Система обеспечения теплового режима приборов космического аппарата Российский патент 2020 года по МПК B64G1/50 F28D15/02 

Предлагаемое техническое решение относится к космической технике, в частности, к системам обеспечения теплового режима приборов космического аппарата (КА) и может быть использовано для обеспечения теплового режима бортового оборудования, служебных, научных или иных приборов КА, имеющих в своем составе блоки как с постоянным, так и с циклическим/импульсным характером тепловыделения.

Известны системы обеспечения теплового режима служебных приборов и полезной нагрузки космических аппаратов, в которых терморегулирование приборов осуществляется посредством установки приборов на термостатируемые платформы и поддержания температуры посадочных мест приборов в заданном диапазоне [Патент РФ 2092398, B64G 1/10]. Такие платформы могут быть изготовлены из легкого теплопроводного металла с помощью фрезерования или литья, либо склеены в виде сотопанелей, при этом, в большинстве случаев, независимо от способа изготовления, они могут оснащаться теплопроводами, преимущественно, тепловыми трубами, с помощью которых тепло от посадочных мест оборудования отводится к радиаторам или к излучающим зонам (участкам) самих термостатируемых платформ (панелей). После установки приборов и блоков на панель, вся сборка (за исключением радиаторов) может быть закрыта теплоизоляцией. Объединение приборов с помощью теплопроводной термостатируемой панели в единый «тепловой кластер» позволяет более рационально использовать радиационные поверхности (или внешний радиатор), а также снизить суточные флуктуации температуры ТП за счет влияния тепловой инерции каждого элемента сборки на общую стабильность температуры.

Однако отдельные блоки, устанавливаемые на ТП, могут иметь повышенную мощность тепловыделения и, если они включаются даже на относительно непродолжительное время, в результате, может значительно отклониться температура стабилизации панели, либо неприемлемо возрасти температурный градиент в ней, в следствие чего, для выполнения заданных температурных требований, может потребоваться существенное увеличение излучающих поверхностей, что не всегда целесообразно, либо, принципиально, недопустимо.

Известны системы обеспечения теплового режима охлаждаемого оборудования КА, например, термостатируемой платформы с приборами. В таких системах осуществляется автоматическое регулирование температуры платформы посредством управления тепловым потоком, который передается к радиатору с помощью регулируемой контурной тепловой трубы (КнТТ), содержащей испаритель, транспортные трубопроводы и конденсатор, интегрированный в радиатор [Патент РФ 2505770, F28D 15/00]. Данные системы имеют очевидное ограничение (как и системы, описанные выше), выраженное тем, что температура стока, куда радиатор отводит тепло от конденсатора КнТТ, должна быть, практически постоянно, ниже заданной температуры охлаждаемого объекта, что, трудно обеспечить при переменных внешних тепловых воздействиях на радиатор, приводящих к его нагреву. Причем, в случаях существенного нагрева радиатора происходит останов циркуляции теплоносителя в КнТТ, а для ее повторного запуска требуются специальные средства управления, что дополнительно усложняет всю систему и снижает ее надежность.

Известны системы обеспечения теплового режима охлаждаемого оборудования КА, в которых для обеспечения теплового режима блоков, имеющих импульсное/циклическое тепловыделение, применяются тепловые аккумуляторы (ТА), заправленные фазопереходным материалом (ФПМ).

Высокая (скрытая) теплота плавления ФПМ позволяет компенсировать локальные по времени «мощные всплески» тепловыделения приборов. Для этого тепловой аккумулятор интегрируется в прибор, либо соединяется с ним теплопроводом. Примером такой системы является система терморегулирования приборного отсека КА с циклическим режимом работы приборов, содержащая источники тепла высокого и низкого температурного уровня, соединенные соответственно с радиационным теплообменником и с аккумулятором холода (тепловым аккумулятором) [Патент РФ 149197, B64G 1/50]. Радиационный теплообменник (РТО), который значительные отрезки времени бывает холоднее рабочей температуры аккумулятора холода, дополнительно соединен с ним при помощи диодной тепловой трубы. Такое решение позволяет использовать общий радиатор для источников тепла и для аккумулятора холода (теплового аккумулятора), что способствует снижению массы системы терморегулирования и повышает ее надежность.

При этом, существенно меньший РТО, за более продолжительные интервалы времени (когда прибор не работает) способен восстановить (т.е. зарядить) тепловой аккумулятор для повторного применения.

