Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 59322-2021 (ИСО 16378:2013) "Системы космические. Измерения терморадиационных характеристик терморегулирующих материалов и покрытий" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 февраля 2021 г. N 49-ст)

Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 59322-2021 (ИСО 16378:2013)
"Системы космические. Измерения терморадиационных характеристик терморегулирующих материалов и покрытий"
(утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 февраля 2021 г. N 49-ст)

Space systems. Measurements of thermo-irradiation properties of thermal control materials and coatings

ОКС 49.040

Дата введения - 1 июня 2021 г.
Введен впервые

ГАРАНТ:

Курсив в тексте не приводится

Предисловие

1 Подготовлен Акционерным обществом "Композит" (АО "Композит") на основе официального перевода на русский язык англоязычной версии указанного в пункте 4 стандарта, который выполнен АО "Композит"

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 321 "Ракетно-космическая техника"

3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 февраля 2021 г. N 49-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 16378:2013 "Системы космические. Измерения термооптических свойств терморегулирующих материалов" (ISO 16378:2013 "Space systems - Measurements of thermo-optical properties of thermal control materials", MOD) путем изменения структуры, внесения технических отклонений и дополнений для учета особенностей аспекта стандартизации, характерных для Российской Федерации.

Дополнительные слова (фразы, показатели, ссылки), включенные в текст стандарта для учета особенностей российской национальной стандартизации, выделены курсивом.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

Отдельные структурные элементы применены в целях соблюдения норм русского языка и технического стиля изложения, а также в соответствии с требованиями ГОСТ 1.5-2001.

Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой указанного международного стандарта приведено в дополнительном приложении ДА

5 Введен впервые

Введение

Коэффициент поглощения солнечного излучения и коэффициент излучения в ИК-диапазоне являются основными характеристиками при проведении тепловых расчетов активной и пассивной систем терморегулирования космической техники.

В настоящем стандарте описываются методы, средства измерений и образцы, используемые для определения терморадиационных характеристик терморегулирующих материалов и покрытий: коэффициента поглощения солнечного излучения () и коэффициента излучения в ИК-диапазоне ().

Настоящий стандарт целесообразно применять при выполнении международных контрактов.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы измерений, требования к средствам измерений и образцам, используемых для измерения (определения) терморадиационных характеристик терморегулирующих материалов и покрытий (далее - материалы). В настоящем стандарте описаны особенности, приведено сравнение возможностей методов измерений и указаны погрешности средств измерений. Данные измерения выполняют на наземных средствах измерений с целью определения указанных характеристик. Измеренные терморадиационные характеристики используют для выбора материалов, выполнения тепловых расчетов космических аппаратов, контроля технологического процесса, контроля качества терморегулирующих материалов и покрытий и т.п.

Результаты, полученные при наземных измерениях, дают возможность оценить температуру космического аппарата на орбите в начале эксплуатации. В настоящем стандарте установлены требования к поверке (калибровке) средств измерений и эталонным образцам, используемым при измерениях.

В приложениях к настоящему стандарту изложены следующие методы измерений, в том числе требования к форме и размерам образцов и выполнению вычислений:

a) определение коэффициента поглощения солнечного излучения расчетным методом с использованием спектральных характеристик, измеренных на спектрофотометре, - приложение А;

b) определение коэффициента поглощения солнечного излучения с использованием средств измерений, измеряющих интегральный коэффициент отражения методом сравнения, - приложение В;

c) определение полусферического коэффициента излучения в ИК-диапазоне калориметрическим методом () - приложение С;

d) определение нормального коэффициента излучения () в ИК-диапазоне расчетным методом с использованием спектральных характеристик, измеренных на ИК-спектрометре (), - приложение D;

e) определение нормального коэффициента излучения () в ИК-диапазоне с использованием средств измерений, измеряющих интегральный коэффициент отражения методом сравнения, - приложение Е.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 3 Перчатки хирургические резиновые. Технические условия

ГОСТ 34100.3/ISO/IEC Guide 98-3:2008 Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерений

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 коэффициент поглощения : Величина, определяемая отношением потока, поглощенного материалом (или телом), к потоку падающего излучения.

