Способ обеспечения теплового режима ретранслятора

 

Изобретение относится к космической технике, в частности к способам обеспечения теплового режима ретранслятора связного спутника. Способ включает в себя прокачку с помощью электронасосного агрегата жидкого теплоносителя через его гидравлический тракт с требуемыми расходом и температурой при наличии давления газа в газовой полости аккумулятора теплоносителя. При этом до начала прокачки теплоносителя измеряют разность высот относительно поверхности Земли между уровнями теплоносителя в гидравлическом тракте ретранслятора и аккумуляторе и в газовой полости аккумулятора устанавливают требуемое давление газа. Изобретение повышает надежность при обеспечении теплового режима ретранслятора и исключает скрытый брак при его изготовлении. 3 ил.

Изобретение относится к космической технике, в частности к способам обеспечения теплового режима ретранслятора связного спутника.

В настоящее время ретранслятор спутника (например, связного типа "Молния") после изготовления до монтажа его на спутнике испытывается на работоспособность как автономно, так и в составе полезной нагрузки спутника. При этом необходимый тепловой режим ретранслятора обеспечивается прокачкой через его гидравлический тракт жидкого теплоносителя с требуемыми расходом и температурой.

Анализ источников информации по патентной и научно-технической информации показал, что наиболее близким по технической сути прототипом предлагаемого технического решения является способ обеспечения теплового режима приборов космического аппарата (например, спутника), изложенный на с. 114-115 (в подразделе 7.2) монографии: Андрейчук О.Б., Малахов Н.Н. Тепловые испытания космических аппаратов. М., "Машиностроение", 1982 г.

По известному способу применительно к ретранслятору обеспечение его теплового режима при испытаниях на работоспособность осуществляется (см. фиг. 2, где: 1 - ретранслятор; 1.2 - приборы ретранслятора, прикрепленные к нижней и верхней поверхностям гидравлического тракта 1.3; 2 - гидравлический тракт системы обеспечения теплового режима 11, содержащей электронасосный агрегат (ЭНА) 3; установленный перед ним аккумулятор (емкость) теплоносителя 4, имеющий газовую полость 4.1, сообщающуюся с окружающей атмосферой; холодильник 5; датчики расхода 6, давления 7, перепада давлений на ЭНА 8 и температуры теплоносителя на входе 9 и на выходе 10 из гидравлического тракта ретранслятора) следующим образом.

Ретранслятор 1 и систему обеспечения теплового режима 11 устанавливают вблизи друг от друга на уровне Земли; к гидравлическому тракту 1.3 ретранслятора 1 присоединяют гидравлический тракт 2 системы обеспечения теплового режима; заполняют их жидким теплоносителем (например, фреоном-113); в газовой полости 4.1 аккумулятора 4 устанавливают атмосферное давление окружающего воздуха; включают в работу ЭНА 3 и холодильник 5; после этого включают в работу ретранслятор 1 и выделяющееся при его работе избыточное тепло от него отводится циркулирующим через его гидравлический тракт теплоносителем в холодильник 5, тем самым обеспечивая необходимый тепловой режим приборов 1.2 ретранслятора 1 (в случае, если при этом обеспечиваются требуемые расход и температура теплоносителя на входе в гидравлический тракт ретранслятора).

В настоящее время в связи с предъявляемым к ретранслятору возросшим требованием по обеспечению длительного ресурса (например, более 10 лет) с высокой надежностью существенно возрос объем испытаний ретранслятора и они будут проводиться на различных рабочих местах. При этом не всегда удается расположить ретранслятор вблизи и на уровне системы обеспечения теплового режима как при испытаниях его автономно, так и при испытаниях в составе полезной нагрузки спутника: например, при комплексных электрических испытаниях или испытаниях в термобарокамере ретранслятор будет находиться выше системы обеспечения теплового режима на 3-5 м. Как показал анализ, проведенный авторами, в этом случае, если использовать известный способ обеспечения теплового режима ретранслятора (см. фиг.3), в гидравлическом тракте ретранслятора из-за уменьшения давления теплоносителя в нем в результате подъема ретранслятора выше системы обеспечения теплового режима происходит выделение растворившегося в теплоносителе воздуха и под действием сил тяжести обеспечивается расслоенное течение теплоносителя: паровоздушная смесь течет вдоль верхней части тракта, а жидкий теплоноситель - вдоль нижней части тракта: это означает, как показал анализ, что коэффициент теплоотдачи в верхней части тракта будет в 70-100 раз меньше, чем коэффициент теплоотдачи в нижней части тракта (где обеспечивается требуемое его значение), и, следовательно, температура приборов, расположенных на верхней поверхности жидкостного тракта, будет выше допустимой, что может привести к выходу из строя ретранслятора в процессе проводимых испытаний или после, например раньше требуемого срока при орбитальном функционировании.

