Способ имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима космического аппарата


 


Владельцы патента RU 2519312:

Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" (RU)

Изобретение относится к тепловакуумным испытаниям космического аппарата (КА), а также может найти применение в тех областях техники, где предъявляются повышенные требования к излучательным и отражательным характеристикам изделий. Согласно изобретению до помещения КА в термовакуумную камеру захолаживают криоэкраны этой камеры и имитируют внешние тепловые потоки, действующие в полете на КА. При этом подают поочередно напряжение на каждый нагревательный элемент имитатора данных потоков, постоянно измеряя потребляемую на элементе мощность. Фиксируют скачкообразное увеличение потребляемой мощности по отношению к мощности в стационарном режиме нагрева. Отбраковывают нагревательные элементы, для которых характерны такие скачки мощности, после чего отогревают криоэкраны, разгерметизируют вакуумную камеру и заменяют отбракованные нагревательные элементы. Повторяют операции отбраковки и замены нагревательных элементов до достижения всеми элементами стационарного режима нагрева. После этого устанавливают КА в термовакуумную камеру и проводят соответствующие испытания. Техническим результатом изобретения является повышение точности имитации тепловых потоков на КА с целью обеспечения надежности и долговечности КА при эксплуатации. 1 ил.

 

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к тепловакуумным испытаниям космического аппарата (КА) в условиях, приближенных к эксплуатации КА в открытом космическом пространстве, а также может найти применение в тех областях техники, где предъявляются повышенные требования к излучательным и отражательным характеристикам изделий, изготовленных из различных материалов или имеющих разные покрытия.

Известен способ имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима КА, заключающийся в помещении КА в термовакуумную камеру с криоэкранами, вакуумировании камеры, захолаживании криоэкранов и воздействии на КА тепловых потоков с помощью нагревателей («Тепловые испытания космических аппаратов», Москва, «Машиностроение», 1982 г., стр.105).

Известен способ имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима КА, заключающийся в том, что помещают аппарат-имитатор в термовакуумную камеру, содержащую криоэкраны, устанавливают датчики теплового потока и эталонные датчики теплового потока на аппарат-имитатор, вакуумируют камеру и захолаживают криоэкраны, воздействуют на аппарат-имитатор тепловыми потоками, имитируя температурные режимы полета, сравнивают показания датчиков теплового потока с эталонными датчиками, извлекают аппарат-имитатор из камеры и на его место помещают штатный аппарат, после чего осуществляют воздействие на него тепловыми потоками, такими же, как и на аппарат-имитатор, при указанных выше значениях вакуума и температуры (RU 2302984, МПК B64G 7/00).

Недостаток аналогов заключается в недостаточной точности воспроизведения штатных характеристик облучения КА нагревательными элементами.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима КА, заключающийся в том, что помещают КА в термовакуумную камеру с криоэкранами, вакуумируют камеру, захолаживают криоэкраны для имитации холода окружающего космического пространства и подвергают КА воздействию тепловых потоков от имитатора внешних тепловых потоков термовакуумной камеры («Моделирование тепловых режимов космического аппарата и окружающей его среды», под ред. академика Г.И. Петрова, «Машиностроение», 1971 г., стр.270).

Данный способ имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима космических аппаратов принят за прототип.

Недостаток прототипа заключается в недостаточной достоверности воспроизведения штатных характеристик облучения КА, обусловленной нестабильной работой отдельных нагревательных элементов имитатора тепловых потоков, которые в любой момент времени могут изменять свое внутреннее электрическое сопротивление, что в итоге ухудшает качество и точность воспроизведения имитатором ожидаемых штатных тепловых потоков. Практика показала, что при испытаниях по крайней мере один из нагревателей отличается нестабильной работой.

Задачей изобретения является повышение достоверности имитации внешних тепловых потоков при функционировании космического аппарата в полете, а следовательно, увеличение точности тепловакуумных испытаний за счет отбраковки и замены этих нагревательных элементов имитатора внешних тепловых потоков.

Техническим результатом изобретения является повышение качества испытаний за счет повышения точности воспроизведения тепловых потоков действующих на КА в условиях космического полета, повышение надежности и долговечности КА при эксплуатации.