Вместе с тем, при наличии в системе нескольких блоков/объектов с импульсным/циклическим характером тепловыделения данное решение потребует применения отдельного теплового аккумулятора для каждого подобного блока (в данном случае низкого температурного уровня), что существенно ограничивает заявленные преимущества. Это объясняется тем, что блок с импульсным/циклическим характером тепловыделения, как правило, конструктивно объединяют с ТА, а массу заправленного ФПМ подбирают с учетом циклограммы работы единичного блока. Температура плавления ФПМ, которым заправляют ТА, должна быть выше температуры РТО, чтобы ТА смог «восстановиться» для следующего применения, но, одновременно, температура ФПМ должна быть и ниже максимально разрешенной рабочей температуры блока, а это накладывает дополнительные ограничения на выбор подходящего ФПМ.

Известна система обеспечения теплового режима прецизионных приборов КА, содержащая термостабилизируемую платформу с посадочными местами для установки приборов, выполненную в виде плоской сотопанели с встроенными тепловыми трубами, соединенными друг с другом общим коллекторным теплопроводом, и теплопровод радиатора на базе контурной тепловой трубы, испаритель которой контактирует с коллекторным теплопроводом, а конденсатор интегрирован в радиатор, рассеивающий тепло в космическое пространство [Патент РФ 130299, B64G 1/50]. Для обеспечения теплового режима двух прецизионных приборов повышенной мощности, система снабжена плоскими контактными теплообменниками со встроенными в них тепловыми трубами, установленными внутри прецизионных приборов и дополнительными радиаторами с дополнительными теплопроводами радиаторов на базе контурных тепловых труб (радиатор и КнТТ объединены в единый конструктивный элемент), при этом тепловые трубы каждого контактного теплообменника контактируют с испарителем соответствующего дополнительного теплопровода радиатора.

Такое решение позволяет более эффективно отводить тепло от прецизионных приборов к излучающим поверхностям и, желаемым образом, снизить градиенты температуры внутри приборов. При этом, установка дополнительного коллекторного теплопровода позволяет реализовать функцию дублирования на базе двух дополнительных ТПР (если блоки с повышенным уровнем тепловыделения будут работать поочередно). Однако, использование дополнительного «персонального» теплообменника, устанавливаемого внутри каждого прибора и соединенного посредством КнТТ с собственным дополнительным радиатором/радиаторами, существенно увеличивает массу системы терморегулирования, и не является рациональным решением для обеспечения температурного режима приборов, работа которых характеризуется повышенной мощностью тепловыделения при кратковременных рабочих включениях.

Наиболее близким аналогом к заявленной системе обеспечения теплового режима приборов космического аппарата, выбранной в качестве прототипа, является система терморегулирования оборудования космического аппарата, содержащая не менее двух термостатируемых панелей с встроенными тепловыми трубами и не менее двух радиаторов - охладителей, причем каждая из панелей подключена к отдельному радиатору посредством регулируемых контурных тепловых труб, испарители которых установлены на панелях, а конденсаторы встроены в радиаторы [Патент РФ2585936, B64G 1/50]. Система снабжена резервным радиатором-охладителем, соединенным посредством дополнительных регулируемых контурных тепловых труб с не менее чем двумя термостатируемыми панелями, при этом испарители дополнительных регулируемых контурных тепловых труб установлены на панелях, а конденсаторы дополнительных регулируемых контурных тепловых труб встроены в резервный радиатор. Данное техническое решение позволяет отказаться от тиражирования радиаторов-охладителей соответствующих количеству тепловыделяющих объектов (панелей). Возможность (теплового) переключения резервного радиатора между панелями, с помощью КнТТ, с целью подключить данный радиатор, в нужный момент, к «самой теплонапряженной панели», позволяет улучшить массогабаритные характеристики системы терморегулирования, повысить надежность и функциональность КА.

Однако решение частной задачи терморегулирования, рассмотренной в прототипе, не позволяет целенаправленно «снимать» пиковые тепловые нагрузки, поступающие от нескольких распределенных в пределах термостатируемой панели или в пределах приборного отсека КА циклически работающих блоков, как это позволяют выполнять, например, тепловые аккумуляторы.