3.2 коэффициент поглощения солнечного излучения : Величина, определяемая отношением потока солнечного излучения, поглощенного материалом (или телом), к потоку падающего солнечного излучения.

3.3 поток излучения , Вт: Величина, вычисляемая по формуле

,

где dQ - лучистая энергия, излученная, переданная или полученная за промежуток времени длительностью dt.

3.4 сферическая облученность (в точке) E е,о, : Величина, определяемая по формуле , где - телесный угол элементарного пучка лучей, проходящего через данную точку; - энергетическая яркость пучка лучей. [ГОСТ 8.654-2016, статья 2.1.22]

3.5 коэффициент отражения : Величина, определяемая отношением отраженного материалом потока излучения к падающему потоку излучения.

3.6 коэффициент зеркального отражения : Величина, определяемая отношением зеркально отраженного потока излучения от материала к падающему потоку излучения.

3.7 коэффициент диффузного отражения : Величина, определяемая отношением диффузно отраженного потока излучения от материала к падающему потоку излучения.

Примечание - При наличии смешанного отражения коэффициент отражения складывается из коэффициентов зеркального и диффузного отражения  + .

3.8 коэффициент излучения в ИК-диапазоне: Коэффициент излучения в ИК-диапазоне от 3 до 25 мкм.

3.9 близкий к нормали - полусферический коэффициент отражения: Коэффициент, указывающий, что направление падающего излучения близко к нормали от поверхности образца, а поток, отраженный от его поверхности, собирается для регистрации из всей полусферы.

3.10 солнечная облученность, : Солнечное излучение, проинтегрированное по спектральному диапазону и выраженное в единицах системы СИ мощности, падающей на единичную площадку.

3.11 коэффициент пропускания : Величина, определяемая отношением прошедшего потока излучения к падающему потоку излучения.

3.12 коэффициенты излучения, , : Величины, определяемые отношением энергетической светимости тела к энергетической светимости абсолютно черного тела при той же температуре.

Примечание - Для указания условий падения и регистрации излучения к введенным определениям величин необходимо добавлять следующие прилагательные:

- полный: если они относятся ко всему спектру теплового излучения (данное определение можно считать неявно подразумеваемым) (см. [1]);

- спектральный: если они относятся к спектральному диапазону с центром на длине волны (см. [1]);

- полусферический: если они относятся ко всем направлениям, по которым элемент поверхности может излучать или по которым излучение может попадать на элемент поверхности (см. [1]);

- направленный: если они относятся к направлениям распространения, задаваемым телесным углом вокруг определенного направления (см. [1]);

- нормальный: если они относятся к распространению или падению по нормали к поверхности (см. [1]).

Пример - Полный полусферический коэффициент излучения.

Полная полусферическая светимость рассматриваемой поверхности, деленная на полную полусферическую светимость абсолютно черного тела при той же температуре (см.[1]).

3.13 излучательная способность: Характеристика материала, определяемая как коэффициент излучения идеального материала, который имеет достаточную толщину, чтобы быть непрозрачным в ИК-диапазоне, и имеет оптически гладкую поверхность.

3.14 интегрирующая сфера: Полый шар с внутренней поверхностью, которая в большинстве случаев представляет собой практически неселективный и пространственно однородный диффузный отражатель, имеющий отверстие, в которое помещается физический приемник; экран, расположенный внутри шара, защищающий отверстие от прямых лучей источника.

4 Условия проведения измерений

4.1 Опасные и вредные факторы, меры по охране здоровья и обеспечению безопасности

Следует уделять внимание мерам по охране здоровья и обеспечению безопасности. Необходимо контролировать и минимизировать факторы, представляющие опасность для персонала, оборудования и материалов.

