КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ Российский патент 1998 года по МПК B64G1/58 

Техническое решение относится к косметической технике, а именно к устройству космических аппаратов, предназначенных для работы на геостационарных и высокоэллиптических орбитах, требующих длительных периодов стабилизации относительно Земли в сочетании с высоким уровнем энергопотребления.

Известно устройство косметического аппарата (см. В.М.Залетаев, Расчет теплообмена космического аппарата, М.: Машиностроение, 1979., стр. 31, рис. 1. 4), которое содержит цилиндрический приборный контейнер, панели солнечных батарей, и устройство терморегулирования приборного контейнера, выполненное в виде жалюзей, расположенных на внешней стороне контейнера. Длительные режимы постоянной ориентации аппарата относительно Земли требуют установки механизмов для управления жалюзями с целью поддержания температурного режима контейнера и для поворота панелей солнечных батарей с целью поддержания их ориентации на Солнце. Это ведет к значительному увеличению массы конструкции аппарата.

Известно устройство космического аппарата (см заявку Японии 3296215, МПК B 64 G 1/58), выбранное в качестве прототипа. Это устройство содержит цилиндрический приборный контейнер, поворотные панели солнечных батарей, ось вращения которых соосна продольной оси приборного контейнера, и теплоизолирующий экран, связанный с панелями солнечных батарей. При работе на орбите ИСЗ, например на геостационарной, приборный контейнер находится в стабилизированном относительно Земли положении. Торцы приборного контейнера ориентируются при этом в южном и северном направлениях, а панели солнечных батарей с фотоэлементами вместе со связанным с ними теплоизолирующим экраном поворачиваются относительно контейнера в направлении Солнца. Теплоизолирующий экран затеняет при этом часть контейнера от солнечного излучения.

Недостатком этого устройства косметического аппарата является недостаточная эффективность экранирования контейнера от набегающего теплового потока, так при работе аппарата на высокоэллиптических орбитах возможно попадание потока солнечного излучения не только на незащищенные экраном поверхности контейнера, но и на его торцы, кроме того, тонкая и необладающая достаточной жесткостью конструкция экрана может вносить существенные вибрационные воздействия на аппарат при осуществлении динамических манеров. Данное устройство не обеспечивает и двухуровневое регулирование температуры приборов. Так для обычно устанавливаемой в приборных контейнерах космических аппаратов аппаратуры рабочий диапазон температур лежит, как правило, в диапазоне 0...40 градусов Цельсия, что может поддерживаться средствами терморегулирования контейнера в сочетании с теплоизолирующим экраном. Однако эффективная работа целевой аппаратуры косметических аппаратов, например, ретрансляционных комплексов спутников связи или оптических систем аппаратуры дистанционного зондирования Земли требует охлаждения до более низкого уровня температур, что нельзя осуществить в рассматриваемом техническом решении.

Технической задачей, решаемой предлагаемым техническим решением, является разработка космического аппарата, способного эффективно поддерживать двухуровневый температурный режим приборов при произвольной ориентации относительно Солнца.

Это достигается следующим образом.

В известном космическом аппарате, содержащем цилиндрический приборный контейнер, поворотные панели солнечных батарей, ось вращения которых соосна продольной оси приборного контейнера, и теплоизолирующий экран, связанный с панелями солнечных батарей, новым является то, что теплоизолирующий экран выполнен в виде установленного соосно приборному контейнеру цилиндрического стакана, внутрь которого помещен приборный контейнер. Один торец контейнера соединен с дном стакана, боковая стенка контейнера дополнительно соединена с боковой поверхностью стакана с помощью опор качения, а на другом торце контейнера соосно ему через тепловую развязку установлен цилиндрический радиатор-охладитель. В боковой стенке экрана выполнен вырез, по продольным кромкам которого размещены козырьки, установленные с возможностью обеспечения экранирования радиатора-охладителя от тыльной стороны панелей солнечных батарей.

Кроме того, высота экрана может быть выбрана не меньшей, чем высота контейнера с радиатором-охладителем.

Совокупность сформулированных признаков позволяет создать космический аппарат, решающий поставленную техническую задачу.

