СИСТЕМА ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2003 года по МПК B64G1/50 B64G5/00 

Изобретение относится к космической технике, в частности к системе терморегулирования (СТР) космического аппарата (KА).

В настоящее время для обеспечения теплового режима приборов, установленных в составе связных спутников (например, типа "Молния"), широко используются газожидкостные СТР (пример передачи тепла двумя теплоносителями), описание которых приведено на стр. 14-16, рис. 2.3 монографии: О.Б.Андрейчук, Н. Н. Малахов. Тепловые испытания космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1982. При наземных испытаниях указанных спутников и их СТР, например при подготовке к запуску, избыточное тепло, выделяющееся при работе приборов, отводится от теплоносителя СТР к хладоносителю наземной системы.

Анализ источников информации по патентной и научно-технической информации показал, что наиболее близким по технической сути прототипом предлагаемого технического решения является газожидкостная СТР, изложенная на стр. 114-115, рис. 7.1 (см. вышеупомянутую монографию), которая содержит в своем составе жидкостно-жидкостный теплообменник, предназначенный для передачи избыточного тепла от теплоносителя СТР к хладоносителю наземной системы. В настоящее время с целью уменьшения массы связных спутников указанный теплообменник установлен снаружи гермоконтейнера и выполнен съемным перед запуском спутника - подключен к жидкостному тракту СТР с помощью двух концевых вентилей параллельно радиатору (см. фиг.4).

Известная газожидкостная СТР КА (см. фиг.4), конструктивно выполненная как единое целое, содержит два замкнутых циркуляционных тракта: газовый, включающий в себя гермоконтейнер 1, в котором установлены вентилятор 2 и газожидкостный теплообменник 3, и жидкостный, включающий в себя компенсатор объема 4, электронасосный агрегат 5, жидкостную плату приборов 6, регулятор расхода жидкости 7, съемное оборудование системы, содержащее фильтр 8, а также жидкостно-жидкостный теплообменник 9, предназначенный для передачи тепла от СТР наземной системе при испытаниях и подготовке спутника к запуску, и вентили 10, предназначенные для слива (заправки) теплоносителя из съемного оборудования перед снятием его со спутника перед запуском (в случае отмены запуска после снятия съемного оборудования из-за неисправности спутника: для заправки съемного оборудования теплоносителем после повторной установки его на спутнике для проведения необходимых дополнительных испытаний), подключенные через концевые вентили 11 параллельно радиатору 12 и установленному перед ним (после электронасосного агрегата) отсечному вентилю 13.

Сравнительный анализ показал, что существенными недостатками известного технического решения являются:
1. Недостаточно высокие надежность и продолжительность орбитального функционирования СТР, связанные с относительно высокой негерметичностью ее двух концевых вентилей 11 (после снятия съемного оборудования перед запуском спутника эти вентили закрыты и их свободные разъемы - штуцеры с резьбой, используемые для присоединения трубопроводов съемного оборудования, заглушены; при этом достигнутая в настоящее время существующая негерметичность каждого вентиля составляет 0,001 л • мкм рт.ст./с по гелию).

2. Одновременно сложность наземных средств и сооружений, используемых при подготовке СТР перед запуском спутника (после всех испытаний перед запуском из съемного оборудования СТР сливают теплоноситель и снимают его со спутника, а при отмене запуска съемное оборудование повторно устанавливают на спутнике и его заправляют теплоносителем: ввиду использования в жидкостном тракте СТР пожароопасного и взрывоопасного теплоносителя слив (заправку) теплоносителя осуществляют в специальном сооружении (помещении) с использованием специального заправочно-сливного устройства с контрольно-проверочной аппаратурой).

Целью предлагаемого авторами технического решения является устранение вышеперечисленных существенных недостатков.

Поставленная цель достигается выполнением СТР КА таким образом, что в съемном оборудовании между фильтром и теплообменником дополнительно установлено компенсационное устройство с зафиксированным в крайнем положении сильфоном, вход которого соединен со вторым выходом теплообменника, выход - с входом фильтра, а второй вход теплообменника и выход фильтра через гибкие металлические трубопроводы с разъемами гидравлическими на концах соединены с выходным и входным разъемами гидравлическими системы, которые в свою очередь соединены с остальной частью жидкостного тракта системы соответственно через гибкий металлический трубопровод и через проточный вентиль, что и являются, 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 устройстве.

Принципиальная схема предлагаемой СТР КА изображена на фиг.1.

Предлагаемая газожидкостная СТР KА, конструктивно выполненная как единое целое, содержит два замкнутых циркуляционных тракта: газовый, включающий в себя гермоконтейнер 1, в котором установлены вентилятор 2 и газожидкостный теплообменник 3, и жидкостный, включающий в себя компенсатор объема 4, электронасосный агрегат 5, жидкостную плату приборов 6, регулятор расхода жидкости 7, съемное оборудование системы, содержащее фильтр 8, теплообменник 9 (жидкостно-жидкостный), компенсационное устройство 10 с зафиксированным в крайнем положении сильфоном 10.1, вход которого соединен со вторым выходом теплообменника 9, выход - с входом фильтра 8, а второй вход теплообменника 9 и выход фильтра 8 через гибкие металлические трубопроводы 14 с разъемами гидравлическими 11 на концах соединены с выходным и входным разъемами гидравлическими 17 системы, которые в свою очередь соединены с остальной частью жидкостного тракта системы соответственно через гибкий металлический трубопровод 15 и через проточный вентиль 16; причем (см. фиг.2) входной и выходной разъемы гидравлические 17 после снятия съемного оборудования состыкованы между собой, проточный вентиль 16 закрыт, а сильфон 10.1 (см. фиг.3) компенсационного устройства 10 съемного оборудования установлен автономно (т. е. расфиксирован); съемное оборудование в целом (см. фиг.1) подключено параллельно радиатору 12 и установленному перед ним (после электронасосного агрегата 6) отсечному вентилю 13.

