Способ компоновки космического аппарата
Владельцы патента RU 2441816:
Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" (RU)
Изобретение относится к размещению оборудования на борту геостационарного телекоммуникационного спутника. Способ включает размещение приборов спутника на внутренних поверхностях сотовых приборных панелей, расположенных перпендикулярно направлениям "+Z", "-Z" ("север"-"юг"), и прокладку жидкостных трактов теплоносителя на (в) указанных панелях. Перпендикулярно наружным поверхностям указанных панелей монтируются антенны и вращаемые (синхронно с движением спутника по орбите) солнечные батареи. Прокладку жидкостных трактов осуществляют, обеспечивая направление движения теплоносителя в них так, чтобы возникающие при его движении кинетические моменты были противоположны кинетическим моментам, создаваемым вращающимися солнечными батареями. Технический результат изобретения состоит в уменьшении запаса рабочего тела для реактивных сопел управления ориентацией спутника и, следовательно, в снижении массы вспомогательных систем спутника. 3 ил.
Изобретение относится к космической технике, в частности к геостационарным телекоммуникационным спутникам.
Известны способы компоновки телекоммуникационных спутников по патентам Российской Федерации (РФ) №№2151722 [1], 2227108 [2], по которым приборы спутника устанавливают на внутренних обшивках сотовых панелей "+Z", "-Z" с встроенными в них под приборами (или прикрепленными к внутренним обшивкам со стороны размещения приборов) коллекторами - жидкостными трактами для циркуляции теплоносителя (однофазного или двухфазного), а панели солнечных батарей развернуты в плоскости, перпендикулярной панелям "+Z", "-Z", и совершают один оборот в сутки вокруг осей +OZ, -OZ и рабочие поверхности панелей солнечных батарей постоянно перпендикулярны лучам Солнца. При этом панели (с приборами) "+Z", "-Z" размещают симметрично в перпендикулярных плоскостях к осям +OZ (северная сторона) и -OZ (южная сторона) спутника (начало координат в центре масс спутника), и наружные поверхности панелей "+Z", "-Z" являются излучателями избыточного тепла приборов спутника.
При движении теплоносителя по участкам жидкостного тракта и при вращении панелей солнечных батарей возникают различные по величине и направлению моменты количества движения (кинетические моменты) - (см. Б.М.Яворский и А.А.Детлаф. Справочник по физике. М., Наука., 1964 г.; стр.70-73 [3]) - при этом, если направление движения теплоносителя и направление вращения панелей солнечных батарей совпадают, результирующая величина кинетического момента будет максимальной.
Согласно закону сохранения момента количества движения вышеуказанная величина результирующего кинетического момента обуславливает вращение спутника в противоположном направлении и нарушает требуемую ориентацию осей координат спутника и следовательно, например, нарушают ориентацию антенн на Землю.
Для того, чтобы удержать требуемую ориентацию осей координат спутника, создают управляющие моменты, например, при помощи струи рабочего газа, вытекающей через реактивные сопла, и чем больше результирующая величина вышеуказанного кинетического момента, тем больше должен быть на борту спутника запас массы рабочего газа.
Согласно патенту РФ №2221733 [4] для сведения к минимуму нескомпенсированного кинетического момента, обусловленного работой жидкостного тракта СТР, его разрабатывают способом взаимной компенсации отдельных составляющих, т.е. жидкостные тракты скомпоновывают таким образом, что каждому участку жидкостного тракта, расположенному в одну сторону от центра масс (или осей OX, ОУ, OZ), имелся такой же идентичный и аналогично расположенный жидкостный тракт в противоположной от центра масс (или осей ОХ, ОУ, OZ) стороне, в которых скорости потока теплоносителя по модулю одинаковы, имеют одинаковые направления, т.е. в этом случае моменты количества движения, например, от движения теплоносителя в жидкостных трактах панелей "+Z", "-Z", взаимно компенсируются. Однако имея в виду при этом наличие нескомпенсированного кинетического момента от вращения панелей солнечных батарей вокруг оси OZ, техническое решение [4] не обеспечивает оптимальное снижение массы потребного рабочего газа на борту спутника.
В настоящее время направление движения теплоносителя в жидкостных трактах приборных панелей "+Z" и "-Z", обеспечивающее компенсацию (полностью или частично) кинетических моментов, создаваемых вращающимися в условиях эксплуатации на орбите панелями солнечных батарей, не регламентировано и не известны технические решения, решающие эту задачу.
Таким образом, общим существенным недостатком известных технических решений является потребность иметь на борту спутника относительно большую массу рабочего газа для обеспечения нормального функционирования спутника в течение требуемого срока эксплуатации на орбите.
Проведенный авторами анализ известных технических решений показал, что наиболее близким прототипом предлагаемого изобретения является способ компоновки КА на основе [2], у которого вращающиеся вокруг осей +OZ, -OZ панели солнечных батарей размещены в плоскостях, перпендикулярных приборным панелям "+Z", "-Z".
Принципиальная схема известного способа компоновки спутника объяснена графическими материалами, изображенными на фиг.1 и 2.
