СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2012 года по МПК B64G1/50 G01M99/00 

Изобретение относится к космической технике, в частности к способам изготовления телекоммуникационных спутников, в составе которых применяется система терморегулирования (СТР) с двухфазным теплоносителем - например, аммиаком.

Известны способы изготовления космических аппаратов (КА), например, согласно патентам Российской Федерации (РФ) №№2305058 [1], 2209751 [2], включающие сборку КА и наземные электрические испытания на работоспособность (в течение нескольких месяцев на различных рабочих местах: в стапеле, термобарокамере, безэховой камере и на установках, имитирующих различные механические воздействия, возможные при наземной эксплуатации, на участке выведения и орбите) при функционировании всех его приборов и устройств по штатным циклограммам работы. При этом обеспечение требуемого рабочего температурного режима работы приборов и устройств КА (например, в диапазоне от 20 до 35°С) осуществляется работой бортовой СТР с отводом избыточного тепла в наземную систему обеспечения теплового режима (СОТР): часть избыточного тепла отводится с помощью воздушной СОТР - обдувом радиационных поверхностей КА, а другая часть избыточного тепла отводится циркулирующим в бортовых жидкостных трактах (встроенных в сотовые панели или проложенных на них, на которых установлены приборы и устройства КА) штатным теплоносителем, который в жидкостно-жидкостном теплообменнике (ЖЖТ) передает избыточное тепло холодоносителю жидкостной СОТР, циркулирующему через вторую полость ЖЖТ.

Когда в жидкостных трактах СТР КА циркулирует однофазный теплоноситель, например, относительно безопасный ЛЗ-ТК-2 ТУ 38.101388-79 (подобный по своим характеристикам изооктану), вышеуказанные известные способы, как показывает многолетний опыт, обеспечивают безопасное и безотказное проведение электрических испытаний КА.

В настоящее время в мощных по электропотреблению КА (см. патент РФ №2369537 [3]) применяется СТР, в жидкостных трактах которой циркулирует двухфазный теплоноситель - например, аммиак, который, с одной стороны - высокоэффективный теплоноситель, а с другой стороны - высокоопасный и ядовитый теплоноситель: согласно ГОСТ 6221-90 предельно допустимая концентрация (ПДК) паров аммиака в воздухе рабочей зоны производственных помещений должна быть не более 20 мг/м³, в то время как для изооктана ГОСТ 12433-83 (подобного по своим характеристикам автомобильным бензинам), ПДК равна 300 мг/м³, т.е. применение аммиака в СТР при наземных электрических испытаниях КА - потенциально опасно и не обеспечивает безотказное проведение электрических испытаний КА и безопасность для обслуживающего персонала при испытаниях, например, в случае несанкционированного ухудшения степени герметичности жидкостных трактов и попадания недопустимого количества аммиака в окружающее пространство.

Таким образом, существенным недостатком известных способов изготовления КА с СТР, в жидкостных трактах которых в качестве теплоносителя применяется аммиак, является обеспечение недостаточно высокой безопасности и надежности изготовления КА, начиная с момента заправки жидкостных трактов аммиаком и в процессе дальнейших наземных электрических испытаний.

Для дальнейшего рассмотрения авторами в качестве прототипа выбрано техническое решение [3], по которому изготовление КА с СТР, в жидкостных трактах которой в качестве теплоносителя применяется аммиак, включает в себя следующие основные операции:

- осуществляют сборку КА, в т.ч. СТР, из комплектующих;

- заправляют жидкостные тракты СТР КА аммиаком;

- проводят наземные электрические испытания КА;

- запускают КА на орбиту.

Целью предлагаемого авторами технического решения является устранение вышеперечисленного существенного недостатка известного решения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления космического аппарата, включающем операции сборки его из комплектующих, заправки жидкостных трактов системы терморегулирования штатным двухфазным теплоносителем, проведения наземных электрических испытаний до запуска его на орбиту, после сборки жидкостные тракты предварительно заправляют технологическим однофазным безопасным теплоносителем, например, теплоносителем изооктаном или подобным ему, совместимым с жидкостными трактами, а после окончания наземных электрических испытаний космического аппарата сливают его и жидкостные тракты заправляют штатным двухфазным теплоносителем - аммиаком, 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 изготовления КА.