Эта задача решается за счет того, что в предлагаемом способе имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима КА помещают КА в термовакуумную камеру с криоэкранами, вакуумируют камеру, захолаживают криоэкраны для имитации холода окружающего космического пространства и подвергают КА воздействию тепловых потоков от имитатора внешних тепловых потоков термовакуумной камеры, при этом до помещения КА в термовакуумную камеру воспроизводят тепловые потоки имитатором внешних тепловых потоков, подавая поочередно напряжение на каждый нагревательный элемент имитатора внешних тепловых потоков и постоянно измеряя потребляемую мощность на нагревательных элементах, фиксируют скачкообразное увеличение потребляемой мощности на нагревательных элементах по отношению к мощности этих нагревательных элементов в стационарном режиме нагрева, отбраковывают нагревательные элементы, для которых характерны вышеуказанные скачки мощности, отогревают криоэкраны, разгерметизируют термовакуумную камеру, заменяют отбракованные нагревательные элементы, повторяют операции отбраковки и замены нагревательных элементов до достижения всеми нагревательными элементами стационарного режима нагрева, после чего устанавливают КА в термовакуумную камеру и воздействуют на КА тепловыми потоками от имитатора внешних тепловых потоков, моделируя вакуум и температурные режимы полета.

По сравнению с прототипом увеличивается достоверность имитации внешних тепловых потоков за счет отбраковки и замены отбракованных нагревательных элементов.

На фиг.1 представлен график, полученный при проведении реальных тепловакуумных испытаний одного из космических аппаратов.

На графике видно резкое изменение выделяемой мощности преобразователем напряжения от стационарного значения 1216 Вт до 1243 Вт в результате нештатного изменения электрического параметра (сопротивления нагревателя) одного из нагревателей имитатора внешних тепловых потоков.

Предлагаемый способ имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима космических аппаратов осуществляется следующим образом:

- до помещения КА в термовакуумную камеру ее вакуумируют, захолаживают криоэкраны для имитации холода окружающего космического пространства, воспроизводят тепловые потоки имитатором внешних тепловых потоков, состоящим, например, из инфракрасных нагревательных элементов, подавая поочередно напряжение на каждый нагревательный элемент имитатора внешних тепловых потоков и постоянно измеряя потребляемую мощность на нагревательных элементах;

- фиксируют скачкообразное увеличение потребляемой мощности на нагревательных элементах по отношению к мощности этих нагревательных элементов в стационарном режиме нагрева, то есть мощности, заданной в программе испытаний;

- отбраковывают нагревательные элементы, для которых характерны вышеуказанные скачки мощности;

- отогревают криоэкраны, разгерметизируют термовакуумную камеру, заменяют отбракованные нагревательные элементы;

- повторяют операции отбраковки и замены нагревательных элементов до достижения всеми нагревательными элементами стационарного режима нагрева, заданного в программе испытаний;

- после чего устанавливают КА в термовакуумную камеру и воздействуют на КА тепловыми потоками от имитатора внешних тепловых потоков, моделируя при этом вакуум и температурные режимы полета.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить достоверность тепловакуумных испытаний за счет отбраковки и замены нагревательных элементов имитатора внешних тепловых потоков и с большей точностью воспроизводить значения температур облучаемых поверхностей на КА.

Способ достаточно прост в реализации и не требует дополнительных средств на доработку существующего испытательного оборудования, а также может иметь широкое практическое применение для получения экспериментальных данных при решении проблем, связанных с обеспечением теплового режима КА, находящихся в открытом космическом пространстве.

Способ имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима космического аппарата, заключающийся в том, что помещают космический аппарат в термовакуумную камеру с криоэкранами, вакуумируют камеру, захолаживают криоэкраны для имитации холода окружающего космического пространства и подвергают космический аппарат воздействию тепловых потоков от имитатора внешних тепловых потоков термовакуумной камеры, отличающийся тем, что до помещения космического аппарата в термовакуумную камеру воспроизводят тепловые потоки имитатором внешних тепловых потоков, подавая поочередно напряжение на каждый нагревательный элемент имитатора внешних тепловых потоков и постоянно измеряя потребляемую мощность на нагревательных элементах, фиксируют скачкообразное увеличение потребляемой мощности на нагревательных элементах по отношению к мощности этих нагревательных элементов в стационарном режиме нагрева, отбраковывают нагревательные элементы, для которых характерны вышеуказанные скачки мощности, отогревают криоэкраны, разгерметизируют термовакуумную камеру, заменяют отбракованные нагревательные элементы, повторяют операции отбраковки и замены нагревательных элементов до достижения всеми нагревательными элементами стационарного режима нагрева, после чего устанавливают космический аппарат в термовакуумную камеру и воздействуют на космический аппарат тепловыми потоками от имитатора внешних тепловых потоков, моделируя вакуум и температурные режимы полета.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к космонавтике. Стенд включает сервер моделирования 1, консоль оператора 2, комплект телекамер наблюдения 3, средства отображения информации коллективного пользования 4, пульт контроля и управления 5, который состоит из средства связи 6, панели управления освещением 7, панели ручного управления электроприводами 8, персонального компьютера инструктора 9, персонального компьютера инженера 10, персонального компьютера врача 11 и второго блока цифровой связи 12.