В тоже время, как было сказано выше, основными недостатками использования ТА для термостатирования блоков КА, размещенных на панелях, являются то, что:

- циклически работающие блоки должны быть установлены в непосредственной близости к панели, или на ней и иметь с ней тепловую связь;

- циклически работающий блок, как правило, конструктивно объединен с ТА, масса заправленного ФПМ зависит от циклограммы работы данного блока и рассчитана по ней;

- температура плавления ФПМ (рабочая температура ТА) должна быть выше температуры панели, но ниже максимальной разрешенной температуры прибора, а это ограничивает выбор ФПМ.

Таким образом, в ряде случаев пространственное положение блоков и их конструктивные характеристики не позволяют добиться решения задачи терморегулирования обычным размещением блоков на термостатируемой панели, а применение в системе тепловых аккумуляторов по числу циклически/импульсно работающих блоков, фактически, является нерациональным решением.

Технической проблемой, решаемой предлагаемым изобретением, является обеспечение заданного температурного режима нескольких блоков КА, имеющих повышенное тепловыделение и импульсно/циклический режим работы и, соответственно, импульсно/циклический характер тепловыделения.

Указанная техническая проблема решается за счет того, что в отличие от известной системы обеспечения теплового режима приборов космического аппарата, содержащей термостабилизируемую панель с посадочными местами для установки приборов, снабженную радиационным теплообменником, рассеивающим тепло в космическое пространство, новым является то, что система снабжена тепловым аккумулятором, выполненным на базе фазопереходного материала, при этом, приборы с постоянным характером тепловыделения установлены на панели с наличием теплового контакта с панелью, а приборы с импульсным или циклическим характером тепловыделения установлены с отсутствием теплового контакта с панелью и подсоединены к тепловому аккумулятору посредством контурных тепловых труб, испаритель которых соединен с указанными приборами, а конденсатор встроен в тепловой аккумулятор.

Кроме того, массу фазопереходного материала теплового аккумулятора выбирают из соотношения:

где М - масса фазопереходного материала, [кг]; Emax - максимальная энергия, поглощаемая тепловым аккумулятором в течение рабочего цикла системы, [Дж]; Emin - минимальная энергия, поглощаемая тепловым аккумулятором в течение рабочего цикла системы, [Дж]; L - теплота плавления ФПМ, [Дж/кг].

Кроме того, тепловой аккумулятор установлен на отдельной панели, снабженной собственным радиационным теплообменником, причем панель теплового аккумулятора не имеет теплового контакта с общей термостабилизируемой панелью.

Кроме того, в контурных тепловых трубах установлены пассивные регуляторы температуры, обеспечивающие стабилизацию температуры блоков выше минимальной разрешенной для них температуры.

Установка приборов с постоянным характером тепловыделения на панели с наличием теплового контакта с панелью, а приборов с импульсным или циклическим характером тепловыделения с отсутствием теплового контакта с панелью позволяет улучшить компоновочные и массовые характеристики сборки приборов КА на базе термостатируемой панели при сохранении общей концепции соединения блоков кабелями, волноводами и их установки на общем основании.

Снабжение системы обеспечения теплового режима тепловым аккумулятором, выполненным на базе фазопереходного материала, и его использование для обеспечения терморегулирования приборов с импульсным или циклическим характером тепловыделения, а также установка указанных приборов с отсутствием теплового контакта с панелью и их подсоединение к тепловому аккумулятору посредством контурных тепловых труб, испаритель которых соединен с указанными приборами, а конденсатор встроен в тепловой аккумулятор, позволяет существенно уменьшить зависимость температурных режимов циклически работающих блоков от температурного состояния термостатируемой панели, и, кроме того, минимизировать тепловое влияние блоков на панель.

Использование для выбора массы фазопереходного материала теплового аккумулятора соотношения:

где М - масса фазопереходного материала, [кг]; Emax - максимальная энергия, поглощаемая тепловым аккумулятором в течение рабочего цикла системы, [Дж]; Emin - минимальная энергия, поглощаемая тепловым аккумулятором в течение рабочего цикла системы, [Дж]; L - теплота плавления ФПМ, [Дж/кг] позволяет оптимизировать массу фазопереходного материала.

Установка теплового аккумулятора на отдельной панели, снабженной собственным радиационным теплообменником, при отсутствии теплового контакта панели теплового аккумулятора с (основной) термостабилизируемой панелью, позволяет снизить нагрузку на тепловой аккумулятор и восстановить в дежурном режиме, т.е. при неработающих приборах, его работоспособность для следующего применения, при этом, рабочая температура теплового аккумулятора не зависит от температурного состояния термостабилизируемой платформы.

