Система терморегулирования космического аппарата
Владельцы патента RU 2541597:
Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" (RU)
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.
Предлагаемое изобретение относится к космической технике и может быть использовано при разработке систем терморегулирования (СТР) телекоммуникационных спутников.
Известная СТР согласно патенту RU 2386572 содержит (см. фиг.1) два независимых, одинаковых по составу бортовых циркуляционных тракта с одинаковым теплоносителем (поз.1 и 2; поз.3, 4, 5 - сотовые панели). При этом каждый из трактов имеет входной и выходной гидроразъемы (поз.1.1 и 2.1; 1.2 и 2.2) для соединения с соответствующими гидроразъемами (поз.8.4 и 10.4; 8.3 и 10.3) съемного блока СТР (поз.11), также содержащего два одинаковых жидкостных тракта (поз.8 и 10), каждый из которых включает в себя по два жидкостно-жидкостных теплообменника (поз.8.1 и 8.2; 10.1 и 10.2). Каждый теплообменник содержит первую жидкостную полость и вторую жидкостную полость: через первые жидкостные полости циркулирует бортовой теплоноситель первого и второго бортового циркуляционного тракта, а через вторые жидкостные полости циркулирует теплоноситель наземной системы обеспечения теплового режима (поз.9).
Проведенный авторами анализ конструкции и данных наземных испытаний известных СТР различных по мощности космических аппаратов (КА) и опытные данные показали, что температура теплоносителя в поперечных сечениях рядом расположенных коллекторов (с dy=12 мм) бортовых циркуляционных трактов СТР с теплоносителем (см. фиг.2, где: 3 (4, 5) - сотовая панель; 3.1, 3.2 - встроенные коллекторы; 6, 7 - приборы, установленные на сотовой панели 3) по всему циркуляционному тракту как при одновременной работе обоих трактов съемного блока, так и при работе только одного тракта съемного блока при условии сохранения одинаковой суммарной хладопроизводительности съемного блока в обоих случаях взаимно отличается менее чем на 0,75°C (в настоящее время для обеспечения оптимально комфортной температуры приборов технические требования к КА телекоммуникационных спутников допускают отличия не более 1°C, что приемлемо с точки зрения допустимого диапазона рабочих температур для коллекторов в пределах от минус 25 до плюс 55°C) - это обусловлено тем, что между бортовыми циркуляционными трактами, как показали опытные исследования, обеспечивается достаточный для достижения этой цели интенсивный теплообмен.
Таким образом, на основе опытных данных можно существенно упростить конструкцию съемного блока - исключить из его состава один жидкостный тракт с двумя теплообменниками.
Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции СТР КА.
Поставленная цель достигается тем, что в предложенной СТР КА, содержащей два независимых, одинаковых по составу, бортовых циркуляционных тракта с теплоносителем, размещенных рядом друг с другом в (на) сотовых панелях, каждый из которых включает в себя входной и выходной гидроразъемы для соединения с гидроразъемами съемного блока системы, включающего жидкостно-жидкостный теплообменник, выполнена таким образом, что в съемном блоке установлен жидкостно-жидкостный теплообменник с хладопроизводительностью, превышающей требуемую хладопроизводительность одного контура не менее чем в 2,1-2,2 раза (установлено опытными данными), и при электрических испытаниях космического аппарата съемный блок подключен к одному из циркуляционных трактов согласно программе испытаний космического аппарата, а другой циркуляционный тракт закольцован жидкостным трактом, имеющим гидравлическое сопротивление, равное гидравлическому сопротивлению жидкостного тракта съемного блока, что и является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого авторами технического решения.
В результате проведенного авторами анализа известной патентной и научно-технической литературы предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого изобретения в известных источниках информации не обнаружено и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемой системе терморегулирования космического аппарата.