Выполнение теплоизолирующего экрана в виде установленного соосно приборному контейнеру цилиндрического стакана, дно которого закреплено на одном торце контейнера дает возможность поместить весь приборный контейнер внутрь теплоизолирующего экрана. Это обеспечивает эффективное экранирование контейнера от солнечного излучения в широком диапазоне углов ориентации аппарата относительно Солнца. Так техническое решение, приведенное в качестве прототипа, дает возможность затенения контейнера от солнечного излучения при угловом положении Солнца относительно плоскости, перпендикулярной продольной оси аппарата, в диапазоне до десяти-пятнадцати градусов. Сформированные признаки с учетом надлежащего выбора высоты экрана в заявляемом техническом решении увеличивает этот диапазон до пятидесяти-шестидесяти градусов.

Размещение на другом торце контейнера через тепловую развязку цилиндрического радиатора-охладителя дает возможность регулирования температуры на более низком по сравнению с контейнером уровне. Это важно для таких приборов космических аппаратов, как бортовые ретрасляционные комплексы и оптические системы датчиков дистанционного зондирования Земли, которые удобно установить на этом торце контейнера и которые требуют более глубокого охлаждения, чем аппаратура контейнера. Вырез, выполненный в боковой стенке экрана, обеспечивает излучение тепла за пределы космического аппарата от боковой стенки контейнера и радиатора-излучателя, а наличие козырьков, расположенных по продольным кромкам выреза, обеспечивает экранирование радиатора-охладителя от тыльной стороны панелей солнечных батарей и предотвращает переотражение излучения от элементов конструкции радиатор-охладитель. Снижение массы конструкции экрана достигается дополнительным соединением боковых стенок стакана с контейнером с помощью опор качения. Это позволяет снизить возмущающие воздействия экрана и поворотных панелей солнечных батарей и уменьшить нагрузки на привод поворота солнечных батарей за счет того, что существенно увеличивается база между опорами качения привода солнечных батарей и опорами на внутренней поверхности стакана.

На фиг. 1 представлен вид на космический аппарат со стороны выреза теплоизолирующего экрана; на фиг. 2 - вид на опору качения; на фиг. 3 - вид на космический аппарат сверху.

Предлагаемый космический аппарат устроен следующим образом.

Космический аппарат, содержащий цилиндрический приборный контейнер 1, поворотные панели солнечных батарей 2, ось вращения которых соосна продольной оси приборного контейнера 3 и теплоизолирующий экран 4. Панели солнечных батарей установлены на теплоизолирующем экране и жестко с ним связаны.

Внутри приборного контейнера установлена аппаратура, требующая для своей работы поддержания температуры на уровне 0...40 градусов Цельсия.

Теплоизолирующий экран выполнен в виде установленного соосно приборному контейнеру цилиндрического стакана. Внутрь него помещен приборный контейнер. Один торец 5 контейнера соединен с дном стакана 6 с обеспечением возможности поворота экрана относительно контейнера. Это может быть обеспечено установкой по оси контейнера привода 7 поворота панели солнечной батареи. Боковая стенка теплоизолирующего экрана дополнительно соединена с боковой поверхностью стакана с помощью опор качения 8. Опоры качения, установленные на внутренней поверхности стакана, контактируют с приборным контейнером.

На другом торце контейнера может быть установлена радиоэлектронная ретрасляционная аппаратура 9 и датчиковая аппаратура 10 дистанционного зондирования Земли из космоса, требующая длительных режимов ориентация на Землю и пддержания температурного режима более низкого уровня, чем температурный режим в приборном контейнере.

Соосно приборному контейнеру через тепловую развязку 11 установлен цилиндрический радиатор-охладитель 12. Тепловая развязка между контейнером и радиатором-охладителем может быть выполнена из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например из углепластика. Радиатор-охладитель может быть выполнен из алюминиевого сплава, а внешняя его поверхность выполнена с требуемыми оптическими характеристиками. Радиатор-охладитель охватывает приборы, установленные на торце контейнера. Тепловая связь между аппаратурой, требующей низкого уровня охлаждения, и радиатором охладителем может быть выполнена, например, с помощью тепловых труб.

В боковой стенке экрана выполнен вырез, по продольным кромкам 13 которого размещены козырьки 14. Они установлены с возможностью обеспечения экранирования радиатора-охладителя от тыльной стороны панелей солнечных батарей. Площадь выреза теплоизолирующего экрана выбирается из условия гарантированного сброса тепла с боковой поверхности контейнера и радиатора-охладителя.