Согласно предложенному авторами техническому решению изготовление космического аппарата, например телекоммуникационного спутника, осуществляют в следующей последовательно в нижеуказанном объеме (см. чертеж, где изображена принципиальная схема КА и обеспечения температурного режима его при наземных электрических испытаниях: 1 - космический аппарат; 2.1 - жидкостные тракты СТР; 2.1.1 - заправочный штуцер; 2.2 - гидронасос; 3 - воздушная СОТР; 4 - жидкостная СОТР):

- осуществляют сборку КА, в том числе СТР, из комплектующих;

- предварительно заправляют вакуумированные жидкостные тракты СТР однофазным теплоносителем, например, изооктаном (проведенный авторами анализ показал, что изооктан наиболее полно удовлетворяет как теплоноситель к предъявляемым к нему требованиям:

- величина его плотности близка к значению плотности жидкого аммиака и он совместим с жидкостными трактами;

- ПДК изооктана в ≈50 раз выше ПДК аммиака;

- расход однофазного изооктана, обеспечиваемого электронасосным агрегатом, в жидкостных трактах будет в 1,8 раза больше расхода жидкого аммиака (из-за существенно низкого гидравлического сопротивления при течении в жидкостных трактах однофазного изооктана) и номинальный температурный режим приборов и устройств (например, в диапазоне (20-35)°С) при проведении электрических испытаний обеспечится при температуре циркулирующего изооктана (5-20)°С, что гарантированно обеспечивается при одновременной работе воздушной и жидкостной СОТР (то, что требуемый рабочий температурный режим приборов и устройств КА обеспечивается, предварительно подтверждают численными анализами и соответствующими электрическими испытаниями отработочного КА (теплового макета КА) при заправленных жидкостных трактах СТР как изооктаном, так и аммиаком);

- многолетний опыт работы с теплоносителем ЛЗ-ТК-2, состоящим из изооктана, подтверждает безопасное и высоконадежное проведение электрических испытаний при несанкционированных нарушениях степени герметичности жидкостного тракта в результате отработанной технологии обнаружения и устранения таких недостатков при применении ЛЗ-ТК-2 (изооктана); анализ показывает, что в случае несанкционированного нарушения степени герметичности жидкостных трактов, в которых циркулирует аммиак, - это чрезвычайное происшествие с возможными самыми тяжелыми последствиями для обслуживающего персонала в случае несвоевременного использования защитных противогазов (при применении ЛЗ-ТК-2 (изооктана) обслуживающий персонал не использует противогазы));

- осуществляют наземные электрические испытания КА;

- по окончании электрических испытаний сливают из жидкостных трактов изооктан;

- заправляют предварительно вакуумированные жидкостные тракты СТР требуемым количеством чистого аммиака и герметизируют заправочный штуцер жидкостных трактов;

- запускают КА на орбиту.

Как следует из вышеизложенного, в результате использования предложенного авторами технического решения обеспечивается требуемая высокая безопасность для обслуживающего персонала и апробированное высоконадежное проведение наземных электрических испытаний мощного по электропотреблению КА, т.е. таким образом достигается цель изобретения.

Изобретение относится преимущественно к изготовлению и наземным испытаниям телекоммуникационных спутников, в составе которых применяется система терморегулирования (СТР) с двухфазным теплоносителем (аммиаком). Способ включает сборку космического аппарата (КА) из комплектующих, заправку жидкостных трактов СТР теплоносителем и проведение наземных электрических испытаний до запуска КА на орбиту. При этом после сборки жидкостные тракты заправляют технологическим однофазным теплоносителем, например, изооктаном или подобным ему. Этот теплоноситель является безопасным и совместимым с жидкостными трактами СТР. По окончании наземных электрических испытаний сливают данный теплоноситель, а жидкостные тракты заправляют штатным двухфазным теплоносителем (аммиаком). Технический результат изобретения состоит в обеспечении высокой надежности и безопасности для обслуживающего персонала проведения наземных электрических испытаний электроэнергоемкого КА, в жидкостных трактах СТР которого штатно циркулирует аммиак. 1 ил.

Способ изготовления космического аппарата, включающий операции сборки его из комплектующих, заправки жидкостных трактов системы терморегулирования штатным двухфазным теплоносителем, проведения наземных электрических испытаний до запуска его на орбиту, отличающийся тем, что после сборки жидкостные тракты предварительно заправляют технологическим однофазным безопасным теплоносителем, например теплоносителем изооктаном или подобным ему, совместимым с жидкостными трактами, а после окончания наземных электрических испытаний космического аппарата сливают его и жидкостные тракты заправляют штатным двухфазным теплоносителем - аммиаком.