Наличие в контурных тепловых трубах пассивных регуляторов температуры обеспечивает стабилизацию температуры блоков выше минимальной разрешенной для них температуры.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

Фиг. 1 - Циклограмма теплонагружения термостатируемой панели;

Фиг. 2 - Циклограмма энергетического состояния теплового аккумулятора;

Фиг. 3 - Функциональная схема системы обеспечения теплового режима приборов КА, на базе термостабилизируемой платформы с установленным тепловым аккумулятором;

Фиг. 4 - Функциональная схема системы обеспечения теплового режима приборов КА, с управляемым отводом тепла от термостабилизируемой платформы, с помощью контурной тепловой трубы;

Фиг. 5 - Функциональная схема системы обеспечения теплового режима приборов КА, с расположением теплового аккумулятора на автономной (отдельной) панели;

Фиг. 6 - Функциональная схема системы обеспечения теплового режима приборов КА с регуляторами температуры в контурных трубах и управляемым отводом тепла, организованным с помощью терморегулирующих жалюзи;

Фиг. 7 - Эскизы показывающие элементы конструкции, обеспечивающие соединение конденсаторов нескольких контурных тепловых труб с тепловым аккумулятором.

Как показывает Фиг. 1, в течение цикла (например, орбитального или суточного) от установленного на панели оборудования, к последней поступает некоторая средняя тепловая мощность Qst. В случае максимального теплонагружения панели данная мощность принимает значение Qst1, в случае минимального - Qst2. Циклически работающие блоки (на рисунке показано 3 включения разных блоков, длительностью th(i), для наиболее напряженной циклограммы работы) выделяют за цикл, в среднем, мощность Q₀, причем непосредственно во время работы, они могут существенно и неблагоприятно изменить температурное состояние панели, поскольку локальные по времени значения тепловыделения данных блоков достаточно велики.

Величина Q₀ может быть меньше, либо больше Qst2, но всегда меньше Qst1 и определяется из выражения

где t_hi и Q_hi, соответственно отражают продолжительность и мощность тепловыделения для единичного включения блока, a t_c - длительность цикла.

Энергетическое состояние ТА (отражающее локальное по времени теплосодержание ТА, т.е. аккумулированную на данный момент тепловую энергию, и обозначенное, здесь, как Е), получающего импульсы по циклограмме Фиг. 1 изменяется как показано на Фиг. 2.

При этом, в пределах рассматриваемого цикла величина Е может принимать максимальное и минимальное значения. Линейный характер перехода от одного значения Е к другому принят условно. Принимается (допускается) также, что изменение Е для ТА определяется, прежде всего, теплосодержанием (количеством расплавленного) ФПМ, а изменения температуры самого ТА, соответственно, малозначимы.

С помощью Фиг. 2, с учетом сформулированных допущений, можно показать, что локальные значения Е, характеризующие изменение направления теплового потока к/от ТА, можно определить начиная с любой точки цикла «t_b», в пределах (единичного, замкнутого) цикла продолжительностью t_c, следующим образом:

и т.д. для i=1..n, где t_hi - продолжительность i-го включения; Q_hi - мощность i-го включения; t_0i -интервал времени между началом включения i и включения i+1; E_i - энергия поглощенная ТА на i-м включении; E_0i - энергия, отведенная от ТА в интервале времени от начала i-го включения до начала i+1-го включения

Из n рассмотренных включений блоков необходимо выбрать расчетные значения Е_mах и E_min. Далее, можно определить потребную массу заправки общего ТА (обслуживающего, например, три циклически включающихся блока)как

где L - теплота плавления ФПМ. На диаграмме значение E_min, для наглядности, приведено к значению «0». (Если же расчетный цикл начинать с «0 Дж», то E_min приобретет в приведенном примере отрицательное значение, но разность Е_mах минус E_min сохранится).

Применяемые здесь и далее размерности: для мощности - [Вт], для времени - [сек], для энергии - [Дж], для массы - [кг], для теплоты плавления ФПМ - [Дж/кг].

Для построения графика на Фиг. 2 было рассмотрено три включения (трех) блоков мощностью 20, 40 и 60 Вт длительностью, соответственно, 60, 30 и 25 мин, с перерывами между включениями, соответственно, 6, 11 и 7 час. Полученная (по данной методике применения ТА) потребная энергетическая емкость ТА составит 102,4 кДж, хотя одновременное включение трех рассмотренных источников (либо оснащение каждого источника собственным ТА) потребовало бы суммарной емкости ТА, составляющей величину 234 кДж (определяется как [60*20+40*30+60*25]*60/1000).