Таким образом, существенными недостатками известного способа обеспечения теплового режима ретранслятора являются недостаточно высокая его надежность, приводящая в конечном счете к выходу из строя ретранслятора раньше требуемого срока при орбитальном функционировании.

Целью предлагаемого авторами технического решения является устранение вышеперечисленных существенных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что до начала прокачки теплоносителя измеряют разность высот относительно поверхности Земли между уровнями теплоносителя в гидравлическом тракте ретранслятора и аккумуляторе и в газовой полости аккумулятора устанавливают давление газа, определенное из соотношения: где Р - давление газа в газовой полости аккумулятора, Па; Pp, Ps - парциальное давление растворенных в теплоносителе газов и упругость паров теплоносителя при максимально возможной температуре теплоносителя на выходе из гидравлического тракта ретранслятора, Па: ρ - плотность теплоносителя при минимально возможной температуре его на входе в гидравлический тракт ретранслятора, кг/м³; g - ускорение силы тяжести, м/с²; ΔH - разность высот относительно поверхности Земли между уровнями теплоносителя в гидравлическом тракте ретранслятора и аккумуляторе, м; Δp_ртр, Δp_a-ртр - гидравлические сопротивления тракта ретранслятора и участка гидравлического тракта от аккумулятора до входа в ретранслятор при максимально возможном расходе и минимально возможной температуре теплоносителя, Па; ΔРэна - перепад давлений на электронасосном агрегате, Па; ΔРс - жесткость упругого элемента, отделяющего газовую полость от теплоносителя аккумулятора, Па.

что и являются, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого технического решения.

В результате анализа, проведенного авторами известной патентной и научно-технической литературы, предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого технического решения в известных источниках информации не обнаружено и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемом способе.

На фиг.1 изображена принципиальная схема реализации предлагаемого технического решения (где: 1 - ретранслятор; 1.2 - приборы ретранслятора, прикрепленные к нижней и верхней поверхностям гидравлического тракта 1.3; 2 - гидравлический тракт системы обеспечения теплового режима 11, содержащей электронасосный агрегат (ЭНА) 3; установленный перед ним аккумулятор (емкость) теплоносителя 4, имеющий газовую полость 4.1; холодильник 5; датчики расхода 6, давления 7, перепада давлений на ЭНА 8 и температуры теплоносителя на входе 9 и на выходе 10 из гидравлического тракта ретранслятора; 12 - источник сжатого газа; 13 - редуктор; 14 - манометр; 15 - вентиль).

Предлагаемый способ обеспечения теплового режима ретранслятора включает в себя нижеуказанные операции, выполняемые в следующей последовательности (см. фиг.1):
1) исходное состояние: к гидравлическому тракту 1.3 ретранслятора 1, установленного, например, в стапеле для проведения комплексных электрических испытаний выше на 5 м рабочего места расположения системы обеспечения теплового режима 11, присоединен гидравлический тракт 2 системы обеспечения теплового режима и они заполнены жидким теплоносителем (например, фреоном-113);
2) измеряют разность высот (ΔН) относительно поверхности Земли между уровнями теплоносителя в гидравлическом тракте ретранслятора и аккумуляторе;
3) определяют значение давления газа, которое необходимо установить в газовой полости аккумулятора (емкости с теплоносителем), по соотношению (установлено авторами в результате анализа физических процессов, происходящих при обеспечении теплового режима ретранслятора):