На фиг.1 изображена принципиальная схема орбиты геостационарного спутника, где 1 - Солнце; 2 - Земля; 2.1 - северный полюс Земли; 4 - геостационарный спутник; 4.1 - две панели солнечных батарей, каждая из которых расположена перпендикулярно приборным панелям 4.2 (4.3) "+Z" ("-Z"); соответствующими стрелками указаны направления вращения Земли, спутника по орбите, панелей солнечных батарей вокруг оси OZ спутника (ОХ, ОУ, OZ - оси спутника, проходящие через его центр масс О).
На фиг.2 изображена принципиальная схема геостационарного спутника, где: 1 - спутник; 1.2 - антенна; 1.3, 1.4 - панели солнечных батарей; 1.5 - корпус спутника (приборы условно не показаны); 1.5.1 - приборная панель "+Z"; 1.5.2 - приборная панель "-Z"; 1.5.3 - жидкостные тракты (черными треугольными стрелками указаны направления движения теплоносителя в жидкостных трактах 1.5.3, обеспечиваемого гидронасосом 1.5.3.1 - направления движения теплоносителя компенсируют кинетические моменты, возникающие от движения теплоносителя в жидкостных трактах панелей, в частности "+Z", "-Z", но не компенсируют кинетические моменты от вращения панелей 1.3 и 1.4 солнечных батарей); О - центр масс спутника; ОХ, ОУ, OZ - оси спутника; стрелками указаны направления вращения панелей 1.3 и 1.4 при движении спутника по орбите, если смотреть с конца осей OZ и -OZ.
Как следует из вышеизложенного, существенным недостатком известного способа компоновки космического аппарата является относительно повышенная масса его из-за необходимости иметь на борту повышенное количество рабочего газа для обеспечения нормального функционирования спутника на орбите в течение заданного (требуемого) срока эксплуатации.
Целью изобретения является устранение вышеуказанного существенного недостатка.
Поставленная цель достигается тем, что компоновку космического аппарата, включающую размещение его приборов на внутренних поверхностях сотовых приборных панелей "+Z", "-Z", прокладку жидкостных трактов с циркулирующим в них теплоносителем на (в) указанных приборных панелях, монтаж антенн, вращающихся панелей солнечных батарей размещением их перпендикулярно наружным поверхностям вышеуказанных приборных панелей, производят, осуществляя прокладку с направлением движения теплоносителя в жидкостных трактах приборных панелей "+Z" и "-Z", таким образом, что возникающие при движении теплоносителя кинетические моменты по направлению противоположны направлению кинетических моментов, создаваемых вращающимися на орбите панелями солнечных батарей, что и является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого авторами 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 компоновки КА.
Суть предложенного авторами технического решения пояснена графическим материалом, изображенным на фиг.3, где: 1 - спутник; 1.2 - антенна; 1.3, 1.4 - панели солнечных батарей; 1.5 - корпус спутника (приборы условно не показаны); 1.5.1 - приборная панель "+Z"; 1.5.2 - приборная панель "-Z"; 1.5.3 - жидкостные тракты - черными треугольными стрелками указаны направления движения теплоносителя в жидкостных трактах 1.5.3 (1.5.3.1 - гидронасос). Направления движения теплоносителя компенсируют:
- кинетические моменты, возникающие от движения теплоносителя в жидкостных трактах панелей, в частности "+Z", "-Z" (изображены белым фоном);
- кинетические моменты от вращения панелей 1.3 и 1.4 солнечных батарей (изображены темным фоном);
О - центр масс спутника; ОХ, ОУ, OZ - оси спутника; стрелками указаны направления вращения панелей 1.3 и 1.4 при движении спутника по орбите, если смотреть с конца осей OZ и -OZ.
В процессе компоновки анализируют конструкцию и характеристики гидронасоса 1.5.3.1 и осуществляют прокладку жидкостных трактов 1.5.3 и установку гидронасоса 1.5.3.1 таким образом, чтобы направления движения теплоносителя в жидкостных трактах приборных панелей "+Z" и "-Z" создавали кинетические моменты, по направлению противоположные направлениям кинетических моментов, создаваемых панелями солнечных батарей при вращении в процессе эксплуатации спутника на орбите, в результате чего вышеуказанные кинетические моменты взаимно компенсируются (или суммарная величина нескомпенсированного момента будет существенно уменьшена). В результате этого в течение требуемого срока эксплуатации спутника на орбите для создания управляющих моментов с помощью реактивных сопел потребуется меньший запас массы рабочего газа и, следовательно, обеспечивается снижение массы спутника и тем самым достигается цель изобретения.
Способ компоновки космического аппарата, включающий размещение его приборов на внутренних поверхностях сотовых приборных панелей "+Z", "-Z", прокладку жидкостных трактов с циркулирующим в них теплоносителем на (в) указанных приборных панелях, монтаж антенн, вращающихся панелей солнечных батарей размещением их перпендикулярно наружным поверхностям вышеуказанных приборных панелей, отличающийся тем, что указанную прокладку осуществляют с направлением движения теплоносителя в жидкостных трактах приборных панелей "+Z" и "-Z" таким образом, что возникающие при движении теплоносителя кинетические моменты по направлению противоположны направлению кинетических моментов, создаваемых вращающимися на орбите панелями солнечных батарей.