4.2 Подготовка образцов

4.2.1 Характеристики образцов

Настоящий стандарт применим к материалам, обладающим как зеркальным, так и диффузным характерами отражения.

4.2.2 Конфигурация образцов

Образцы материала должны изготавливаться по действующей технологической документации в соответствии с требованиями нормативных документов или конструкторской документации и должны отражать отклонение характеристик материала в партии.

Образцы следует изготавливать одновременно с рабочей деталью или на них одновременно с рабочей деталью должно наноситься покрытие. В тепловых расчетах следует учитывать предполагаемые изменения терморадиационных характеристик при переходе от образцов к материалам бортового оборудования.

Шероховатость поверхности существенно влияет на результаты измерений. Чистота поверхности образцов без покрытия после завершающей технологической операции должна быть такой же, как и у рабочей детали.

4.2.3 Очистка образцов

Способ очистки и иная обработка образцов всегда должны быть точно такими же, как и для материалов бортового оборудования. Дополнительная очистка или обработка образца не допускается.

В частности, коэффициент поглощения солнечного излучения чувствителен к загрязнению поверхности образца, и, если образец или материал бортового оборудования загрязнен (пусть даже потожировыми выделениями рук), результаты измерений могут оказаться ошибочными.

4.2.4 Обращение с образцами и их хранение

Образцы следует брать в чистых, не оставляющих ворса перчатках или резиновых хирургических перчатках по ГОСТ 3, хранить образцы необходимо в помещениях при комнатной температуре от 288 до 303 K и относительной влажности от 20 % до 65 %.

Поверхности с нанесенным покрытием следует предохранять от прикосновений, используя для этого мягкий и инертный материал, например полиэтиленовые или полипропиленовые пакеты или листы.

Следует предотвращать нанесение механических повреждений, упаковывая завернутые образцы в чистый, не оставляющий пыльных следов и ворса материал.

Материалы с ограниченным сроком эксплуатации должны быть снабжены этикетками или промаркированы с указанием сроков их эксплуатации и датами изготовления.

4.2.5 Идентификация образцов

К образцам, передаваемым для измерений, должен прилагаться заполненный сопроводительный документ (паспорт).

Следует указывать поверхность образцов, на которой предстоит проводить измерения, за исключением случаев, когда на обеих поверхностях образцов свойства полностью идентичны.

4.3 Производственные помещения

4.3.1 Чистота

Рабочее место должно быть чистым и незапыленным.

4.3.2 Условия окружающей среды

Температура в производственных помещениях и на рабочих местах должна быть от 288 до 303 K, а относительная влажность - от 20 % до 65 %, если не оговорено иное.

4.3.3 Средства измерений

Средства измерений являются индивидуальными для каждого измерения и приводятся в приложениях.

Средства измерений, предназначенные для применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, должны иметь утвержденный тип, быть работоспособны и поверены в соответствии с [2]. Для остальных средств измерения допускается процедура калибровки.

4.4 Стандартные образцы и рабочие эталоны

4.4.1 Общие положения

Необходимы как стандартные образцы, так и рабочие эталоны (образцы сравнения, эталонные образцы). Предпочтительнее пользоваться износостойкими и долговечными материалами. Со стандартными образцами и эталонами следует обращаться и хранить их согласно соответствующим инструкциям и правилам. Прикосновения к измеряемым оптическим поверхностям образцов недопустимы.

4.4.2 Стандартные образцы

Стандартные образцы - это первичные эталонные образцы для поверки (калибровки) средств измерений и рабочих эталонов. Стандартные образцы должны пройти калибровку в организации, аккредитованной на право проведения данных работ.

4.4.3 Рабочие эталоны

Рабочие эталоны применяют при повседневной работе со средствами измерений. Рабочий эталон должен подвергаться калибровке ежегодно путем измерения его спектров отражения относительно свойств соответствующего стандартного образца. При наличии загрязнений или повреждении поверхности рабочий эталон следует очистить, обновить или заменить.

