СИСТЕМА ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2016 года по МПК B64G1/50 G01F23/00 

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано, например, при создании телекоммуникационных спутников, система терморегулирования (СТР) которых (см. патенты Российской Федерации №2209750 [1], №2404089 [2]) содержит жидкостный контур, заполненный определенным количеством жидкого теплоносителя, температура которого в условиях эксплуатации на орбите изменяется, например, в диапазоне от минус 40°C до плюс 50-60°C.

Для компенсации температурного изменения объема теплоносителя - для приема из жидкостного контура избыточного объема теплоносителя и подачи его обратно в контур при изменении температуры, а также для хранения запаса теплоносителя для компенсации возможных утечек при существующих нормах негерметичности и поддержания рабочего давления в жидкостном контуре на входе в электронасосный агрегат (ЭНА) предусмотрен компенсатор объема (гидроаккумулятор).

Компенсатор объема представляет собой цилиндрическую емкость, внутренняя полость которой разделена сильфоном на жидкостную и газовую полости: жидкостная полость соединена с жидкостным трактом вблизи входа в ЭНА, а газовая полость заправлена определенным количеством фреона 141в.

Согласно известным техническим решениям [1], [2], в процессе наземных испытаний КА, наличие требуемого количества теплоносителя в жидкостном контуре устанавливают путем контроля объема газовой полости: для этой цели на подвижном днище сильфона компенсатора объема установлен постоянный магнит. Объем газовой полости определяют по замыканию геркона, расположенного вблизи наружной поверхности корпуса напротив магнита.

В обоих технических решениях контроль объема газовой полости и, следовательно, контроль наличия требуемого количества теплоносителя в жидкостном контуре возможно осуществить только при наземных испытаниях - при наличии допуска к СТР КА, т.к. в условиях орбитального полета в случае [1] в составе СТР отсутствует съемный блок и невозможно осуществить контроль, когда магнит находится между двумя соседними герконами, а в случае [2] - невозможно реализовать операцию контроля газовой полости из-за отсутствия доступа к компенсатору объема.

Наиболее близким прототипом предлагаемого изобретения является [1].

Известная СТР [1] представляет из себя циркуляционный жидкостный контур с ЭНА, на входе которого установлен компенсатор объема.

Согласно [1] принципиальная схема СТР (см. фиг. 1) включает в себя следующие элементы: 1 - жидкостный контур с теплоносителем; 1.1 - компенсатор объема с сильфоном 1.1.4; 1.1.2 - жидкостная полость его; 1.1.3 - газовая полость его; 1.1.5 - постоянный магнит, установленный на периферии днища сильфона 1.1.4; 1.2 - электронасосный агрегат (ЭНА); 1.3, 1.4, 1.5, 1.6 - сотовые приборные панели, в которые встроены жидкостные коллекторы жидкостного контура 1; 1.7 - соединительные трубопроводы; 8 - пронумерованные герконы, установленные вблизи корпуса компенсатора объема напротив магниту, например, на съемной линейке, электрически сообщенные с пультом 9; 10 - жидкостный тракт съемного блока, снабженный теплообменником 10.1 и двумя компенсационными устройствами 10.2 (первое компенсационное устройство) и 10.3 (второе компенсационное устройство, предназначенное для изменения положения днища его сильфона в случае, если все герконы разомкнуты, до замыкания одного из ближайших номеров герконов, и по номеру замкнутого геркона по градуировочной характеристике, полученной измерениями при изготовлении компенсаторы объема 1.1, определение действительного объема газовой полости 1.1.3 и сравнение с требуемым объемом газовой полости).

Таким образом, функционально (с учетом необходимости контроля объема газовой полости) компенсатор объема включает жидкостную полость, сообщенную с контуром вблизи входа ЭНА, и газовую полость, разделенную от жидкостной полости сильфоном. На днище сильфона установлен постоянный магнит, а на корпус, со стороны жидкостной полости, - герконы, расположенные, например, на съемной линейке из немагнитного материала параллельно продольной оси компенсатора объема.

О величине объема газовой полости судят по замыканию одного из герконов, находящегося напротив магнита. В состоянии, когда все герконы разомкнуты, перемещают днище сильфона с помощью специального компенсационного устройства, расположенного в съемном блоке, демонтируемым перед запуском КА на орбиту.

Как следует из вышеизложенного, существенным недостатком известного технического решения [1] является то, что оно не обеспечивает диагностику и прогнозирование наличия требуемого количества теплоносителя в СТР в условиях орбитального функционирования КА.

Целью предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанного существенного недостатка известного технического решения.

Поставленная цель достигается тем, что система терморегулирования космического аппарата, включающая жидкостный контур с циркулирующим жидким теплоносителем, имеющий в своем составе электронасосный агрегат, компенсатор объема, жидкостная полость которого соединена с контуром вблизи входа в электронасосный агрегат, а газовая полость, разделенная от нее сильфоном, заправлена двухфазным рабочим телом, при этом на периферии подвижного днища сильфона установлен постоянный магнит, а снаружи корпуса предусмотрены герконы, выполнена таким образом, что герконы установлены равномерно с шагом, обеспечивающим одновременное замыкание до 2-4 рядом равномерно расположенных герконов, внутри диапазона между крайними герконами, причем герконы электрически сообщены с системой телеметрии космического аппарата, при этом в жидкостной полости предусмотрен дополнительный запас теплоносителя в количестве, соответствующем половине объема теплоносителя в жидкостной полости между соседними герконами внутри вышеуказанного диапазона; кроме того, компенсатор объема с установленными на нем герконами покрыт общей экранно-вакуумной теплоизоляцией, 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 изобретения в известных источниках информации не обнаружено и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемой системе терморегулирования космического аппарата.