На фиг.3 изображена принципиальная схема предложенной СТР КА, где: 1 и 2 - два независимых, одинаковых по составу, бортовых циркуляционных тракта с теплоносителем, размещенных рядом друг с другом в (на) сотовых панелях 3, 4, 5, каждый из которых включает в себя входной и выходной гидроразъемы 1.1 и 2.1; 1.2 и 2.2 для соединения с гидроразъемами 8.4 и 10.4; 8.3 и 10.3 съемного блока 11 системы; в съемном блоке 11 установлен жидкостно-жидкостный теплообменник 8.1 с хладопроизводительностью, превышающей требуемую хладопроизводительность одного контура не менее чем в 2,1-2,2 раза, и при электрических испытаниях космического аппарата съемный блок 11 с теплообменником 8.1 подключен, например, к первому 1 из циркуляционных трактов СТР согласно программе испытаний космического аппарата, а другой циркуляционный тракт 2 закольцован жидкостным трактом 10, имеющим гидравлическое сопротивление 12, равное гидравлическому сопротивлению жидкостного тракта съемного блока 11 (от гидроразъема 8.3 до гидроразъема 8.4).
Работа предложенной СТР КА при наземных испытаниях происходит следующим образом.
Когда подтверждают работоспособность КА при работе (функционировании) одного из двух циркуляционных бортовых жидкостных трактов, к данному тракту, например к первому тракту 1, подключают съемный блок 11 и включают в работу указанный жидкостный тракт 1, наземную систему обеспечения теплового режима 9, обеспечивая хладопроизводительность теплообменника 8.1 не менее чем в 2,1-2,2 раза больше требуемой хладопроизводительности одного тракта, а во втором бортовом жидкостном тракте 2 отсутствует циркуляция теплоносителя.
Далее согласно программе испытаний КА включают в работу оба бортовых циркуляционных тракта (в обоих трактах работают гидронасосы с одинаковой производительностью), увеличивают хладопроизводительность жидкостно-жидкостного теплообменника 8.1 в 2,1-2,2 раза путем увеличения перепада температур между теплоносителем борта и наземной системы обеспечения теплового режима: при этом в обоих бортовых трактах ввиду одинаковости гидравлических сопротивлений трактов, где течет бортовой теплоноситель, расходы в трактах будут одинаковыми, и на входных участках 4.1 и 4.2 встроенных коллекторов сотовой панели 4 (длиной по 0,7-1,2 м до участка сотовой панели 4, где установлены приборы) произойдет интенсивный теплообмен между теплоносителями на этих начальных участках, направленных к бортовым коллекторам, а при дальнейшей циркуляции их по трактам коллекторов сотовых панелей 4, 5, 3 будет практически одинаковый отвод избыточного тепла от приборов к циркулирующим в параллельно расположенных трактах теплоносителем (с разницей температур теплоносителей в любых поперечных сечениях параллельных коллекторов менее чем на 0,75°C). Далее согласно программе испытаний съемный блок 11 подключают ко второму бортовому циркуляционному тракту, а первый циркуляционный тракт закольцовывают закольцовкой, использованной для закольковки второго контура, и вышеуказанные испытания КА повторяют.
Как видно из вышеизложенного, в результате выполнения СТР КА согласно предложенному техническому решению упрощается конструкция его съемного блока, уменьшаются его габариты и масса, что упрощает монтаж-демонтаж съемного блока на борту КА, т.е. таким образом достигаются цели изобретения.
Система терморегулирования космического аппарата, содержащая два независимых, одинаковых по составу, бортовых циркуляционных тракта с теплоносителем, размещенных рядом друг с другом в (на) сотовых панелях, каждый из которых включает в себя входной и выходной гидроразъемы для соединения с гидроразъемами съемного блока системы, включающего жидкостно-жидкостный теплообменник, отличающаяся тем, что в съемном блоке установлен жидкостно-жидкостный теплообменник с хладопроизводительностью, превышающей требуемую хладопроизводительность одного тракта не менее чем в 2,1-2,2 раза, и при электрических испытаниях космического аппарата съемный блок подключен к одному из циркуляционных трактов согласно программе испытаний космического аппарата, а другой циркуляционный тракт закольцован жидкостным трактом, имеющим гидравлическое сопротивление, равное гидравлическому сопротивлению жидкостного тракта съемного блока.
