СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2011 года по МПК B64G1/50 

Изобретение относится к космической технике, в частности к системам терморегулирования (СТР) телекоммуникационных спутников.

В настоящее время в процессе эксплуатации космического аппарата (КА) на орбите (например, телекоммуникационных спутников типа «Экспресс-АМ», СТР которых обеспечивает отвод избыточного тепла - долю потребляемой мощности приборов, превращенной в тепло, путем передачи его практически полностью жидкому теплоносителю, циркулирующему через их жидкостные тракты охлаждения) с целью диагностики и прогнозирования нормального функционирования его проводят периодический контроль работы его систем, в том числе СТР, путем измерения показаний соответствующих датчиков, установленных на борту: см. патенты Российской Федерации (РФ) №2151721 [1], 2164884 [2].

Анализ источников информации по патентной и научно-технической литературе показал, что наиболее близким по технической сути прототипом предлагаемого технического решения является способ контроля работы СТР КА согласно [2].

Известный вышеуказанный способ контроля работы СТР включает в себя:

- телеметрические измерения при орбитальном функционировании температуры теплоносителя на входе и выходе из жидкостных трактов охлаждения приборов, тока нагрузки и напряжения питания этих приборов;

- при наземных испытаниях определена доля потребляемой мощности вышеуказанных приборов, превращенная в тепло, которое полностью передано жидкостному (однофазному) теплоносителю, циркулирующему через их жидкостные тракты охлаждения,

на основе вышеуказанных данных определяют расход теплоносителя через жидкостные тракты охлаждения в условиях орбитального функционирования, обеспечиваемый электронасосным агрегатом (ЭНА), и судят о работоспособности ЭНА и СТР в целом в данный момент, и диагностируют о работоспособности их в перспективе при дальнейшей эксплуатации на орбите.

Анализ показал, что такой способ контроля работы СТР обеспечивает достоверный контроль величины расхода жидкого теплоносителя в СТР КА типа «Экспресс-АМ», в которых вся доля потребляемой мощности приборов, превращенная в тепло, передается полностью циркулирующему в жидкостных трактах жидкому (однофазному) теплоносителю.

В настоящее время СТР КА разрабатывают по комбинированной схеме, например согласно патенту РФ №2362713, где доля потребляемой мощности, превращенная в тепло, одновременно передается многочисленным (несколько десятков или сот) тепловым трубам и жидкому теплоносителю, циркулирующему в жидкостных трактах СТР, и как показал анализ, проведенный авторами, практически не представляется возможным вычленить количество тепла, переданное жидкому теплоносителю, т.е. по известному техническому решению величина расхода теплоносителя будет определена недостоверно.

В случае применения в составе КА СТР с двухфазным теплоносителем, например согласно патенту РФ №2369537, величина расхода теплоносителя также будет определена недостоверно, т.к. величины температур теплоносителя на входе и выходе из жидкостных трактов охлаждения приборов при различных количествах отводимого тепла практически мало изменяются, т.к. количество отводимого тепла в основном определяется долей испарившегося двухфазного теплоносителя при одном и том же его массовом расходе (жидкой фазы теплоносителя), обеспечиваемом ЭНА.

Таким образом, как следует из вышеизложенного, существенным недостатком известного способа контроля работы СТР [2] является недостаточно высокая достоверность контроля работы СТР, обусловленная недостоверным определением величины расхода теплоносителя в жидкостных трактах СТР, обеспечиваемого ЭНА.

Целью предлагаемого авторами технического решения является устранение вышеуказанного существенного недостатка.

Поставленная цель достигается тем, что при контроле работы СТР КА при орбитальном функционировании его осуществляют телеметрические измерения температур теплоносителя участков жидкостного тракта, напряжения питания электронасосного агрегата, при этом при контроле дополнительно измеряют величину тока потребления электронасосного агрегата и по ней определяют значение расхода теплоносителя в жидкостных трактах, используя данные при изготовлении электронасосного агрегата и данные при наземных электрических испытаниях системы в составе аппарата, полученные в виде зависимости величины расхода теплоносителя в жидкостных трактах СТР от тока потребления электронасосного агрегата, и сравнивают их с допустимыми значениями, что и является, 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 способе контроля работы СТР КА.

На фиг.1 и 2 изображены принципиальные схемы реализации предлагаемого технического решения (при наземных электрических испытаниях (фиг.1) и при орбитальном функционировании (фиг.2)), где: 1 - космический аппарат (КА); 2 - сотовая панель, на которой установлены приборы 3; в сотовую панель 2 встроены тепловые трубы 4 и к обшивке сотовой панели 2 прикреплены жидкостные тракты 5; 6 - электронасосный агрегат; 7 - датчик тока; 8 - гидроаккумулятор; 9 - датчики температур; 10 - система телеметрии; 11 - гидроразъемы СТР; 12 - съемное оборудование СТР (снимается после проведения наземных электрических испытаний КА); 13 - датчик расхода; 14 - гидроразъемы съемного оборудования СТР.