Принципиальная схема предложенной СТР КА изображена на фиг. 2, где 1 - жидкостный контур с теплоносителем; 1.1 - компенсатор объема с сильфоном 1.1.4; 1.1.2 - жидкостная полость его; 1.1.3 - газовая полость его; 1.1.5 - постоянный магнит, установленный на периферии днища сильфона 1.1.4; 1.2 - электронасосный агрегат (ЭНА); 1.3, 1.4, 1.5, 1.6 - сотовые приборные панели, в которые встроены жидкостные коллекторы жидкостного контура 1; 1.7 - соединительные трубопроводы; 8 - пронумерованные герконы, установленные равномерно, например, как показал анализ, с шагом, соответствующим 0,3 дм³ теплоносителя в жидкостной полости компенсатора объема, например, на линейке вблизи корпуса компенсатора объема 1.1 напротив магниту 1.1.5, электрически сообщенные с системой телеметрии 9 КА.

Изготавливают жидкостный контур СТР КА согласно фиг. 2.

При этом компенсатор объема изготавливают с учетом следующих технических решений, предложенных авторами на основе результатов анализа теоретических и опытных данных, существующих характеристик конструкции компенсаторов объема и их газовых и жидкостных полостей, элементной базы (герконов, магнитов), допусков на изготовление, минимально возможных расстояний между магнитом и напротив ему расположенными герконами, объемов теплоносителя в жидкостном контуре и в жидкостной полости компенсатора объема:

- пронумерованные герконы установлены равномерно с шагом, обеспечивающим одновременное замыкание 2-4 рядом расположенных герконов внутри диапазона расположения герконов: существующий в настоящее время уровень разработки и технологии позволяет принять шаг для этого, например, 0,3 дм³ изменения объема газовой полости между двумя соседними уровнями расположения герконов;

- в этом случае наиболее вероятное пространственное положение магнита равно среднеарифметическому значению объемов газовых полостей, соответствующих замкнутым герконам (градуировочную шкалу: номер геркона - соответствующий этому номеру объем газовой полости компенсатора объема определяют опытно в процессе изготовления компенсатора объема) и погрешность определения не превышает половины шага, например не более 0,15 дм³;

- для обеспечения гарантированного запаса теплоносителя в жидкостной полости, предназначенного для компенсации возможных утечек из жидкостного контура, увеличивают на вышеуказанную погрешность, например 0,15 дм³;

- для контроля положения герконов «замкнуто» («разомкнуто») их электрически сообщают с системой телеметрии КА;

- предусматривают общую экранно-вакуумную теплоизоляцию для обеспечения рабочих температур в условиях орбитального полета компенсатора объема, в том числе герконов.

В условиях наземных испытаний и орбитального полета по данным системы телеметрии периодически контролируют номера замкнутых герконов и по ним определяют действительный объем газовой полости и сравнивают с требуемым (расчетным) объемом газовой полости и судят (осуществляют диагноз) о наличии требуемой массы теплоносителя в жидкостном контуре на данный момент полета и, используя предыдущие данные контроля, прогнозируют нормальное функционирование жидкостного контура СТР в течение дальнейшего этапа эксплуатации на орбите.

Таким образом, как следует из вышеизложенного, предложенное авторами техническое решение обеспечивает диагностику и прогнозирование наличия требуемого количества теплоносителя в СТР в условиях орбитального функционирования КА, а также при наземных испытаниях, когда компенсатор объема на КА установлен внутри приборного отсека и нет к нему доступа, т.е. тем самым достигается цель изобретения.

Изобретение относится к системам терморегулирования (СТР) космических аппаратов, например телекоммуникационных спутников. СТР содержит жидкостный контур теплоносителя с электронасосным агрегатом (ЭНА) и компенсатором объема (КО). Жидкостная полость КО соединена с контуром вблизи входа в ЭНА, а сильфонная газовая полость КО заправлена двухфазным рабочим телом. На подвижном днище сильфона установлен постоянный магнит, а снаружи корпуса КО равномерно установлены герконы с шагом, обеспечивающим одновременное замыкание до 2-4 рядом расположенных герконов. Герконы сообщены с системой телеметрии космического аппарата. В жидкостной полости КО предусмотрен запас теплоносителя в количестве, соответствующем половине его объема между соседними герконами. КО с герконами может быть покрыт экранно-вакуумной теплоизоляцией. Техническим результатом изобретения является обеспечение диагностики и прогнозирования наличия в жидкостном контуре требуемого количества теплоносителя при эксплуатации СТР (на орбите и при наземных испытаниях) в текущий и последующий периоды. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система терморегулирования космического аппарата, включающая жидкостный контур с циркулирующим жидким теплоносителем, имеющий в своем составе электронасосный агрегат, компенсатор объема, жидкостная полость которого соединена с контуром вблизи входа в электронасосный агрегат, а газовая полость, отделенная от нее сильфоном, заправлена двухфазным рабочим телом, при этом на периферии подвижного днища сильфона установлен постоянный магнит, а снаружи корпуса компенсатора объема предусмотрены пронумерованные герконы, отличающаяся тем, что герконы установлены равномерно с шагом, обеспечивающим одновременное замыкание до 2-4 рядом расположенных герконов внутри диапазона между крайними герконами, причем герконы электрически сообщены с системой телеметрии космического аппарата, при этом в жидкостной полости предусмотрен дополнительный запас теплоносителя в количестве, соответствующем половине объема теплоносителя в жидкостной полости между соседними герконами внутри вышеуказанного диапазона.

2. Система терморегулирования космического аппарата по п. 1, отличающаяся тем, что компенсатор объема с установленными на нем герконами покрыт общей экранно-вакуумной теплоизоляцией.