4.4.4 Рабочие эталонные образцы для определения коэффициента поглощения солнечного излучения

Для диффузных образцов с высоким коэффициентом отражения используют рабочий эталон, который имеет высокий коэффициент диффузного отражения в области солнечного спектра.

Примечание - В качестве эталонного образца с высоким коэффициентом отражения обычно используют белый светорассеивающий материал, который обладает высоким коэффициентом диффузного отражения в диапазоне от 250 до 2500 нм.

Для зеркально отражающих образцов необходим рабочий эталон, который является в высокой степени зеркальным. Применяемые рабочие эталоны представляют собой осажденные в вакууме тонкие непрозрачные пленки металлов.

Примечание - Стеклянное зеркало с алюминиевым покрытием широко применяют благодаря своему высокому коэффициенту отражения и простоте нанесения. Хотя алюминиевая поверхность без покрытия легко повреждается, защитное покрытие способно сохранить оптические свойства.

Для поглощающих материалов необходим рабочий эталон, который имеет низкий коэффициент отражения в области солнечного спектра, чтобы обеспечить точную коррекцию нулевой базовой линии.

4.4.5 Рабочие эталонные образцы для определения коэффициента излучения в ИК-диапазоне

В качестве рабочих эталонных образцов изготовители средств измерений часто поставляют набор материалов с высоким и низким коэффициентами излучения. Рабочими эталонными образцами с высоким и низким коэффициентами излучения могут служить, соответственно, черная краска (или, что более предпочтительно, полость абсолютно черного тела), никель или образец с золотым покрытием.

5 Методы определения коэффициента поглощения солнечного излучения ()

5.1 Коэффициент поглощения солнечного излучения определяют двумя методами. Необходимо четко различать коэффициенты поглощения солнечного излучения, полученные этими двумя методами. При проведении измерений должны быть указаны метод измерения и средства измерений.

5.1.1 Метод определения коэффициента поглощения солнечного излучения расчетом с использованием спектральных характеристик, измеренных на спектрофотометре в диапазоне длин волн от 250 до 2500 нм

В данном методе выполняют измерения спектрального коэффициента отражения и коэффициента пропускания образцов материалов (в том случае, если они полупрозрачные) с помощью спектрофотометров, оснащенных интегрирующими сферами. Этот метод обеспечивает достаточно высокую точность определения коэффициента поглощения солнечного излучения для образцов материалов и покрытий различных типов и может быть использован для определения эталонных образцов, которые используют для измерений по второму методу с использованием интегральных средств измерений.

5.1.2 Метод определения коэффициента поглощения солнечного излучения с использованием средств измерений, измеряющих интегральный коэффициент отражения методом сравнения

Данный метод имеет ограничения из-за отличия спектра источника излучения (галогенной или ксеноновой лампы) от солнечного спектра и спектральной селективности приемников излучения. Поэтому в качестве образцов сравнения следует использовать эталонные образцы с оптическими характеристиками отражения, схожими с измеряемыми образцами.

Погрешность в измерении по этому методу больше, чем по методу с использованием спектральных средств измерений, и сводится к минимуму для неселективных (серых) материалов.

6 Метод измерения полусферического коэффициента излучения () в ИК-диапазоне калориметрическим методом

Калориметрический метод позволяет проводить непосредственное измерение полусферического коэффициента излучения. Калориметрический метод является точным методом для получения полного полусферического коэффициента излучения в ИК-диапазоне. Полусферический коэффициент излучения образцов в более широком температурном интервале получают только калориметрическим методом.

7 Методы измерения нормального коэффициента излучения () в ИК-диапазоне

7.1 Нормальный коэффициент излучения в ИК-диапазоне определяют двумя методами. Необходимо четко различать коэффициенты излучения, полученные этими двумя методами. При проведении измерений должны быть указаны метод измерения и средства измерений.