Работа предложенной СТР КА происходит следующим образом.

При наземных испытаниях и подготовке спутника к запуску СТР обеспечивает (см. фиг. 1) передачу избыточного тепла, выделяющегося при работе приборов спутника, наземной системе, подключаемой к первым входу и выходу теплообменника 9; при этом вентиль 13 закрыт, а вентиль 16 открыт и теплоноситель циркулирует через съемное оборудование, в частности через вторую полость теплообменика 9, и передает тепло хладоносителю наземной ситемы, циркулирующему через первую полость теплообменика 9; причем сильфон 10.1 компенсационного устройства 10 зафиксирован в крайнем положении (для исключения возмущений на протекающий теплоноситель от колебаний сильфона) и последний выполняет роль обычного трубопровода.

После завершения всех испытаний спутника съемное оборудование с него снимается: открывают вентиль 13 и закрывают вентиль 16, разъединяют разъемы гидравлические 11 от разъемов гидравлических 17, сильфон 10.1 компенсационного устройства 10 устанавливают автономно (чтобы он мог изменять свое положение при компенсации температурного изменения объема теплоносителя, находящегося в замкнутом объеме съемного оборудования после разъединения разъемов гидравлических 11 и 17) и снимают со спутника съемное оборудование без слива теплоносителя из него (а при отмене запуска съемное оборудование повторно устанавливают на спутнике без перезаправки его теплоносителем) (см. фиг.1 и 3). После снятия съемного оборудования разъемы гидравлические 17 СТР состыковывают между собой (теплоноситель будет циркулировать через и мимо радиатора 12, см. фиг.2), которые (созданные в последнее время) в состыкованном состоянии имеют негерметичность не более 0,001 л • мкм рт.ст./с, в то время как в прототипе два концевых вентиля, используемых в настоящее время, имеют суммарную величину негерметичности, равную 0,002 л • мкм рт.ст./с, т. е. в этой части степень герметичности жидкосного тракта в предложенной СТР в 2 раза лучше (проточные вентили в настоящее время практически герметичны из-за соединения их с остальной частью СТР сваркой) и утечки теплоносителя в орбитальном функционировании спутника будут существенно меньше и СТР будет работоспособна в течение более продолжительного времени и более надежно.

Таким образом, как видно из вышеизложенного, в результате выполнения СТР КА согласно предложенному авторами техническому решению повышаются надежность и продолжительность орбитального функционирования системы и, следовательно, спутника в результате более высокой степени герметичности жидкостного тракта СТР и одновременно упрощаются наземные средства и сооружения подготовки СТР перед запуском спутника в результате отсутствия необходимости иметь в монтажно-испытательном корпусе специальное помещение со специальным оборудованием и аппаратурой (для слива теплоносителя из съемного оборудования СТР перед снятием его со спутника и для заправки теплоносителем съемного оборудования в случае повторной установки его на спутнике), т.е. тем самым достигаются цели изобретения.

В настоящее время предложенное авторами техническое решение отражено в технической документации НПО прикладной механики, по которой будет изготавливаться СТР вновь создаваемого связного спутника.

Изобретение относится к космической технике и, в частности, к системе терморегулирования космического аппарата. Согласно изобретению данная система содержит газовый и жидкостный тракты. Между фильтром и теплообменником съемного оборудования жидкостного тракта дополнительно установлено компенсационное устройство с сильфоном. Сильфон зафиксирован в своем крайнем положении, его вход соединен со вторым выходом теплообменника, а выход - с входом фильтра. Второй вход теплообменника и выход фильтра через гибкие металлические трубопроводы с гидравлическими разъемами на концах соединены с выходным и входным гидравлическими разъемами системы. Последние соединены с остальной частью жидкостного тракта системы через гибкий металлический трубопровод и проточный вентиль. После наземных испытаний (перед пуском космического аппарата) съемное оборудование демонтируется, и указанные разъемы стыкуются друг с другом. Проточный вентиль закрывается, сильфон расфиксируется и работает автономно. Изобретение позволяет повысить надежность и длительность работы системы на орбите, упростив ее подготовку перед пуском. 4 ил.

Система терморегулирования космического аппарата, содержащая газовый тракт, включающий в себя гермоконтейнер и установленные в нем газожидкостный теплообменник и вентилятор, а также жидкостный тракт, включающий в себя компенсатор объема, электронасосный агрегат, жидкостные платы приборов, регулятор расхода жидкости, съемное оборудование системы, включающее в себя фильтр и теплообменник, подключенные параллельно радиатору и установленному перед радиатором отсечному вентилю, отличающаяся тем, что в указанном съемном оборудовании между фильтром и теплообменником дополнительно установлено компенсационное устройство с зафиксированным в крайнем положении сильфоном, вход которого соединен со вторым выходом теплообменника, выход - с входом фильтра, а второй вход теплообменника и выход фильтра через гибкие металлические трубопроводы с гидравлическими разъемами на концах соединены с выходным и входным гидравлическими разъемами системы, которые, в свою очередь, соединены с остальной частью указанного жидкостного тракта системы соответственно через гибкий металлический трубопровод и через проточный вентиль.