ТЕПЛОФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2012 года по МПК B64G7/00 B64G1/50 

Изобретение относится к космической технике, в частности к теплофизическим моделям (тепловым макетам) телекоммуникационных спутников.

Согласно патенту Российской Федерации (РФ) №2139228 [1] известен тепловой макет (теплофизическая модель) космического аппарата (КА), система терморегулирования (СТР) которого, в частности, в части устройств СТР: гидроблока - электронасосного агрегата (ЭНА) и компенсатора объема (гидроаккумулятора), установленных в жидкостном контуре и обеспечивающих соответственно требуемые (штатные) величины расхода и давления циркулирующего в жидкостных трактах теплоносителя, соответствует штатному составу.

В настоящее время СТР мощных телекоммуникационных спутников с длительным сроком эксплуатации на орбите (не менее 15 лет) и с высокой надежностью (с вероятностью безотказной работы в течение 15 лет не менее 0,99) содержат (см. патент RU 2346861 С2 [2]) два гидравлически независимых друг от друга дублированных жидкостных контура, в каждом из которых применяется по одному гидроаккумулятору и по одному ЭНА, состоящему из двух гидронасосов (основного - работающего и резервного, находящегося в ненагруженном режиме) с автономными электродвигателями, прикрепленными к фланцам общего корпуса ЭНА.

В случае разработки теплофизической модели спутника [2] ее СТР согласно [1], в частности, в части ЭНА и гидроаккумуляторов должна быть штатной, т.е. в каждом контуре должны быть по одному штатному ЭНА и штатному гидроаккумулятору.

Анализ, проведенный авторами, показал, что изготовление и тепловые испытания теплофизической модели спутника по продолжительности не превышают 6-9 месяцев и за это время вероятность отказа как работающего гидронасоса, так и гидроаккумулятора пренебрежимо мала и в составе каждого жидкостного контура возможно применять ЭНА, содержащий только основной гидронасос, а для дублированных жидкостных контуров применять один общий гидроаккумулятор, что позволит обеспечить упрощение конструкции теплофизической модели спутника и снизить затраты (трудоемкости, материалов, комплектующих) при изготовлении теплофизической модели спутника.

Как показано выше, известное техническое решение [2], которое взято за прототип, в составе теплофизической модели спутника обладает существенными недостатками: сложностью конструкции и повышенными экономическими затратами при изготовлении.

Теплофизическая модель спутника [2], выполненная на основе известного технического решения [1], включает в себя следующие основные элементы (см. фиг.1):1 - теплофизическая модель спутника; 2 - первый жидкостный контур (с первыми жидкостными трактами); 3 - второй жидкостный контур (со вторыми жидкостными трактами) (в первом и втором жидкостных контурах установлены идентичные элементы; номера позиций элементов второго жидкостного контура условно не показаны - одинаковые элементы в контурах имеют одинаковые номера позиций); 4 - тепловые имитаторы приборов и устройства спутника, установленные на внутренней обшивке сотовой панели 5, общей для контуров 2 и 3, через которую проложены рядом расположенные коллекторы 6 дублированных жидкостных контуров 2 и 3, а на внутренней обшивке рядом с имитаторами 4 установлены тепловые трубы 7, 8; 9 - оптический солнечный отражатель, приклеенный к поверхности наружной обшивки сотовой панели 5; 10 - тепловые имитаторы приборов и устройств спутника, установленные на внутренней обшивке сотовой панели 11, общей для контуров 2 и 3, в которую встроены тепловые трубы 12, 13, а на внутренней обшивке рядом с имитаторами 10 установлены коллекторы 14 дублированных жидкостных контуров 2 и 3; 15 - оптический солнечный отражатель, приклеенный к поверхности наружной обшивки сотовой панели 11; 16 - гидроаккумулятор первого жидкостного контура 2 содержит: жидкостную полость 16.1, соединенную соединительным трубопроводом 16.2 с первым жидкостным трактом контура 2 вблизи входа в ЭНА 17 первого контура, и газовую полость 16.3, разделенную сильфоном 16.4 от жидкостной полости 16.1, заправленную двухфазным рабочим телом; 17 - ЭНА первого жидкостного контура содержит: 17.1 - корпус ЭНА; 17.2 - основной электропривод с крыльчаткой (основной гидронасос); 17.3 - резервный электропривод с крыльчаткой (резервный гидронасос) (при неработающем резервном гидронасосе его выход закрыт перекидным клапаном 17.1.1).