Предлагаемый способ контроля работы СТР КА включает в себя нижеуказанные операции, выполняемые в следующей последовательности:

1. В процессе (автономного) изготовления ЭНА 6 при различных величинах напряжения питания, перепадов давления на ЭНА и температуре циркулирующего теплоносителя, возможных в условиях эксплуатации на орбите, измеряют величины тока потребления и производительности (расхода) ЭНА и данные измерений помещают в виде таблицы и графиков функции V=f(i),

где V - конкретное значение расхода теплоносителя, обеспечиваемое ЭНА, см³/с;

i - значение тока потребления ЭНА при вышеуказанном конкретном значении расхода теплоносителя, А.

2. В процессе наземных электрических испытаний КА 1 измеряют значения расхода теплоносителя по показанию датчика расхода 13, установленного в съемном оборудовании СТР 12, тока потребления ЭНА 6 по телеметрическому датчику тока 7, установленному на борту КА 1 и сравнивают соответствия измеренных значений вышеуказанных параметров при наземных электрических испытаниях КА 1 с измеренными значениями тока потребления и расхода теплоносителя, полученными в процессе изготовления ЭНА 6.

3. Во время орбитального функционирования КА периодически осуществляют телеметрические измерения температур теплоносителя датчиками 9 (в том числе на выходе из ЭНА 6), напряжения питания ЭНА 6, тока потребления датчиком 7 ЭНА 6 и по измеренной величине тока потребления датчиком 7 ЭНА 6 определяют величину расхода теплоносителя в жидкостных трактах 5, обеспечиваемого ЭНА 6, с использованием как данных изготовления ЭНА 6, так и данных электрических испытаний ЭНА 6 в составе КА 1, т.е. определение величины расхода в жидкостных трактах 5 дублируют (тем самым обеспечивают высоконадежное достоверное определение ее величины), что важно как для диагностики, так и для прогноза нормального функционирования СТР - вышеуказанное измеренное значение тока потребления ЭНА 6 и определенное значение расхода V теплоносителя должны соответствовать требуемым нормам нормального функционирования ЭНА и СТР в целом в условиях орбитального функционирования КА 1.

Таким образом, как следует из вышеизложенного, из процесса контроля расхода теплоносителя V в жидкостных трактах 5 СТР исключена ненадежная и недостоверная трудоемкая операция определения доли потребляемой мощности приборов 3, превращенной в тепло и отводимой теплоносителем, циркулирующим в жидкостных трактах 5, и достоверное определение величины расхода теплоносителя V осуществляется высоконадежным и достоверным телеметрическим измерением величины тока потребления i ЭНА 6, и, таким образом, обеспечивается повышение достоверности контроля (диагностики и прогнозирования) работы СТР современных КА в условиях орбитального функционирования, СТР которых выполнена по комбинированной схеме: тепловые трубы плюс жидкостные тракты, или в СТР применяется двухфазный теплоноситель, т.е. тем самым достигается цель изобретения.

Изобретение относится к системам терморегулирования (СТР) космических аппаратов, преимущественно телекоммуникационных спутников. Контроль работы СТР осуществляется при орбитальном функционировании космического аппарата. Способ включает телеметрические измерения температур теплоносителя участков жидкостных трактов и напряжения питания электронасосного агрегата (ЭНА). При этом дополнительно измеряют ток потребления ЭНА и по его величине определяют значение расхода теплоносителя в жидкостных трактах. Для этого используют данные, полученные при изготовлении ЭНА и при наземных электрических испытаниях СТР в составе аппарата. Данные представляют в виде зависимости расхода теплоносителя в жидкостных трактах СТР от тока потребления ЭНА. Измеренные значения сравнивают с допустимыми. Технический результат изобретения состоит в повышении достоверности контроля (диагностики и прогнозирования) работы СТР с двухфазным теплоносителем или выполненной по комбинированной схеме - с тепловыми трубами и жидкостными трактами. 2 ил.

Способ контроля работы системы терморегулирования космического аппарата при его орбитальном функционировании, включающий телеметрические измерения температур теплоносителя участков жидкостных трактов и напряжения питания электронасосного агрегата, отличающийся тем, что при указанном контроле дополнительно измеряют величину тока потребления электронасосного агрегата и по ней определяют значения расхода теплоносителя в жидкостных трактах, используя данные, полученные при изготовлении электронасосного агрегата и при наземных электрических испытаниях системы терморегулирования в составе аппарата - в виде зависимости величины расхода теплоносителя в жидкостных трактах системы терморегулирования от тока потребления электронасосного агрегата, и сравнивают эти значения с допустимыми.