Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОМПОНОВКИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Предлагаемое изобретение относится к космической технике и может использоваться при проектировании автоматических космических аппаратов (КА) для эксплуатации на околоземных орбитах с негерметичными приборными контейнерами, выполненными из сотопанелей с применением тепловых труб (ТТ).

При компоновке современных КА необходимо размещать приборы и оборудование на компактной силовой конструкции минимально возможной массы с одновременным обеспечением надежной термостабилизации их посадочных мест. Также компоновка КА должна предусматривать при наземной отработке удобство замены неисправного оборудования на кондиционное.

Известен способ компоновки КА (RU, патент №2353553, кл. B64G 1/00), согласно которому приборы устанавливают на внутренних обшивках их радиаторов - сотовых панелей. В эти панели напротив области размещения приборов встроены испарительные зоны горизонтально расположенных нерегулируемых тепловых труб. Зоны конденсации указанных труб размещают в окраинных областях панелей, свободных от приборов.

Недостатки известного способа заключаются в следующем:

- установка приборов на внутренних обшивках сотовых панелей - радиаторов не обеспечивает удобства обслуживания и замены приборов при наземных испытаниях и отработке;

- использование в системе обеспечения теплового режима нерегулируемых тепловых труб, отсутствие средств регулирования теплопередачи между посадочными местами приборов и радиаторами-излучателями снижает эффективность терморегулирования приборов.

Известен также способ компоновки КА (RU, «Космический аппарат блочно-модульного исполнения», патент №2092398, кл. B64G 1/10), согласно которому сотовые панели радиаторов с встроенными в них тепловыми трубами размещают в плоскостях, перпендикулярных осям аппарата, а приборы устанавливают на наружных поверхностях внутренних обшивок панелей радиаторов и на поверхностях, размещенных между панелями радиаторов со встроенными тепловыми трубами.

Известный КА содержит негерметичный приборный контейнер параллелепипедной формы, скомпонованный из различных по форме сотопанельных блоков, в том числе и Н-образного блока с расположенными внутри приборами. На внутренней стороне радиаторов-излучателей установлены приборы, а наружные стороны радиаторов-излучателей выполнены с терморегулирующим покрытием типа солнечного отражателя.

Вышеуказанный известный способ компоновки космического аппарата обладает недостатками:

- компоновка Н-образного блока не является оптимальной с точки зрения плотности, т.к. форма внутреннего объема, образованного блоком, предоставляет недостаточную площадь под приборы;

- использование в системе обеспечения теплового режима нерегулируемых тепловых труб и частично регулируемых (диодных) не обеспечивает достаточную термостабилизацию приборов, т.к. нет средств поддержания температур посадочных мест приборов в узком диапазоне и отсутствуют средства регулирования теплосброса.

Цель предлагаемого технического решения - улучшение термостабилизации приборов и оборудования, повышение плотности компоновки КА с обеспечением удобства обслуживания при наземной отработке.

Поставленная цель достигнута за счет того, что продольные и поперечные силовые сотовые панели компонуют в виде «двутавровой» конструкции, образующей центральную внутреннюю полость и две боковые П-образные полости, встроенные тепловые трубы в продольных силовых сотовых панелях размещают горизонтально, а в поперечных - вертикально, связующие тепловые трубы, выравнивающие тепловой поток по продольным силовым сотовым панелям, устанавливают вертикально с внутренней стороны продольных силовых сотовых панелей на участке центральной внутренней полости, коллекторные тепловые трубы прокладывают в центральной внутренней полости с креплением их перпендикулярно к полкам связующих тепловых труб и к поперечным сотовым панелям, на каждой продольной силовой сотовой панели электронагреватели системы терморегулирования закрепляют по одному продольно на полках связующих тепловых труб, тепловыделяющие приборы размещают на внешних поверхностях продольных силовых сотовых панелей и внутренних поверхностях П-образных полостей, а нетепловыделяющие агрегаты размещают в центральной внутренней полости, испарители регулируемых радиационных теплообменников устанавливают вертикально на внешней стороне по одному в краевой области продольных силовых сотовых панелей, конденсаторы регулируемых радиационных теплообменников с контурными тепловыми трубами закрепляют на торцах продольных силовых сотовых панелей, на верхней и нижней сторонах «двутавровой» конструкции устанавливают, соответственно, верхнюю и нижнюю панели, на внешних поверхностях которых размещены полезная нагрузка и адаптер стыковки с носителем, параллельно наружным поверхностям продольных силовых сотовых панелей и конденсаторам регулируемых радиационных теплообменников и на внешних поверхностях верхней и нижней панели космического аппарата устанавливают теплоизоляцию с вырезами в зонах размещения внешних агрегатов.

