а в табл. 3.33 даны длины волн, соответст-газов^ Центральным линиям спектральных полос излучения выхлопных

Спектральные характеристики излучения газовой струи ракетного дви-.гател^я определяются не только продуктами сгорания топлива и их температурой, но и твердыми частицами углерода. Согласно проведенным измерениям частицы угольной сажи в продуктах сгорания кислородно-углеводородной смеси имеют приблизительно сферическую форму диаметром 20 ... 40 нм газовой струе и 30 ... 70 нм - в камере сгорания. Температура частиц сажи равна температуре газа в пределах погрешностей измерений.

Представляют интерес экспериментальные исследования спектра излу- зблирующих материалов, применяемых для тепловой защиты головых частей баллистических ракет. На рис. 3.43 изображены спектры излу-ния аблирующих пластиков - полиэтилена и тефлона, полученные с по-

Состав и продукты сгорания топлив ракетных двигателей

Топливо

Продукты сгорания, % молей

Центральные лциии спектральных полос излучения выхлопных газов ракетных двигателей

Газ

Длины волн, соответствующие центральным линиям полос излучения, мкм

СО2 СО НС1 NO NO2 Н2О ОН

0,94; 1,14; 1,38; 1,88; 2,66; 2,74; 3,17; 6,27

1,96,; 2,01; 2,06; 2,69; 2,77; 4,26; 4,68; 4,78; 4,82; 5,17; 15,0

4,663; 2,345; 1,573

3,465; 1,764; 1,198 , . ..

5,30; 2,672 4,50; 6,17; 15,4

2,87; 3,90; 4,06; 4,54; 7,78; 8,57; 16,98

1,00; 1,03; 1,08; 1,14; 1,21; 1,29; 1,38; 1,43; 1,50; 1,58; 1,67; 1,76; 1,87; 1,99; 2,15; 2,80; 2,94; 3,08; 3,25; 3,43; 3,63; 3,87; 4,14; 4.47 4,0; 4,34; 5,43; 7,35; 8,69

мощью спектрометра с призмой из NaCl; сканирование в пределах 0,4 ... 15 мкм проводилось приблизительно за 15 с. Градуировка по абсолютной интенсивности (в ваттах на 1 см поверхности и на 1 мкм длины волны) бьша получена заменой аблирующего материала угольным черным телом [II].

Рассмотрим вкратце влияние различных факторов на температуру обшивки искусственных спутников Земли (ИСЗ). На больших высотах атмосфера разрежена настолько, что она не может считаться непрерывной. В таких условиях законы аэродинамики оказываются несправедливыми и температуру обшивки ИСЗ, движущихся на больших высотах, определяют на основании экспериментальных данных. Большое влияние на температуру оболочки ИСЗ оказывает тепловыделение установленной на нем аппаратуры. Количество тепла, выделяемого аппаратурой, зависит от ее мощности и режима работы (кратковременный, продолжительный и т. п.). Эти факторы не являются общими для всех ИСЗ, поэтому влияние излучения аппаратуры иа нагрев наружной поверхности ИСЗ можно оценить только для конкретных условий.

Вторым источником нагрева оболочки является солнечная радиация. Температура оболочки при этом может быть рассчитана теоретическим путем. Для случая тонкой оболочки можно считать, что ее теплоемкость настолько мала, что наступает некоторая равновесная температура, значение которой определяется главным образом коэффициентами излучения и поглощения материала оболочки и иллюстрируется графиками на рис. 3.44, а [33].

На теневой стороне Земли равновесная температура оболочки в этом случае составляет около 173 К, независимо от значений коэффициентов излучения и поглощения. На освещенной стороне она может при определенных условиях достигать 420 К.

Для случая толстой оболочки, обладающей столь большой теплоемкостью, что можно пренебречь колебаниями температуры при изменении освещенности, вводится понятие средней температуры. На рис. 3.44, б представлены теоретические графики изменения средних температур оболочки ИСЗ, полученные без учета тепловыделения аппаратуры. Температура здесь ниже, чем в первом случае, но также колеблется в широких пределах [33]. В общем ИСЗ следует отнести к числу объектов, обладающих малой интенсивностью теплового излучения.

Промышленные и надводные объекты. Промышленные предприятия, тепловые электростанции, корабли, танки, самоходные орудия и другие цели являются источниками теплового излучения и могут быть обнаружены средствами инфракрасной техники.

Функционирование промышленных предприятий связано с работой различных энергетических установок, выделяющих большое количество тепла.