Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ТЕПЛОВАКУУМНЫХ ИСПЫТАНИЙ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Изобретение относится к космической технике, а именно к тепловакуумным испытаниям космических аппаратов.

Известен способ комплексных испытаний объекта, в результате которых создают адекватную математическую модель объекта, используемую для получения характеристик объекта в различных условиях его эксплуатации (RU n.2027246 H 01 H 49/00, G 01 M 19/00 от 01.04.92 - аналог).

Известен способ комплексных испытаний космического аппарата, отличающийся тем, что аппарат разделяют на несколько фрагментов в зависимости от того, в вакууме или при атмосферном давлении требуется проводить испытания. Фрагменты испытывают независимо друг от друга, а затем результаты испытаний фрагментов математически сопрягают для определения состояния объекта в целом (Андрейчук О.Б., Малахов Н.Н. Тепловые испытания космических аппаратов. М.: "Машиностроение", 1982, УДК.629.7.018, с. 114-118) - ближайший аналог.

Основным недостатком аналогов для космических аппаратов, имеющих системы обеспечения теплового режима, построенные на тепловых трубах, является невозможность проведения комплексных, а именно тепловакуумных испытаний полностью функционирующего аппарата или его фрагмента, определенного из условий работы в вакууме или в атмосфере, а дополнительным недостатком ближайшего аналога - сложность математического сопряжения результатов испытаний отдельных фрагментов, испытанных в разных условиях.

Невозможность проведения тепловакуумных испытаний объясняется тем, что на Земле в условиях действия гравитационного поля тепловые трубы штатно (как в орбитальном полете) работают только в горизонтальном положении. На космическом аппарате или его фрагменте, определенном из условий работы в вакууме или в атмосфере, тепловые трубы, как правило, имеют пространственное положение в разных плоскостях, поэтому их штатная работа в условиях земной гравитации не гарантируется.

Предложенный авторами способ испытаний, сохраняя достоинства аналогов (минимальный объем испытаний, возможность пофрагментно проводить испытания), лишен их недостатков.

Авторы предлагают способ тепловакуумных испытаний космического аппарата, включающий в себя разделение аппарата на фрагменты, испытания фрагментов, создание с учетом результатов испытаний адекватных математических моделей фрагментов и космического аппарата с дальнейшим использованием адекватной математической модели аппарата для получения его параметров при различных условиях эксплуатации на орбите, отличающийся тем, что аппарат разделяют на штатно функционирующие в наземных условиях фрагменты, образуют из фрагментов, находящихся в тепловой связи в составе аппарата, группы с обеспечением штатного функционирования этих групп в наземных условиях, испытывают группы с определением тепловых связей между фрагментами в группе, а адекватную математическую модель космического аппарата создают с учетом полученных значений тепловых связей между фрагментами в группе.

Новым в предлагаемом способе является разделение аппарата на фрагменты, штатно функционирующие в наземных условиях, образование из фрагментов, находящихся в тепловой связи в составе аппарата, групп с обеспечением штатного функционирования групп в наземных условиях, испытания групп с определением тепловой связи между фрагментами в группе, создание адекватной математической модели космического аппарата с учетом полученных значений тепловых связей.

Сутью предложенного способа является разделение аппарата на такие фрагменты и создание на их основе таких групп фрагментов, которые можно испытать в наземных условиях и создать на базе испытаний адекватную математическую модель аппарата.

Так, тепловакуумные испытания космического аппарата, имеющего систему терморегулирования (термостатирования), построенную на тепловых трубах, различно ориентированных в пространстве, с достаточной достоверностью в наземных условиях в собранном виде провести невозможно.

Но, если такой аппарат разделить на фрагменты, и фрагменты в испытаниях расположить так, чтобы тепловые трубы, размещенные в них, находились в горизонтальном положении, то тепловой режим таких фрагментов отработать в наземных условиях можно с достаточной достоверностью. И также можно создать адекватные математические модели таких фрагментов.

С целью сокращения объема испытаний наиболее целесообразно аппарат разбивать на типовые фрагменты, математические описания (математические модели) которых либо полностью идентичны или имеют несущественные отличия.

Для определения значений тепловых связей между фрагментами образуют группы фрагментов. В группах фрагментов в испытаниях должно быть реализовано горизонтальное положение всех тепловых труб, включая тепловые трубы, обеспечивающие связь между фрагментами в группе. Такие группы можно испытать и получить для них значения тепловых связей. В этом случае наиболее целесообразно аппарат разделить на типовые группы, тепловые связи которых идентичны. При использовании типовых групп число испытаний сводится к минимальному.