Компоновка космического аппарата по предложенному способу поясняется чертежами (см. фиг.1-2). На фиг.1 не показана теплоизоляция и конденсаторы регулируемых радиационных теплообменников, а на фиг.2 не представлены верхняя и нижняя панели КА и панели солнечной батареи.

Компоновку космического аппарата выполняют следующим образом:

- предусматривают изготовление:

продольных силовых сотовых панелей (ССП) 1 со встроенными горизонтальными тепловыми трубами 3,

поперечных ССП 2 со встроенными вертикальными тепловыми трубами 4,

тепловыделяющих приборов 5,

нетепловыделяющих агрегатов 6,

верхней панели 7 с полезной нагрузкой,

нижней панели 8 с адаптером стыковки с носителем,

связующих 9 и коллекторных 10 тепловых труб,

регулируемых радиационных теплообменников, включающих конденсаторы 11 и испарители 12,

электронагревателей 13,

экранно-вакуумной теплоизоляции 14,

панелей солнечной батареи 15;

- осуществляют сборку и монтаж КА:

продольные 1 и поперечные 2 силовые сотовые панели компонуют в виде «двутавровой» конструкции, образующей центральную внутреннюю полость и две боковые П-образные полости,

связующие тепловые трубы 9, выравнивающие тепловой поток по продольным силовым сотовым панелям, устанавливают вертикально с внутренней стороны продольных силовых сотовых панелей 1 на участке центральной внутренней полости,

коллекторные тепловые трубы 10 прокладывают в центральной внутренней полости с креплением их перпендикулярно к полкам связующих тепловых труб 9 и к поперечным сотовым панелям 2,

электронагреватели 13 системы терморегулирования закрепляют продольно на полках связующих тепловых труб 9, расположенных на противоположной по отношению к испарителям 12 радиационного теплообменника стороне П-образной полости,

тепловыделяющие приборы 5 размещают на внешних поверхностях продольных сотовых панелей и внутренних поверхностях П-образных полостей, а нетепловыделяющие агрегаты 6 размещают в центральной внутренней полости,

испарители 12 регулируемых радиационных теплообменников устанавливают вертикально на внешней стороне по одному в краевой области продольных ССП 1,

конденсаторы 11 регулируемых радиационных теплообменников с контурными тепловыми трубами закрепляют на торцах продольных ССП 1,

на верхней и нижней сторонах «двутавровой» конструкции устанавливают, соответственно, верхнюю 7 и нижнюю 8 панели, на внешних поверхностях которых размещены полезная нагрузка и адаптер стыковки с носителем,

параллельно наружным поверхностям продольных ССП 1 и конденсаторам 11 регулируемых радиационных теплообменников и на внешних поверхностях верхней 7 и нижней 8 панели КА устанавливают теплоизоляцию 14 с вырезами в зонах размещения внешних агрегатов,

устанавливают панели солнечной батареи 15.