Как показано выше, известное техническое решение [2] в составе теплофизической модели спутника обладает существенными недостатками: сложностью конструкции и повышенными экономическими затратами при изготовлении.

Целью предлагаемого авторами нового технического решения является устранение вышеуказанных существенных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что в теплофизической модели космического аппарата, содержащей сотовые панели, на внутренних обшивках которых установлены тепловые имитаторы приборов и устройств аппарата, а поверхности внешних обшивок выполняют функции радиатора, и систему терморегулирования, включающую тепловые трубы, часть из которых встроена в сотовые панели, а другая часть установлена на них, и дублированные жидкостные контуры с жидкостными трактами с коллекторами, часть из которых встроена в сотовые панели, а другая часть установлена на внутренних обшивках панелей, и устройствами, обеспечивающими требуемые величины расходов и давлений циркулирующего по контурам теплоносителя, в системе терморегулирования установлен один общий для дублированных жидкостных контуров гидроаккумулятор, при этом точки соединения жидкостной полости гидроаккумулятора с дублированными жидкостными трактами на входах в электронасосные агрегаты выполнены на одном уровне относительно уровня Земли, причем фланцы корпусов электронасосных агрегатов для монтажа резервных электродвигателей с крыльчатками герметично закрыты крышками, 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 заявляемой теплофизической модели космического аппарата.

На фиг.2 изображена принципиальная схема предложенной теплофизической модели космического аппарата, где: 1 - теплофизическая модель спутника; 2 - первый жидкостный контур (с первыми жидкостными трактами); 3 - второй жидкостный контур (со вторыми жидкостными трактами); 4 - тепловые имитаторы приборов и устройства спутника, установленные на внутренней обшивке сотовой панели 5, общей для контуров 2 и 3, через которую проложены рядом расположенные коллекторы 6 дублированных жидкостных контуров 2 и 3, а на внутренней обшивке рядом с имитаторами 4 установлены тепловые трубы 7, 8; 9 - оптический солнечный отражатель, приклеенный к поверхности наружной обшивки сотовой панели 5; 10 - тепловые имитаторы приборов и устройств спутника, установленные на внутренней обшивке сотовой панели 11, общей для контуров 2 и 3, в которую встроены тепловые трубы 12, 13, а на внутренней обшивке рядом с имитаторами 10 установлены коллекторы 14 дублированных жидкостных контуров 2 и 3; 15 - оптический солнечный отражатель, приклеенный к поверхности наружной обшивки сотовой панели 11; 16 - гидроаккумулятор, общий для первого и второго жидкостных контуров, содержит: жидкостную полость 16.1, соединенную соединительными трубопроводами 16.2 и 16.5 (выполненные одинаковой длиной или с одинаковыми гидравлическими сопротивлениями, например в случае различных длин 16.2 и 16.5) с первым и вторым жидкостными трактами вблизи входов в ЭНА 17 и 19 первого и второго контуров, и газовую полость 16.3, разделенную сильфоном 16.4 от жидкостной полости 16.1, заправленную двухфазным рабочим телом; 17 - ЭНА первого жидкостного контура содержит: 17.1 - корпус ЭНА; 17.2 - основной электропривод с крыльчаткой (основной гидронасос) (при работе основного гидронасоса выход резервного гидронасоса закрыт перекидным клапаном 17.1.1 (19.1.1)); 17.4 - крышка на фланце для монтажа резервного электродвигателя с крыльчаткой ЭНА 17 (которые в составе ЭНА 17 отсутствуют); 19 - ЭНА второго жидкостного контура содержит: 19.1 - корпус ЭНА; 19.2 - основной электропривод с крыльчаткой (основной гидронасос); 19.4 - крышка на фланце для монтажа резервного электродвигателя с крыльчаткой ЭНА 19 (которые в составе ЭНА 19 отсутствуют).