где Р - давление газа в газовой полости аккумулятора, Па;
Pp, Ps - парциальное давление растворенных в теплоносителе газов и упругость паров теплоносителя при максимально возможной температуре теплоносителя на выходе из гидравлического тракта ретранслятора, Па;
ρ - плотность теплоносителя при минимально возможной температуре его на входе в гидравлический тракт ретранслятора, кг/м³;
g - ускорение силы тяжести, м/с²;
ΔН - разность высот относительно поверхности Земли между уровнями теплоносителя в гидравлическом тракте ретранслятора и аккумуляторе, м;
Δp_ртр, Δp_a-ртр - гидравлические сопротивления тракта ретранслятора и участка гидравлического тракта от аккумулятора до входа в ретранслятор при максимально возможном расходе и минимально возможной температуре теплоносителя, Па;
ΔР_эна - перепад давлений на электронасосном агрегате, Па;
Δp_с - жесткость упругого элемента, отделяющего газовую полость от теплоносителя аккумулятора, Па;
4) из источника сжатого газа 12, открыв вентиль 15, в газовой полости 4.1 аккумулятора 4 (емкости с теплоносителем) устанавливают значение давления газа, равное не менее определенного выше в п.3 давления, и закрывают вентиль 15;
5) включают в работу ЭНА 3 и холодильник 5. Управляя ими, задают значения поддерживаемых (требуемых) на входе в жидкостный тракт ретранслятора расхода и температуры теплоносителя;
6) включают в работу ретранслятор: выделяющееся при его работе избыточное тепло отводится от него циркулирующим через его жидкостный тракт жидким (однофазным) теплоносителем в холодильник и обеспечивается требуемая температура приборов ретранслятора; при этом выделение растворившихся в теплоносителе газов в жидкостном тракте ретранслятора в результате установки в газовой полости аккумулятора повышенного давления газа (см. выше, п.п.3 и 4) исключено, т. к. давление теплоносителя вдоль всего жидкостного тракта ретранслятора, как минимум, выше суммы парциального давления растворившихся в теплоносителе газов и упругости паров теплоносителя, и гарантированно исключается перегрев приборов выше допустимых значений.

Таким образом, предложенное авторами техническое решение однозначно исключает пребывание приборов ретранслятора при его испытаниях на работоспособность при недопустимых температурах, т.е. исключает скрытый брак и, следовательно, повышает надежность при обеспечении теплового режима ретранслятора, т.е. тем самым достигаются цели изобретения.

Формула изобретения

Способ обеспечения теплового режима ретранслятора, включающий прокачку с помощью электронасосного агрегата жидкого теплоносителя через его гидравлический тракт с требуемыми расходом и температурой при наличии давления газа в газовой полости аккумулятора теплоносителя, отличающийся тем, что до начала прокачки теплоносителя измеряют разность высот относительно поверхности Земли между уровнями теплоносителя в гидравлическом тракте ретранслятора и аккумуляторе и в газовой полости аккумулятора устанавливают давление газа, определенное из соотношения

где р - давление газа в газовой полости аккумулятора, Па;
р_р, p_s - парциальное давление растворенных в теплоносителе газов и упругость паров теплоносителя при максимально возможной температуре теплоносителя на выходе из гидравлического тракта ретранслятора, Па;
ρ - плотность теплоносителя при минимально возможной температуре его на входе в гидравлический тракт ретранслятора, кг/м³;
g - ускорение силы тяжести, м/с²;
ΔН - разность высот относительно поверхности Земли между уровнями теплоносителя в гидравлическом тракте ретранслятора и аккумуляторе, м;
Δp_ртр, Δp_a-ртр - гидравлические сопротивления тракта ретранслятора и участка гидравлического тракта от аккумулятора до входа в ретранслятор при максимально возможном расходе и минимально возможной температуре теплоносителя, Па;
Δр_эна - перепад давлений на электронасосном агрегате, Па;
Δр_с - жесткость упругого элемента, отделяющего газовую полость от теплоносителя аккумулятора, Па.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3