Изобретение относится к наземным имитационным испытаниям космических аппаратов (КА), а именно многозвенных маложестких механических систем изделий космической техники.

Изобретение относится к космическому тренажеростроению. Тренажер включает пульт контроля и управления 1, рабочее место обучаемых 2, первый узел поворота 3, первый датчик положения 4, первую систему управления перемещением 5, второй узел поворота 6, второй датчик положения 7, вторую систему управления перемещением 8, первую механическую часть системы управления перемещением 9, первый электродвигатель 10, вторую механическую часть системы управления перемещением 11, второй электродвигатель 12, первый датчик усилия 13, первый датчик скорости 14, второй датчик усилия 15, второй датчик скорости 16, первый скафандр с обучаемым 17, средства связи 18, второй скафандр с обучаемым 19.

Изобретение относится к космическому тренажеростроению. Тренажерный комплекс включает интегрирующую систему 1, специализированный тренажер «Модель бортовой вычислительной системы PC МКС» 2, специализированный тренажер «Телеоператор-2» 3, специализированный тренажер «Выход-2» 4, «Гидролабораторию» 5, «Молодежный образовательный Космоцентр» 6.

Изобретение относится к ракетно-космической отрасли, а именно к наземному вспомогательному оборудованию. .

Изобретение относится к космической технике, а конкретно к стендам для испытаний устройств отделения космических аппаратов. .

Изобретение относится к наземным испытаниям раскрывающихся конструкций, преимущественно солнечных батарей (СБ), с имитацией условий невесомости. .

Изобретение относится к созданию и отработке систем терморегулирования космических аппаратов (КА), преимущественно телекоммуникационных спутников. .

Изобретение относится к сборке и испытаниям бортовых систем космического аппарата (КА), преимущественно системы электропитания телекоммуникационного КА. .

Изобретение относится к способам имитации солнечного излучения (ИСИ) в тепловакуумной камере (ТВК) и может быть использовано при тепловакуумных испытаниях космического аппарата (КА) или его составных частей.