Для передачи теплового потока от поперечных ССП 2 к продольным ССП 1 через коллекторные ТТ 10 и связующие ТТ 9 необходимо, чтобы коллекторные ТТ 10 (количество которых ограничено и составляет 1 - 2 шт.) имели необходимую площадь контакта со всеми встроенными ТТ 4 поперечных ССП 2. Поэтому в поперечных ССП 2 встроенные ТТ 4 располагают вертикально, т.е. в перпендикулярной плоскости по отношению к коллекторным ТТ 10 и встроенным ТТ 3 продольных ССП 1, находящимися в горизонтальной плоскости.

Работа скомпонованного по предложенному способу космического аппарата происходит следующим образом.

После вывода КА на заданную орбиту в работу включаются приборы 5 продольных ССП 1 и поперечных ССП 2. Встроенные тепловые трубы 3 ССП 1 и встроенные тепловые трубы 4 ССП 2 передают тепловую мощность вдоль соответствующих сотопанелей и выравнивают температуры в пределах каждой сотопанели по ее длине.

При этом коллекторные тепловые трубы 10 передают тепловую мощность от тепловых труб ССП 2 на связующие тепловые трубы 9, которые одновременно обеспечивают передачу поступающего теплового потока и выравнивают температуры по всей поверхности продольных ССП 1.

С увеличением общего тепловыделения приборов 5, установленных как на продольных ССП 1, так и на поперечных ССП 2, а также при возрастании внешнего теплопритока, происходит повышение температур продольных ССП 1 и при превышении заданного уровня температур задействуется либо один, либо два регулируемых радиационных теплообменника. При этом испаритель 12 нагревается, рабочее тело контурных тепловых труб испаряется, давление насыщенных паров повышается и пар, двигаясь далее по каналу, конденсируется. Конденсатор (один или два) 11 сбрасывает тепло излучением в открытый космос, а рабочее тело (в виде жидкой фазы) под действием капиллярных сил возвращается в испаритель 12 и процесс повторяется.

При значительном снижении тепловыделений приборов 5 и снижении температур сотопанелей ниже заданного значения автоматически включаются электронагреватели 13 (один или два) и температура посадочной поверхности повышается, обеспечивая комфортную температуру установленных на ней приборов. Соответственно, при достижении определенной максимальной температуры сотопанели происходит отключение этого электронагревателя.

Экранно-вакуумная теплоизоляция 14 с вырезами в зонах размещения внешних агрегатов, закрывающая продольные ССП 1, внешние поверхности верхней 7 и нижней 8 панелей КА в значительной степени ограничивает нерегулируемый теплообмен конструкции КА.

Таким образом, в КА, скомпонованном в соответствии с предложенными признаками, функционированием встроенных тепловых труб 3 продольных ССП 1, встроенных тепловых труб 4 ССП 2, связующих тепловых труб 9, коллекторных тепловых труб 10, регулируемых радиационных теплообменников с конденсаторами 11 и испарителями 12, электронагревателей 13 и теплоизоляции 14, обеспечивается надежная термостабилизация аппаратуры КА в узком диапазоне температур.

Компоновка космического аппарата по предложенному способу, основными отличиями которого является то, что продольные и поперечные силовые сотовые панели компонуют в виде «двутавровой» конструкции, образующей центральную внутреннюю полость и две боковые П-образные полости, при этом тепловыделяющие приборы размещают на внешних поверхностях продольных сотовых панелей и внутренних поверхностях П-образных полостей, а нетепловыделяющие агрегаты размещают в центральной внутренней полости, предоставляет возможность размещать тепловыделяющую бортовую аппаратуру на всех внешних поверхностях, оптимально компоновать разногабаритное приборное оборудование и тем самым повысить плотность компоновки.

Предложенный способ компоновки также обеспечивает удобство обслуживания приборного оборудования при наземной отработке, т.к. тепловыделяющие приборы, размещаемые снаружи ССП, с большей степенью вероятности могут выйти из строя, чем нетепловыделяющие агрегаты, которые располагают во внутренней полости и к которым затруднен доступ.