Итак, применение общего теплового аккумулятора позволяет монтировать циклически тепловыделяющие приборы/блоки на платформе только с помощью силовых элементов, например, легких «ажурных» малотеплопроводных кронштейнов. Радиатор же (в частном случае это может быть излучающая на внешнюю сторону часть панели) в результате установки такого ТА существенно уменьшится в габаритах, поскольку отводить можно уже не пиковую, а интегральную мощность.

Уменьшение массы и габаритов панели с приборами происходит за счет того, что один и тоже аккумулятор применяется в «мультифункциональном» режиме, т.е. ТА по очереди «обслуживает» разные блоки, работающие в периодическом (циклическом) режиме включений. Все эти блоки с помощью собственных КнТТ подсоединены к одному и тому же ТА.

Если ТА установлен на независимой (в тепловом отношении) части панели, либо на собственной, отдельной панели (оснащенной радиатором), тогда температуру «зарядки - разрядки» ТА можно не ограничивать в рамках требования, по которому температура плавления ФПМ должна быть выше максимальной температуры панели.

Применение отдельной панели для ТА позволит «сместить» рабочую температуру ТА в зону более низких температур, при этом, отдельную небольшую панель можно будет ориентировать и разместить в пространстве иначе, чем основную термостатируемую панель. Это позволит расширить возможности выбора ФПМ и упростить внутреннюю компоновку самих (циклически) тепловыделяющих блоков. Последнее проявляется в том, что на практике, если рабочая температура панели близка к максимально разрешенной температуре блока/прибора - подобрать тип ФПМ очень сложно, а размещать ФПМ приходится в самом приборе, что и требует (не всегда возможной) внутренней перекомпоновки прибора.

Фиг. 3 показывает общий вид системы обеспечения теплового режима приборов КА, содержащей термостатируемую панель с установленным служебным оборудованием, где импульсно работающие блоки не имеют теплового контакта с панелью и соединены при помощи контурных тепловых труб с общим тепловым аккумулятором, который установлен на панели, при этом, внешняя часть панели, точнее, ее открытые от теплоизоляции зоны, служат радиатором;

Фиг. 4 представляет общий вид системы обеспечения теплового режима, у которой обе стороны термостатируемой панели доступны для установки блоков оборудования, а к панели с помощью регулируемой КнТТ подключен внешний радиатор, что позволяет организовать регулируемый сток тепла от панели, а также поместить радиатор в удобное место в составе КА;

Фиг. 5 демонстрирует общий вид системы обеспечения теплового режима, у которой тепловой аккумулятор установлен не на общую панель с оборудованием, а на собственную, отдельную панель, способную, как и основная панель, выполнять функции радиатора. Такой отдельный радиатор имеет собственную рабочую температуру и может быть размещен отдельно и отдаленно от панели, что расширяет возможности выбора конкретного ФПМ и возможности системы в целом;

Фиг. 6 дает общий вид системы обеспечения теплового режима, у которой тепловой аккумулятор установлен на отдельную панель, при этом излучающие стороны обоих панелей (основной и дополнительной) снабжены терморегулирующими жалюзи. С помощью жалюзи, в качестве альтернативы регулируемой КнТТ (показанной на Фиг. 5), может быть организован регулируемый сток тепла с радиатора каждой панели в окружающую среду.

Фиг.7 показывает, как можно выполнить конструктивные элементы, для обеспечения связи конденсаторов КнТТ (испарители которых подключены к циклически работающим блокам) с общим тепловым аккумулятором. Одна плоская сторона ТА предназначена для установки на панель или для создания собственного радиационного теплообменника. Трубки конденсатора КнТТ 13 (здесь показаны типичные профили из экструдированного алюминия) могут охватывать необходимую зону теплового контакта с противоположной стороны пластины, либо быть внедрены в саму пластину с ФПМ.

