СИСТЕМА ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2009 года по МПК B64G1/50 

Изобретение, созданное авторами в порядке выполнения служебного задания, относится к космической технике, в частности к системам терморегулирования приборов телекоммуникационного спутника.

Анализ показал, что при суммарной избыточной тепловой мощности, выделяющейся при работе приборов спутника, например 15000 Вт, для обеспечения требуемого теплового режима приборов с точки зрения минимально возможных массовых и энергетических затрат на систему терморегулирования (СТР) космического аппарата (КА) предпочтительно использование СТР, включающей в себя контур с двухфазным теплоносителем, например аммиаком. Известны такие СТР с механическими насосами (гидронасосами), приведенные в монографии "Центр научно-технической информации "Поиск". А.А.Никонов, Г.А.Горбенко, В.Н.Блинков. Теплообменные контуры с двухфазным теплоносителем для систем терморегулирования космических аппаратов (обзор по материалам отечественной и зарубежной печати). Серия: Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Москва, 1991 г." на страницах 44-52 [1]. Общим существенным недостатком известных СТР являются, как показал анализ, то, что неконденсирующиеся газы концентрируют в сборнике газа, а затем с помощью достаточно сложного блока удаляют в космическое пространство, что для автоматических космических аппаратов (КА) - телекоммуникационных спутников недопустимо, так как нарушается ориентация спутника и увеличивается вокруг спутника концентрация газов, а это может способствовать высоковольтному электрическому пробою между токоведущими элементами высоковольтного оборудования; кроме того, блок удаления может потерять герметичность и двухфазный контур выйдет из строя - отказ СТР, то есть известные СТР обеспечивают недостаточно высокую надежность орбитального функционирования КА (образование неконденсирующихся газов возможно, например, в результате процесса коррозии материалов контура из-за наличия в теплоносителе - аммиаке остатков воды, хотя и в очень небольшом количестве).

Анализ источников информации по патентной и научно-технической литературе показал, что наиболее близким по технической сути прототипом предлагаемого технического решения является СТР, приведенная в [1] на страницах 47-48.

Принципиальная схема прототипа с основными элементами изображена на фиг.2, где 1 - линия тракта между элементами, например между выходом из коллектора 6.1 последней (по направлению движения теплоносителя) панели 6 радиатора и входом в гидронасос 2; 3, 4 - панели, на которых установлены приборы, выделяющие избыточное тепло при работе; 5, 6 - панели радиатора, с излучающих поверхностей которых осуществляется сброс избыточного тепла в космическое пространство; 3.1, 4.1, 5.1, 6.1 - коллекторы соответствующих панелей 3-6; 7 - аккумулятор с сильфоном, содержащий корпус 7.1 с зонами (полостями) газа 7.2 и жидкой фазы теплоносителя 7.3; 8 - соединительный трубопровод, сообщающий зону расположения жидкой фазы теплоносителя 7.3 с линией тракта, направленной к входу гидронасоса 2; 9 - устройство удаления неконденсирующихся газов.

Как было указано выше, существенными недостатками известного технического решения является обеспечение СТР недостаточно высокой надежности орбитального функционирования КА. Целью предлагаемого технического решения является устранение вышеуказанного существенного недостатка. Поставленная цель достигается тем, что в контур введен черпаковый насос, причем его входной штуцер соединен с линией тракта, идущей от коллектора панели радиатора, первый выходной штуцер подачи жидкой фазы теплоносителя соединен с линией тракта, идущей к входу гидронасоса, до точки соединения трубопровода, идущего от корпуса аккумулятора, с указанной линией, а второй выходной штуцер подачи парогазовой смеси сообщен через нормально закрытый клапан с зоной расположения газа (паров теплоносителя) в корпусе аккумулятора, что является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого 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 заявляемой СТР.

Принципиальная схема предложенной СТР КА изображена на фиг.1,

где 1 - линия тракта между элементами, например между выходом 9.2 черпакового насоса 9 и входом в гидронасос 2; 3, 4 - панели, на которых установлены приборы, выделяющие избыточное тепло при работе; 5, 6 - панели радиатора, с излучающих поверхностей которых осуществляется сброс избыточного тепла в космическое пространство; 3.1, 4.1, 5.1, 6.1 - коллекторы соответствующих панелей 3-6; 7 - аккумулятор, содержащий корпус 7.1 с зонами концентрации газа (паров теплоносителя) 7.2 и жидкой фазы теплоносителя 7.3; 8 - соединительный трубопровод, сообщающий зону расположения жидкой фазы теплоносителя 7.3 с линией тракта, направленной к входу гидронасоса 2; 9 - черпаковый насос (оригинальной конструкции), обеспечивающий разделение жидкой фазы теплоносителя (в результате возникновения центробежных сил при вращении рабочего колеса насоса) и концентрацию ее в периферийной зоне, а неконденсирующихся газов и паров теплоносителя - в центральной зоне внутри корпуса; 9.1 - входной штуцер; 9.2 - первый выходной штуцер подачи жидкой фазы теплоносителя, который соединен с линией тракта, идущей к входу гидронасоса 2, до точки соединения трубопровода 8, идущего от корпуса аккумулятора 7, с указанной линией; 9.3 - второй выходной штуцер подачи парогазовой смеси, который сообщен через нормально закрытый клапан 10 с зоной расположения газа (паров теплоносителя) в корпусе аккумулятора 7; 9.4 - зона концентрации жидкой фазы теплоносителя в периферийной зоне внутри корпуса насоса 9; 9.5 - зона (центральная) концентрации неконденсирующихся газов и паров теплоносителя внутри корпуса насоса 9.