7.1.1 Определение нормального коэффициента излучения в ИК-диапазоне с использованием ИК-спектрометра ()

В методе с использованием ИК-спектрометра и интегрирующей сферы с золотым диффузно отражающим покрытием измеряется нормальный коэффициент отражения, который равен единице минус коэффициент излучения материалов.

7.1.2 Определение нормального коэффициента излучения в ИК-диапазоне с использованием средств измерений, измеряющих интегральный коэффициент отражения методом сравнения, например с помощью оптической системы собирающего зеркального эллипсоида () или интегрирующей сферы ИК-диапазона длин волн

Исходный пучок направляется на образец под углом, близким к нормали. Зеркальный эллипсоид собирает на приемнике излучения, обычно пироэлектрического типа большую часть потока излучения, отраженного образцом в полусферу.

8 Отчет об измерениях

8.1 Полная идентификация испытуемого материала

В отчете об измерениях должно быть приведено, как минимум, следующее:

a) марки материалов и номера партий испытуемых материалов;

b) наименование изготовителя материала или поставщика, через которого была произведена закупка;

c) сводная информация по программе подготовки (например, состав покрытия, толщина покрытия, время и температура отверждения, процедура очистки);

d) при наличии данных необходимо указать размеры и толщину образца, толщину слоев покрытия, профиль поверхности, характер отражения (например, диффузно или зеркально отражающий), степень прозрачности и т.п.;

e) если покрытие наносится на подложку, то указывают ее свойства (например, марка подложки, материал, толщина и т.п.).

8.2 Полная идентификация условий измерения

В отчете об измерениях должно быть приведено, как минимум, следующее:

a) применяемый метод измерения;

b) дата и время проведения измерения;

c) идентификация используемых средств измерений (для серийно изготавливаемых средств измерений достаточно будет указать наименование изготовителя и номер модели, включая модификации и дополнительное оборудование. Единичные средства измерений должны быть описаны подробно, в том числе должны быть указаны диапазон длин волн и оценка их точности. Должна быть указана информация по наиболее важному вспомогательному оборудованию, в частности, материал покрытия и диаметр интегрирующей сферы, полоса пропускания фильтра и т.п.);

d) идентификация (марка материала и характеристики) рабочих эталонов, применяемых для калибровки;

e) терморадиационные характеристики материалов, использованных в качестве рабочих эталонов;

f) температура и относительная влажность окружающей среды;

g) температура образцов (комнатная или регулируемая определенная температура);

h) местоположение на участке поверхности, на котором проводились измерения (не относится к небольшим образцам для измерений).

8.3 Результаты измерений

8.3.1 Оптические характеристики в области солнечного спектра

В отчете об измерениях должно быть приведено следующее:

a) коэффициент поглощения, коэффициент отражения или коэффициент пропускания (в случае полупрозрачных образцов материалов) солнечного излучения либо все три коэффициента, определенные с точностью 0,02 или 2 %;

b) исходный документ о солнечной спектральной облученности или исходные данные и метод взвешивания, используемые для вычисления оптической характеристики в области солнечного спектра.

8.3.2 Оптические характеристики в ИК-области спектра

В отчете об измерениях должно быть приведено следующее:

a) коэффициент излучения, коэффициент отражения или коэффициент пропускания (в случае полупрозрачных образцов материалов) в ИК-диапазоне либо все три коэффициента, определенные с точностью 0,03 или 3 %;

b) показания средства измерений (коэффициент отражения) для трех последовательных измерений и их среднеквадратическое отклонение (не распространяется при определении калориметрическим методом);

c) коэффициент излучения в ИК-диапазоне, определенный с точностью 0,03 или 3 %, полученный вычитанием из единицы усредненной величины трех значений коэффициента отражения (не распространяется при определении калориметрическим методом);

d) для образцов с неоднородными свойствами измерения выполняют на нескольких образцах (участках образца) и указывается усредненная величина измеренных значений и ее среднеквадратичное отклонение.