Математические описания фрагментов аппарата и связей между ними позволяют создать математическую модель аппарата в целом. Так как математические модели фрагментов со значениями связей между ними, входящие в математическую модель аппарата, адекватны, то будет адекватна составленная на их основе математическая модель аппарата.

Пример реализации данного способа можно продемонстрировать на тепловакуумных испытаниях космического аппарата, представляющего собой параллелепипед, собранный из четырех силовых сотовых панелей с внутренними тепловыми трубами, расположенными в панелях параллельно продольной оси аппарата. Снаружи аппарат закрыт экранно-вакуумной теплоизоляцией, в окнах которой открытые площади силовых сотовых панелей с нанесенным на них терморегулирующим покрытием образуют поверхности радиационного теплообменника. На силовых сотовых панелях устанавливаются приборы, а сами панели для выравнивания температур связаны друг с другом коллекторными тепловыми трубами, расположенными перпендикулярно тепловым трубам в панелях.

В общем случае данный аппарат можно разбить на следующие "простые" фрагменты (фрагменты, представляющие собой конкретные изделия с соответствующей сопроводительной документацией, изготавливаемые, как правило, различными разработчиками), штатно функционирующие в наземных условиях силовая сотовая панель, коллекторная тепловая труба, прибор.

Аппарат можно разбить и на более сложные фрагменты, штатно функционирующие в наземных условиях. Например, целая сборка силовых сотовых панелей, в которой тепловые трубы расположены горизонтально, может выступить в качестве фрагмента.

Работу фрагментов штатно в наземных условиях можно обеспечить соответствующей их установкой. Так, силовая сотовая панель устанавливается либо в горизонтальной плоскости, либо в вертикальной, но при условии расположения всех труб в панели горизонтально.

Коллекторная тепловая труба для ее гарантированной работы (с точки зрения проверки на Земле) выполняется в одной плоскости, а во время испытаний располагается таким образом, чтобы плоскость трубы была горизонтальной.

Для предлагаемого аппарата для испытаний по определению тепловых связей образуют следующие группы из фрагментов силовая сотовая панель - прибор (приборы), силовая сотовая панель - коллекторная тепловая труба (трубы) - силовая сотовая панель.

Работу групп фрагментов в наземных условиях обеспечивают установкой их труб в горизонтальной плоскости. При этом коллекторные трубы для испытаний изготавливают прямыми, но с тепловыми характеристиками, одинаковыми со штатными коллекторными тепловыми трубами.

Проводят тепловакуумные испытания фрагментов и групп фрагментов и по результатам испытаний создают адекватные математические модели фрагментов. С учетом определенных в испытаниях значений тепловых связей в группах фрагментов создают адекватную математическую модель аппарата, которую затем используют для определения параметров аппарата в различных условиях орбитального полета.

Целесообразно вести испытания типовых фрагментов, под которыми понимаются фрагменты, имеющие одинаковое или близкое математическое описание, и испытания составленных из них типовых групп фрагментов. Это позволяет по мере наработки сокращать объем испытаний, т.к. нет необходимости повторения испытаний типовых фрагментов и типовых групп фрагментов и, таким образом, уменьшить их стоимость.

Таким образом, предложенный способ испытаний позволяет провести тепловакуумные испытания и определение теплового режима в условиях орбитального полета космических аппаратов, системы обеспечения теплового режима которых не функционируют в условиях земной гравитации.

Предполагается, что данный способ тепловакуумных испытаний по мере их проведения приведет к снижению затрат на испытания даже по сравнению с ранее проводимыми испытаниями космических аппаратов, системы обеспечения теплового режима которых штатно функционируют на Земле, за счет снижения числа комплектующих, требующих испытаний.

Так, при проектировании аппаратов из типовых фрагментов и типовых групп фрагментов вся работа сводится к созданию адекватной математической модели и ее использованию для получения параметров аппарата при различных условиях эксплуатации на орбите.

Для аппаратов, имеющих новизну, стендовая отработка требуется только для новых фрагментов и их групп, а их количество, как правило, не превышает 20% от состава аппарата.

Таким образом, способ может позволить в несколько раз снизить стоимость испытаний, т.к. стендовая отработка составляет подавляющую часть их стоимости.

На предприятии-заявителе проводятся тепловакуумные испытания космического аппарата по предложенному способу.