Изобретение относится к разделу пилотируемой космонавтики и предназначено для подготовки космонавтов (астронавтов) экипажей МКС к внекорабельной деятельности. Многофункциональный учебно-тренировочный комплекс состоит из двух основных частей - функционально-моделирующего стенда предтренажерной подготовки и комплексного тренажера внекорабельной деятельности. Функционально-моделирующий стенд предтренажерной подготовки состоит из АРМ руководителя обучения, АРМ обучаемых, первого блока устройств сопряжения с объектом, второго блока цифровой связи, действующего макета выходного космического скафандра, телекамеры наблюдения и первого модуля средств отображения информации коллективного пользования. Комплексный тренажер внекорабельной деятельности содержит скафандр, предназначенный для размещения обучаемого, а также средства обеспечения жизнедеятельности, устройства, имитирующие невесомость, а также средства, имитирующие поверхность космического объекта Солнечной системы. В результате расширяются функциональные возможности многофункционального учебно-тренировочного комплекса, обеспечивается эффективная подготовка космонавтов. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 17 ил.
Изобретение относится к наземной отработке систем терморегулирования аппаратуры изделий авиационной и ракетно-космической техники. Испытания проводят в термокамере в два этапа. На первом этапе подвергают натурный теплоизоляционный пакет приборного отсека внешнему тепловому нагружению, имитирующему полетное. Одновременно создают на внутренней поверхности пакета граничные условия теплообмена, соответствующие теплоотводу от оболочки корпуса внутрь приборного отсека. По измеренным температурам указанной внутренней поверхности получают график изменения температур корпуса приборного отсека по времени. На втором этапе нагревают корпус без теплоизоляции в соответствии с полученным графиком. Одновременно замеряют температуры газовой среды и аппаратуры приборного отсека, производящей тепловыделение в соответствии с полетной циклограммой. Техническим результатом изобретения является сокращение затрат на испытания, проводимые без использования специальных крупногабаритных стендов и камер, с имитацией аэродинамического потока. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к космонавтике, а именно к способам имитации полета космических аппаратов (КА). Подготавливают аппаратные средства, моделируют орбитальное движение КА по предварительно заданному алгоритму и/или при приеме управляющих команд в режиме реального времени, моделируют движение небесной сферы в поле зрения каждого звёздного датчика по параметрам текущей ориентации КА с учетом динамики его движения, внешней среды, положения Солнца и Луны в инерциальной системе координат, моделируют появление нештатных ситуаций в работе бортовой аппаратуры ориентации и навигации КА, осуществляют контроль реакции системы управления ориентацией и навигацией при нештатных ситуациях, имитируют солнечное излучение для астроориентации и создания боковой помехи в инфракрасном и видимом диапазонах, имитируют сигналы спутников ГЛОНАСС и/или GPS с учетом параметров орбитального движения КА, моделируют орбитальное движение КА по трем осям вращения. Изобретение позволяет повысить многофункциональность КА. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.
Изобретение относится к космической медицине, в частности к способам моделирования эффектов пониженной гравитации в экспериментальных исследованиях. Способ включает перевод человека на период дневного бодрствования в ортостатическое положение с положительным углом наклона тела относительно горизонтальной оси. Этот угол равен процентному отношению заданного уровня гравитации к земному уровню гравитации, соответствующему углу ортостатического положения плюс (+) 90 градусов. На период ночного отдыха человека переводят в горизонтальное положение. Способ позволяет проводить длительные (более одного месяца) комплексные исследования при моделировании физиологических сдвигов в соответствии с рассчитанными коэффициентами для пониженного, по сравнению с земным, уровня гравитации на поверхностях других планет, например Луны или Марса. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области космической техники и может применяться для тренажерной подготовки экипажей пилотируемых космических аппаратов, а также авиационных и морских комплексов. Комплексный тренажер для космонавтов содержит модель системы управления бортовым комплексом, модель датчиков, ручку управления спуском, модель системы управления движением, модель системы исполнительных органов, пульт контроля и управления тренировкой, генератор изображения Земли и станции МКС, имитатор визира специального космонавта, ручку управления ориентацией, ручку управления движением, пульт управления центрифугой, систему управления центрифугой, кабину «А» центрифуги, модель движения космического корабля, пульт космонавта, вычислитель текущей компетентности космонавтов, адаптивно-оптимальный формирователь и банк НшС. Вычислитель текущей компетентности космонавтов на каждом цикле тренировки обеспечивает информацией о текущем состоянии компетентности экипажа пилотируемых космических объектов. Адаптивно-оптимальный формирователь обеспечивает управление качеством подготовки космонавтов за счет адаптивности выборки НшС, предъявляемых космонавтам на тренировках, в зависимости от их текущего состояния компетентности и выбранной стратегии управления подготовкой. Банк НшС является хранилищем нештатных ситуаций, упорядоченных по сложности для выбора экземпляров НшС по заданному правилу. Достигается обеспечение безопасности и надежности пилотируемых космических полетов за счет целенаправленного формирования требуемых состояний подготовленности космонавтов в результате целенаправленного и дозированного (адаптированного) выбора НшС для тренировок экипажей. 2 ил.