Кроме пересеченных элементов, на космическом аппарате устанавливаются непоказанные на чертежах датчики ориентации, двигательная установка и другие системы космического аппарата.

Предлагаемый космический аппарат работает следующим образом.

После выведения космического аппарата на орбиту происходит развертывание панелей солнечных батарей и ориентация космического аппарата в пространстве. При этом продольная ось аппарата, как правило, ориентируется в направлении север-юг, а целевая аппаратура, например, аппаратура дистанционного зондирования Земли, размещенная на торце контейнера путем разворота контейнера относительно продольной оси наводится на заданные районы Земли. При этом осуществляется разворот теплоизолирующего экрана вместе с панелями солнечных батарей относительно контейнера в направлении на Солнце. При этом обеспечивается максимальный съем энергии с панелей солнечных батарей, а вырез в экране располагается в теневой стороне. При введении аппарата на ОИСЗ, проведении динамических маневров космическим аппаратом и вращении экрана относительно контейнера опоры качения предохраняют конструкцию экрана и контейнера от дополнительных нагрузок.

При движении аппарата по орбите осуществляется разворот теплоизолирующего экрана вместе с панелями относительно контейнера для отслеживания панелями положения Солнца, а вырезом теневой стороны. Боковые стенки экрана и его дно затеняют корпус контейнера и радиатор-охладитель от прямого попадания на них солнечных лучей S и переизлучения тепловой энергии от элементов конструкции. Сброс тепла от стенок контейнера при работе аппарата происходит сквозь вырез в боковой стенке экрана. Охлаждение аппаратуры связи или дистанционного зондирования Земли до более низкого уровня температур по сравнению с температурой приборного отсека осуществляется сбросом тепла с радиатора-охладителя также через вырез в экране. Тепловая развязка между контейнером и радиатором охладителем препятствует перетеканию тепловой энергии от контейнера к радиатору-охладителю. Козырьки препятствуют при этом переизлучению тепловой энергии от тыльной стороны панелей солнечных батарей на радиатор-охладитель.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает эффективную работу спутника на эллиптических и геостационарной орбитах. Предлагаемый космический аппарат может быть изготовлен на промышленных предприятиях, специализирующихся на разработке и изготовлении космической техники.

Использование: в космических аппаратах, предназначенных для работы на геостационарных и высокоэллиптических орбитах, требующих длительных периодов стабилизации относительно Земли в сочетании с высоким уровнем энергопотребления. Сущность изобретения: в космическом аппарате, содержащем цилиндрический приборный контейнер, поворотные панели солнечных батарей, ось вращения которых соосна продольной оси приборного контейнера, и теплоизолирующий экран, связанный с панелями солнечных батарей, теплоизолирующий экран выполнен в виде установленного соосно приборному контейнеру цилиндрического стакана, внутрь которого помещен приборный контейнер. Один торец контейнера соединен с дном стакана, боковая стенка контейнера дополнительно соединена с боковой поверхностью стакана с помощью опор качения, а на другом торце контейнера соосно ему через тепловую развязку установлен цилиндрический радиатор-охладитель. В боковой стенке экрана выполнен вырез, по продольным кромкам которого размещены козырьки, установленные с возможностью обеспечения экранирования радиатора-охладителя от тыльной стороны панелей солнечных батарей. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Космический аппарат, содержащий цилиндрический приборный контейнер, поворотные панели солнечных батарей, ось вращения которых соосна с продольной осью приборного контейнера, и теплоизолирующий экран, жестко связанный с панелями солнечных батарей, отличающийся тем, что теплоизолирующий экран выполнен в виде установленного соосно с приборным контейнером цилиндрического стакана, внутрь которого помещен приборный контейнер, один торец которого соединен с дном стакана с обеспечением возможности поворота экрана относительно контейнера, боковая стенка дополнительно соединена с боковой поверхностью стакана с помощью опор качения, а на другом его торце соосно с контейнером через тепловую развязку установлен цилиндрический радиатор-охладитель, причем в боковой стенке экрана выполнен вырез, по продольным кромкам которого размещены козырьки, установленные с возможностью обеспечения экранирования радиатора-охладителя от тыльной стороны панелей солнечных батарей. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что высота экрана выбрана не меньшей, чем высота контейнера с радиатором-охладителем.