Работа предложенной СТР происходит следующим образом.

На орбите включены (последовательно во времени) в работу черпаковый насос 9 (возможен вариант включения его в работу с началом нестабильной работы гидронасоса), гидронасос 2, приборы, установленные на панелях 3 и 4. В газовой полости аккумулятора 7 поддерживаются соответствующие величины давлений, обеспечивающие изменение рабочей температуры приборов в допустимых диапазонах в результате испарения теплоносителя в трактах 3.1 и 4.1 - на выходе из тракта коллектора 4.1 теплоноситель практически полностью состоит из паров в случае максимального тепловыделения приборов. В трактах коллекторов 5.1 и 6.1 радиатора происходит конденсация паров теплоносителя - на выходе из тракта коллектора 6.1 теплоноситель состоит из переохлажденной жидкой фазы теплоносителя и, в случае наличия (образования) пузырей неконденсирующихся газов (следует отметить, часть их растворена в жидкой фазе теплоносителя), в черпаковом насосе 9 происходит разделение жидкой фазы теплоносителя от пузырей неконденсирующихся газов и концентрация жидкой фазы в периферийной зоне 9.4 внутри корпуса черпакового насоса 9, а пузыри неконденсирующихся газов концентрируются в центральной зоне 9.5 (величина давления газов и паров в 9.5 выше величины давления теплоносителя в точке соединения трубопровода 8 с линией 1 (то есть выше давления в 7.2) за счет определенного сопротивления участка тракта между выходом 9.2 и вышеуказанной точкой).

Далее жидкая фаза теплоносителя поступает в гидронасос, который обеспечивает циркуляцию теплоносителя в контуре. С течением времени эксплуатации количество неконденсирующихся газов в центральной зоне возрастает и с некоторого момента времени некоторая часть их начинает поступать вместе с жидкой фазой теплоносителя в полость гидронасоса - в этом случае по телеметрии фиксируется начало нестабильной (не влияющей на тепловой режим приборов) работы гидронасоса и с этого момента времени на несколько расчетных секунд открывается клапан 10 и неконденсирующиеся газы поступают в газовую полость аккумулятора 7 (параметры газовой полости аккумулятора 7 выбираются, исходя из прогноза выделения расчетного количества неконденсирующихся газов). После закрытия клапана 10 процесс концентрации неконденсирующихся газов в центральной зоне 9.5 насоса 9 продолжается и в необходимый момент времени снова открывается, а затем закрывается клапан 10.

В результате такой работы СТР обеспечивается изменение температур приборов в допустимых рабочих диапазонах.

Таким образом, как видно из вышеизложенного, в предложенном техническом решении исключен сброс неконденсирующихся газов за борт КА и, следовательно, работа СТР не снижает надежности орбитального функционирования КА, то есть тем самым достигаются цели изобретения.

В настоящее время предложенное авторами техническое решение отражено в технической документации предприятия.

Изобретение относится к космической технике, в частности к системе терморегулирования приборов телекоммуникационного спутника. Система включает в себя контур с двухфазным теплоносителем. Контур содержит соединенные между собой линиями тракта гидронасос, коллекторы панелей, на которых установлены приборы, коллекторы панелей радиатора и аккумулятор. Аккумулятор имеет корпус с зонами расположения в нем газа (паров теплоносителя) и жидкой фазы теплоносителя. Последняя из этих зон сообщена с линией тракта, направленной к входу гидронасоса. При этом в указанный контур введен черпаковый насос, входной штуцер которого соединен с линией тракта, идущей от коллектора панели радиатора. Первый выходной штуцер подачи жидкой фазы теплоносителя черпакового насоса подключен к линии тракта, идущей к входу гидронасоса. Подключение выполнено до точки соединения трубопровода, идущего от корпуса аккумулятора, с указанной линией. Второй выходной штуцер подачи парогазовой смеси черпакового насоса сообщен через нормально закрытый клапан с зоной расположения газа в корпусе аккумулятора. Технический результат изобретения состоит в уменьшении влияния работы системы терморегулирования на надежность орбитального функционирования космического аппарата в целом. 2 ил.

Система терморегулирования космического аппарата, включающая в себя контур с двухфазным теплоносителем, содержащий соединенные между собой линиями тракта гидронасос, коллекторы панелей, на которых установлены приборы, коллекторы панелей радиатора, аккумулятор, содержащий корпус с зоной расположения в нем газа и зоной расположения в нем жидкой фазы теплоносителя, сообщенной соединительным трубопроводом с линией тракта, направленной к входу гидронасоса, отличающаяся тем, что в указанный контур введен черпаковый насос, входной штуцер которого соединен с линией тракта, идущей от коллектора панели радиатора, первый выходной штуцер подачи жидкой фазы теплоносителя соединен с линией тракта, идущей к входу гидронасоса, до точки соединения трубопровода, идущего от корпуса аккумулятора, с указанной линией, а второй выходной штуцер подачи парогазовой смеси сообщен через нормально закрытый клапан с зоной расположения газа в корпусе аккумулятора.