Изобретение относится к электропитанию космических аппаратов (КА), в частности телекоммуникационных КА. Способ включает сборку КА, в т.ч. системы его электропитания, содержащей солнечные (СБ) и аккумуляторные (АБ) батареи, а также стабилизированный преобразователь напряжения (СПН) для согласованного питания от СБ и АБ служебных систем КА. После подготовки источников питания к работе проводят электрические испытания КА. При этом входные силовые цепи СПН в выключенном состоянии со стороны СБ шунтируют накоротко маломощными релейными коммутаторами. Подключение силовых цепей СБ к СПН проводят в условиях ограничения величины естественного освещения. О величине этого освещения можно судить по току короткого замыкания какой-либо секции СБ, измеренному перед проведением указанного подключения. СБ м.б. выполнены из нескольких секций с общей шиной в одной из полярностей. Контроль стыковки СБ проводят путем измерения тока на этой шине в процессе поочередной засветки секций СБ маломощным осветителем. Техническим результатом изобретения является повышение удельных энергетических характеристик системы электропитания КА. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к системам терморегулирования (СТР) космических аппаратов (КА), преимущественно телекоммуникационных спутников. СТР содержит два независимых, одинаковых по составу, бортовых циркуляционных тракта с теплоносителем, которые размещены рядом друг с другом в сотовых панелях (или на них). Каждый из трактов содержит входной и выходной гидроразъемы для соединения с гидроразъемами съемного блока СТР. В последнем установлен жидкостно-жидкостный теплообменник с хладопроизводительностью, превышающей ее требуемую величину для одного тракта не менее чем в 2,1-2,2 раза. При электрических испытаниях КА съемный блок подключен к одному из циркуляционных трактов согласно программе испытаний КА. Одновременно другой тракт закольцован жидкостным трактом, имеющим такое же гидравлическое сопротивление, как у жидкостного тракта съемного блока. Технический результат изобретения состоит в упрощении конструкции съемного блока СТР, уменьшении его габаритов и массы, что упрощает монтаж и демонтаж съемного блока на борту КА. 3 ил.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для изготовления космического аппарата (КА). Изготавливают комплектующие, собирают КА из системы электропитания с солнечными и аккумуляторными батареями (САБ), стабилизированным преобразователем с зарядным и разрядным преобразователями, модуля служебных систем, полезной нагрузки, проводят электрические испытания КА на функционирование, термовакуумные, заключительные с применением имитаторов САБ, подключенных к промышленной сети через систему гарантированного электроснабжения с блокированием работы зарядных преобразователей стабилизированного преобразователя напряжения системы электропитания наземными средствами либо работающих по зарядному интерфейсу без рекуперации энергии заряда в промышленную сеть, проводят испытания на воздействие механических нагрузок и на контроль стыковки солнечных и аккумуляторных батарей с применением штатных аккумуляторных и солнечных батарей. Изобретение позволяет повысить функциональные возможности и надежность процесса электроиспытаний КА. 1 ил.

Изобретение относится преимущественно к наземным испытаниям и отработке системы терморегулирования (СТР) космического аппарата. Согласно изобретению, заблаговременно определяют недостающее количество теплоносителя в системе, состоящей из имитатора СТР и модуля полезной нагрузки (ПН). Для этого периодически перед испытаниями модуля ПН измеряют температуру теплоносителя в жидкостных трактах указанных имитатора и модуля. При средней измеренной температуре, меньшей температуры заправки имитатора теплоносителем и газом, измеряют давление газа в газовой полости компенсатора объема имитатора СТР. Сравнивают это давление с минимально допустимым, определяемым по некоторому соотношению. Если измеренное давление меньше минимально допустимого, то дополняют жидкостный тракт имитатора недостающим количеством теплоносителя из отдельного малогабаритного компенсационного устройства. Техническим результатом изобретения является повышение надежности эксплуатации имитатора СТР в течение длительного времени. 6 ил.

Изобретение относится к учебным пособиям для наглядной имитации движения природных и искусственных небесных тел. Устройство содержит стальной шар (1), имитирующий астероид, круговой желоб (2) и подвижное основание (4), имитирующее космический аппарат (КА). На основании (4) установлены лазерный дальномер (3), солнечные батареи, блок управления и постоянные магниты (не показаны). Для перемещения основания (4) по кругу служит двигатель с ротором (5) и статором (9). Через цапфы (6) и (7) проходят провода, соответственно от блока управления и командной кнопки, размещенной в рукоятке (8). Гравитационное взаимодействие между КА и астероидом имитируется магнитным притяжением шара (1) и указанных постоянных магнитов. Блок управления обеспечивает поддержание расстояния между шаром (1) и магнитами порядка 2 ... 3 см. Техническим результатом изобретения является наглядная демонстрация процесса буксировки КА («гравитационным тягачом») астероида, связанного с КА силой гравитационного притяжения. 2 ил.
Наверх