Заявляемая система обеспечения теплового режима приборов космического аппарата (Фиг. 3) построена на базе термостатируемой панели (1) с установленными на нее блоками оборудования. Обычные блоки (2) установлены непосредственно на панель. Блоки, которые работают импульсно/циклически (3), должны быть отдалены от поверхности панели (1) так, чтобы не иметь с ней эффективного теплового контакта, однако, такие блоки сохраняют все необходимые коммуникации с прочим бортовым оборудованием КА. Система оснащена контурными трубами (4), которые соединяют (в тепловом отношении) циклически работающие блоки (3) с общим тепловым аккумулятором (5). Для этого испарители (6) КнТТ соединяются непосредственно с блоками, а конденсаторы (7) должны иметь эффективное тепловое соединение с аккумулятором (5). Свободные от теплоизоляции участки внешней части (8) панели (1) выполняют функции радиатора, который рассеивает тепло в открытое космическое пространство.

Одним из способов экономичного регулирования температуры термостатируемой панели является организация регулируемого стока тепла в окружающую среду. Фиг. 4 демонстрирует, что применительно к предлагаемому техническому решению это может быть организовано (традиционно для современных СОТР) с помощью регулируемой контурной тепловой трубы (9). Радиатор на базе регулируемой КнТТ представляет собой «неразборную» конструкцию и именуется «теплопровод радиатора».

На Фиг. 5. показано, что установка теплового аккумулятора (5) на отдельной панели (10) с одновременным введением пассивных регуляторов температуры (11) в состав КнТТ (4) позволяют оперировать более широким диапазоном температур при выборе ФПМ. Данное решение открывает возможность более независимо (от температур термостатируемой панели и ТА) организовать стабилизацию температуры непосредственно самих блоков (3), работающих в импульсном режиме. Принцип работы пассивного регулятора температуры КнТТ описан, в частности, в [Патент РФ2474780, F28D 15/02].

Фиг. 6 демонстрирует, что основная термостатируемая панель и отдельная панель, с установленным ТА, могут быть оснащены терморегулирующими жалюзи (12) на поверхностях, выполняющих функции радиаторов, рассеивающих тепло в окружающую среду. Жалюзи (12), как и теплопровод радиатора на базе КнТТ, позволяют организовать управляемый сток тепла от заявляемой системы в окружающее пространство, однако, поверхности, на которых установлены жалюзи, должны быть свободны от оборудования, а сами панели (1), (10) должны быть размещены в составе К А так, чтобы зоны, излучающие тепло, не засвечивались и не экранировались.

На Фиг. 7 показано, как от нескольких циклически работающих блоков (3) можно подвести тепло к одному ТА (5). Для этого конденсаторы от всех КнТТ (4) совместно интегрируются в конструкцию общего ТА (5). Конструктивные особенности КнТТ позволяют наиболее эффективно организовать сток тепла в структуру ФПМ, поскольку трубопроводы конденсаторов (13) КнТТ свободны от капиллярной структуры имеют малый диаметр и позволяют создавать многообразные пространственные конфигурации. Экструдированные алюминиевые профили обеспечивают возможность организовать эффективный тепловой контактный интерфейс (между конденсаторами и ТА). Аккумулятор может представлять собой пластину или параллелепипед из ячеистого материала (14) заполненного ФПМ.

Работает предлагаемая система следующим образом. Тепло выделяемое установленным на термостатируемую панель (ТП) оборудованием (2) поглощается ТП (1) и через конструкцию ТП (1) передается к излучающим поверхностям (8), где рассеивается в космическое пространство. В случае, когда для работы необходимо включать блоки (3) (работающие в циклическом режиме) тепло от них передается с помощью контурных тепловых труб (4) к ТА (5). ТА отводит полученную тепловую энергию к панели (1) относительно равномерно во времени и при невысоком значении теплового потока.

Для того чтобы в холодных режимах (характеризующихся минимальным тепловыделением оборудования) не расходовать завышенную энергию на подогрев ТП, (для сохранения комфортной температуры оборудования), отвод тепла от ТП в окружающее пространство следует ограничивать. Применительно к заявляемому решению предлагается два способа организации регулируемого стока тепла: с помощью регулируемой контурной тепловой трубы (9) и с помощью терможалюзи (12). Принцип работы КнТТ и жалюзи широко известен и описан в технической литературе. В общем случае, при понижении температуры панели (оснащенной указанными средствами) возрастает термическое сопротивление теплоотводящего тракта: в случае с КнТТ растет термическое сопротивление тепловой трубы, в случае с жалюзи - экранируется излучающая поверхность (экспонированная наружу поверхность ТП).