В результате выполнения точек соединения жидкостной полости гидроаккумулятора с дублированными жидкостными трактами на входах в ЭНА 17 и 19 (при этом на одинаковом расстоянии от них или с одинаковыми гидравлическими сопротивлениями) на одном уровне относительно уровня Земли исключается влияние давления столба теплоносителя на величину давления теплоносителя на входах в ЭНА - рабочее давление на входах в ЭНА будет практически одинаковым, равным требуемому давлению.

Наземные тепловые испытания предложенной теплофизической модели космического аппарата (тепловая отработка спутника) осуществляются следующим образом.

Теплофизическая модель спутника установлена в термобарокамеру, в которой в процессе испытаний поддерживают вакуум (≈1·10^-5 мм рт.ст.), температуру экранов с жидким азотом на уровне ≈ минус 170°C. В процессе испытаний приборы и устройства функционируют согласно соответствующим циклограммам, включены в работу основные гидронасосы ЭНА, в частности, в обоих жидкостных контурах, и они обеспечивают величины расходов теплоносителя в жидкостных контурах, соответствующие величинам расходов теплоносителя в условиях орбитального функционирования спутника, и транспортируют избыточное тепло с теплонапряженных участков к холодным участкам. Требуемое рабочее давление на входах в ЭНА обоих контуров обеспечивает общий гидроаккумулятор в результате поддержания температуры газовой полости гидроаккумулятора в требуемом рабочем диапазоне и с учетом того, что точки соединения жидкостной полости гидроаккумулятора с дублированными жидкостными трактами на входах (например, на одинаковом расстоянии от ЭНА 17 и 19) расположены на одном уровне относительно уровня Земли, давление в газовой и жидкостных полостях гидроаккумулятора и далее - давления теплоносителя на входах в ЭНА - будет одинаковым и в требуемых рабочих диапазонах.

В настоящее время начата разработка теплофизической модели вновь создаваемого спутника, имеющего конструкцию в соответствии с предложенным авторами новым техническим решением, и анализ показал, что обеспечивается упрощение конструкции (требуется уменьшенное количество комплектующих: один гидроаккумулятор вместо двух; два электропривода ЭНА вместо четырех) и снижение экономических затрат (на 4-5 млн рублей) при изготовлении вышеназванной теплофизической модели, т.е. тем самым достигаются цели изобретения.

Изобретение относится к наземному моделированию работы систем терморегулирования, преимущественно телекоммуникационных спутников, снабженных дублированными жидкостными контурами. При испытаниях теплофизической модели в обоих штатных жидкостных трактах данных контуров циркулирует штатный жидкий теплоноситель. Для поддержания рабочего давления в этих жидкостных трактах применен один общий гидроаккумулятор (вместо двух), жидкостная полость которого сообщена с жидкостными трактами обоих контуров. Требуемые расходы теплоносителя в жидкостных трактах обеспечивают установленные в каждом из них электронасосные агрегаты, содержащие только по одному (основному, без резервного) гидронасосу. Технический результат изобретения заключается в упрощении конструкции теплофизической модели спутника. 2 ил.

Теплофизическая модель космического аппарата, содержащая сотовые панели, на внутренних обшивках которых установлены тепловые имитаторы приборов и устройств аппарата, а поверхности внешних обшивок выполняют функции радиатора, систему терморегулирования, включающую тепловые трубы, часть из которых встроена в сотовые панели, а другая часть установлена на них, и дублированные жидкостные контуры с жидкостными трактами, имеющими коллекторы, часть из которых встроена в сотовые панели, а другая часть установлена на внутренних обшивках панелей, и с устройствами, обеспечивающими требуемые величины расходов и давлений циркулирующего по контурам теплоносителя, отличающаяся тем, что в системе терморегулирования установлен один общий для дублированных жидкостных контуров гидроаккумулятор, при этом точки соединения жидкостной полости гидроаккумулятора с дублированными жидкостными трактами на входах в электронасосные агрегаты выполнены на одном уровне относительно уровня Земли, причем фланцы корпусов электронасосных агрегатов для монтажа резервных электродвигателей с крыльчатками герметично закрыты крышками.