ЖУРНАЛ «СТА» №1/2008

выращиванию монокрис- таллов в космосе не дали ожидаемых результатов: су- щественного улучшения воспроизводимого качества кристаллов добиться пока не удалось. Это связано с наличием микрогравитации (g) на борту космического аппарата, изменяющейся во времени и пространстве и оказывающей существен- ное влияние на рост и каче- ство кристалла при значе- ниях отношения g/g 0 (g 0 =9,8 м/с 2 ) более 10 –5 . В существующих косми- ческих ростовых установках отсутствуют средства опера- тивной диагностики и управления па- раметрами процесса, поэтому разра- ботка представляемого комплекса весьма актуальна. Схема ростовой установки, реализу- ющей выращивание монокристаллов методом зонной плавки, представлена на рис. 2. Цилиндрическая заготовка в капсуле (поликристалл) помещена внутри многосекционной цилиндриче- ской печи, и концы закреплены в гра- фитовых вставках. После запуска установки печь вклю- чается, нагреватели выводят- ся на заданный температур- ный режим, при котором в центре печи создается зона расплавления заготовки. Да- лее включается система пере- мещения, образец протягива- ется с малой скоростью через печь, расплавленный матери- ал попадает в более холодную зону печи и кристаллизирует- ся с образованием монокрис- талла. На качество получае- мого монокристалла влияет ряд факторов, основные из которых — температурное поле в печи и образце, ско- рость перемещения образца относительно печи, величина и направления микроускоре- ний на установке, скорость перемещения фронта крис- таллизации. На рис. 2 показа- ны графики распределения температурного поля по оси заготовки и скорости переме- щения фронта кристаллиза- ции для конкретной борто- вой технологической уста- новки. Взаимосвязь перечис- ленных факторов, их влияние на каче- ство выращиваемых кристаллов могут быть учтены только с использованием корректной математической модели процесса. Такая модель позволит рассчитать параметры тепловых процессов вне зо- ны расположения датчиков, выбрать характер и величину управляющих воз- действий для получения высококачест- венного монокристалла. Обобщающим параметром, по кото- рому можно судить о качестве моно- кристалла в процессе выра- щивания, является форма поверхности раздела «рас- плавкристалл», которая должна быть близкой к плоской для получения вы- сококачественного моно- кристалла. Таким образом, задача управления ростом крис- талла заключается в изме- рении формы фронта крис- таллизации и выработке на основании расчетов по ма- тематической модели про- цесса управляющих воздей- ствий для изменения тем- пературного поля печи, скорости перемещения об- разца относительно печи, снижения уровня ускорений за счет виброзащит- ной платформы и др. С ОСТАВ КОМПЛЕКСА Структурная схема комплекса приве- дена на рис. 3. В состав комплекса входят следую- щие основные части: бортовой терми- нал (БТК), наземный терминал (НТК), система программного обеспе- чения. БТК и НТК соединены между собой каналами связи для передачи данных и команд управления. Каналы связи образованы су- ществующим бортовым и на- земным оборудованием сле- дующих систем: бортовая из- мерительная и информацион- ноуправляющая системы, бортовой радиотехнический комплекс, командноизмери- тельные пункты (КИП), центр управления полетом (ЦУП). БТК производит сбор, обработку и управление бортовым технологическим оборудованием, а НТК обес- печивает возможность иссле- дователю контролировать ре- жимы работы технологичес- кого оборудования и изме- нять их. Взаимодействие ис- следователя с технологичес- ким процессом на борту реа- лизовано в квазиреальном масштабе времени. БТК выполнен в основном на оборудовании формата MicroPC фирмы Octagon Systems (рис. 4): 5066586 — процессорная пла- та; РАЗ РА БО Т КИ / КОСМОНА В Т ИК А СТА 4/2001 www.cta.ru 43 Рис. 2. Общий вид тепловой зоны технологической установки Бортовое технологическое оборудование Бортовой радиотехни ческий комплекс Бортовой терминал комплекса Ethernet Бортовая измеритель ная система Информаци онно управляющая система Система программного обеспечения комплекса Наземный терминал комплекса Плазменный дисплей Принтер Плоттер Сервер терминала (AWS 825B) Промышлен ный панельный ПК IPPC 950 Промышлен ный панельный ПК IPPC 950 Промышлен ный панельный ПК IPPC 950 КИП N ЦУП М Узел связи Радиоканал Антенно фидерное устройство Каналы связи пользова телей Международная космическая станция Рис. 3. Комплекс технических и программных средств «космического телесайенса»