За счет использования автономной панели (10) для размещения на ней ТА (5) и использования регуляторов температуры (11) в КнТТ (4) можно добиться того, что рабочая температура ФПМ будет существенно отличаться от рабочей температуры основной панели, а также будет существенно ниже требуемой температуры стабилизации блоков. Регуляторы температуры (11) позволяют не связывать «жестко» температуру стабилизации блоков (3) с рабочей температурой ТА (5). Так, например, минимальную температуру блоков (3) можно ограничить уровнем плюс 20°С, а рабочую температуру ФПМ выбрать на уровне 0°С или ниже. Одновременно, основная панель с оборудованием может работать при температуре до плюс 40°С.

Таким образом, сохраняя доминирующую концепцию компоновки блоков в пределах термостатируемой панели, в рамках которой предусматривается рациональное соединение единиц оборудования с помощью кабелей и волноводов и их относительное расположение, одновременно, можно добиться наименьшей взаимозависимости температурных режимов циклически работающих блоков и термостатируемой панели с оборудованием. Компоновочные и массогабаритные характеристики всей сборки приборов КА (на базе ТП) можно качественно улучшить, применив предлагаемые в рамках данного изобретения технические решения.

В частности, предлагаемое решение позволяет:

- снизить массу заправляемого ФПМ и, соответственно, ТА за счет использования ТА в мультифункциональном режиме (т.е. использования одного ТА для обслуживания нескольких источников циклического тепловыделения), благодаря подключению одного ТА к нескольким блокам оборудования с помощью нескольких контурных тепловых труб;

- освободить на панели место для установки других блоков, либо уменьшить габариты панели при размещении импульсно работающих блоков «во 2 м ярусе»;

- сделать наименее зависимыми друг от друга температуру стабилизации блока и температуру работы (плавления) ФПМ, что позволит «заряжать и разряжать» ТА на другом температурном уровне и размещать его в отдаленном от термостабилизируемой панели и от охлаждаемого блока месте.

Изобретение относится к области космической техники, в частности к системам обеспечения теплового режима приборов космического аппарата (КА). Система обеспечения теплового режима приборов КА содержит термостабилизируемую панель с посадочными местами для установки приборов, снабженную радиационным теплообменником. При этом система снабжена тепловым аккумулятором, выполненным на базе фазопереходного материала. Приборы с постоянным характером тепловыделения установлены на платформе с наличием теплового контакта с платформой, а приборы с импульсным или циклическим характером тепловыделения установлены с отсутствием теплового контакта с платформой и подсоединены к тепловому аккумулятору посредством контурных тепловых труб (КнТТ). Испаритель КнТТ соединен с указанными приборами, а конденсатор встроен в тепловой аккумулятор. Достигается повышение надежности системы. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система обеспечения теплового режима приборов космического аппарата, содержащая термостабилизируемую панель с посадочными местами для установки приборов, снабженную радиационным теплообменником, рассеивающим тепло в космическое пространство, отличающаяся тем, что система снабжена тепловым аккумулятором, выполненным на базе фазопереходного материала (ФПМ), при этом приборы с постоянным характером тепловыделения установлены на панели с наличием теплового контакта с панелью, а приборы с импульсным или циклическим характером тепловыделения установлены с отсутствием теплового контакта с панелью и подсоединены к тепловому аккумулятору посредством контурных тепловых труб, испаритель которых соединен с указанными приборами, а конденсатор встроен в тепловой аккумулятор.

2. Система обеспечения теплового режима по п. 1, отличающаяся тем, что массу фазопереходного материала теплового аккумулятора выбирают из соотношения:

где М - масса фазопереходного материала, кг; Е_mах - максимальная энергия, поглощаемая тепловым аккумулятором в течение рабочего цикла системы, Дж; E_min - минимальная энергия, поглощаемая тепловым аккумулятором в течение рабочего цикла системы, Дж; L - теплота плавления ФПМ, Дж/кг.

3. Система обеспечения теплового режима по п. 1, отличающаяся тем, что тепловой аккумулятор установлен на отдельной панели, снабженной собственным радиационным теплообменником, причем панель теплового аккумулятора не имеет теплового контакта с основной термостабилизируемой панелью.

4. Система обеспечения теплового режима по п. 1, отличающаяся тем, что в контурных тепловых трубах установлены пассивные регуляторы температуры, обеспечивающие стабилизацию температуры блоков выше минимальной разрешенной для них температуры.