8.4 Нестандартные измерения

Измерение, выполненное с любыми отклонениями от стандартных условий, считается нестандартным измерением. В отчете должны быть четко указаны все отклонения. Измеренные данные необходимо отличать от результатов стандартных измерений. Рекомендуется указать предположительную систематическую погрешность результатов измерений, обусловленную отклонениями.

9 Обеспечение качества

9.1 Неопределенность (погрешность) измерений

Расширенная неопределенность измерений коэффициента поглощения солнечного излучения не должна превышать 0,02 (допустимо увеличение до 0,03 в зависимости от диапазона измеряемых значений и типа применяемого средства измерений) при доверительной вероятности 0,95.

Воспроизводимость измерений коэффициента поглощения солнечного излучения в одной и той же точке образца  0,01 (допустимо увеличение до 0,02 в зависимости от диапазона измеряемых значений и типа применяемого средства измерений).

Расширенная неопределенность измерений коэффициента излучения в ИК-диапазоне не должна превышать 0,03 (допустимо увеличение до 0,05 в зависимости от диапазона измеряемых значений и типа применяемого средства измерений) при доверительной вероятности 0,95.

Воспроизводимость измерений коэффициента излучения в ИК-диапазоне в одной и той же точке образца  0,01 (допустимо увеличение до 0,02 в зависимости от диапазона измеряемых значений и типа применяемого средства измерений).

9.2 Калибровка

Каждый эталонный образец и каждая единица средств измерений должны быть поверены (откалиброваны) в соответствии с процедурой, установленной для конкретного средства измерений.

10 Поверка средств измерений

10.1 Общие положения

Данные по терморадиационным характеристикам, полученные испытательными центрами для проектов заказчика в форме, установленной настоящим стандартом, признаются только для проектов данного заказчика, если указанный испытательный центр аккредитован для выполнения соответствующей процедуры по настоящему стандарту.

10.2 Первичная поверка средств измерений

Средство измерений после покупки или монтажа должно быть поверено (откалибровано) организацией, аккредитованной на право проведения данных работ.

Первичная поверка должна включать в себя, как минимум (но не обязательно ограничиваться этим), техническую проверку аппаратуры и вспомогательного оборудования, проведения измерения на определенной группе материалов, выпуск извещения о непригодности или свидетельства о поверке (сертификата калибровки).

10.3 Периодическая поверка средств измерений

Периодическая поверка включает:

- техническую проверку средств измерений и относящихся к ним стандартных образцов и рабочих эталонов;

- сопоставимость результатов измерений;

- отклонение в результатах измерений. Если техническая проверка системы показывают отклонение в результатах измерений от установленных требований, испытательный центр должен предпринять действия по выявлению причины отклонения и в соответствии с 9.2, прежде чем будет продлено свидетельство о поверке (сертификат о калибровке), провести повторное измерение;

- выдачу свидетельства о поверке (сертификата калибровки) или извещения о непригодности.

10.4 Внеочередная поверка средств измерений

При существенных модификациях необходимо заново провести внеочередную проверку средств измерений, как описано в 10.2.

Библиография

[1]	ИСО 9288:1989 Теплоизоляция, Теплопередача посредством излучения. Физические величины и определения (Thermal Insulation - Heat Transfer by Radiation - Physical Quantities and Definitions)
[2]	Приказ Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 2 июля 2015 г. N 1815 Об утверждении порядка проведения поверки средств измерений, требования к знаку поверки и содержанию свидетельства о поверке
[3]	ASTM Е 490-00а:2014 Таблицы стандартной солнечной постоянной и спектрального распределения солнечного излучения при нулевой воздушной массе (Standard Solar Constant and Zero Air Mass Solar Spectral Irradiance Tables)
[4]	РМГ 29-2013 Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения