Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Изобретение относится к космической технике, в частности к способам наземных испытаний систем терморегулирования (СТР) телекоммуникационных спутников.

В настоящее время телекоммуникационные спутники изготавливают состоящими из двух модулей: модуля полезной нагрузки (МПН) и модуля служебных систем (МСС), которые после предварительных автономных наземных испытаний их, в том числе их жидкостных контуров СТР, заправленных жидким теплоносителем, например, ЛЗ-ТК-2, объединяют в одно целое и проходят дальнейшие испытания при полностью собранном КА.

Известен способ испытаний СТР таких КА, например, согласно патенту Российской Федерации (РФ) №2132806 [1], по которому (см. фиг. 1-5, где 1 - СТР КА; 2 - жидкостный контур МПН; 3 - жидкостный контур МСС; 4, 5, 6, 8, 9 - гидравлические разъемы; 7 - компенсационное устройство; 10 - компенсатор объема) в процессе стыковки модулей КА (жидкостные контуры которых заправлены жидким теплоносителем) осуществляют отстыковку компенсационного устройства 7 (содержит жидкостную полость и газовую полость, заправленную сжатым газом допустимого давления, например, 1,4-1,5 кгс/см²) от жидкостного контура МПН 2 и в течение промежуточного времени, например, не более 10 минут, соединяют его по гидравлическим разъемам 4, 5, 8, 9 с жидкостным контуром МСС 3, имеющим в своем составе штатный компенсатор объема 10 (из жидкостной полости которого слита требуемая доза теплоносителя, а газовая полость заправлена двухфазным рабочем телом, например, фреоном 141 в, и давление в ней ниже атмосферного).

На фиг. 1 приведено состояние МПН и МСС до стыковки их гидравлических разъемов 4 и 8, 5 и 9: из жидкостной полости компенсатора объема 10 слита доза теплоносителя исходя, что максимальная средняя температура теплоносителя в жидкостном контуре СТР (МПН+МСС) в условиях эксплуатации не превышает 55°С, а из жидкостной полости компенсационного устройства 7, присоединенного к жидкостному контуру МПН, при его автономной заправке слита доза теплоносителя исходя, что максимальная средняя температура теплоносителя в МПН до стыковки с МСС не превышает 35°С.

На фиг. 2 изображены жидкостные контуры 2 и 3 МПН и МСС после штатной отстыковки гидравлических разъемов 5 и 6 (перед стыковкой гидравлических разъемов 4 и 8, 5 и 9).

На фиг. 3 приведено состояние компенсационного устройства 7, МПН и МСС после штатной (без ошибки оператора) стыковки гидравлических разъемов 4 и 8, 5 и 9.

На фиг. 4 изображена схема стыковке МПН и МСС по разъемам гидравлическим 4 и 8 до отстыковки компенсационного устройства 7 от жидкостного контура 2 МПН (ошибка оператора: часть теплоносителя из него перетекла в жидкостную полость компенсатора объема 10 и его сильфон сжался до упора).

На фиг. 5 приведено состояние МПН и МСС после стыковки гидравлических разъемов 4 и 8, 5 и 9 - в этом состоянии отсутствует возможность компенсации температурного изменения объема теплоносителя в жидкостных контурах МПН+МСС.

После этого проводят испытания собранного КА, в том числе собранную СТР.

Анализ, проведенный авторами данных испытаний СТР КА, показал, что известный способ обладает существенными недостатками, а именно: в процессе испытаний обеспечивается недостаточно высокая надежность работоспособности жидкостного контура СТР, обусловленная следующими причинами.

В случае, если оператор допустит ошибку (см. фиг. 4 и 5): соединит гидравлические разъемы 4 и 8, затем от разъема гидравлического 5 отстыкует гидравлический разъем 6, и после этого состыкует гидравлические разъемы 5 и 9. В этом случае после стыковки гидравлических разъемов 4 и 8 имеющийся запас теплоносителя из жидкостной полости компенсационного устройства 7 потечет в жидкостный тракт СТР и сильфон компенсатора объема сожмется до упора, т.к. давление в газовой полости бортового компенсатора объема 10 ниже атмосферного (0,65-0,85 кгс/см²) при температуре в цехе (24±3)°С), а в газовой полости компенсационного устройства 7, пристыкованного к модулю полезной нагрузки, давление выше атмосферного: 1,05-1,1 кгс/см² (начальное абсолютное давление 1,4-1,5 кгс/см² по технологии изготовления для обеспечения полноты заполнения жидкостного контура МПН).

После того, как будут состыкованы гидравлические разъемы 5 и 9, в жидкостном тракте в случае повышения температуры окружающего воздуха установится повышенное (недопустимое) давление теплоносителя и жидкостный тракт СТР может разгерметизироваться.

Таким образом, известный способ [1] обеспечивает недостаточно высокую надежность работоспособности жидкостного тракта СТР в процессе наземных испытаний КА.

Целью предлагаемого технического решения является устранение вышеуказанного существенного недостатка.

Поставленная задача достигается тем, что в способе испытаний системы терморегулирования космического аппарата, жидкостные тракты которой заправлены жидким теплоносителем, включающем отстыковку компенсационного устройства, содержащего заправленную теплоносителем жидкостную полость и газовую полость, заправленную сжатым газом допустимого давления, от жидкостного контура модуля полезной нагрузки и в течение расчетного промежутка времени, например, не более 10 минут, соединение его по гидравлическим разъемам с жидкостным контуром модуля служебных систем, имеющем в своем составе штатный компенсатор объема, из жидкостной полости которого слита требуемая доза теплоносителя, исходя из максимально возможной средней температуры теплоносителя в жидкостных трактах, а газовая полость заправлена двухфазным рабочим телом, например, фреоном 141в, и проведение испытаний, причем предварительно при автономной заправке жидким теплоносителем компенсационного устройства, подключаемого к заполненному теплоносителем жидкостному контуру полезной нагрузки, из жидкостной полости его сливают дозу теплоносителя, удовлетворяющую следующему условию:

где ΔV_{сл.д. КУ МПН} - требуемая доза теплоносителя, сливаемая из жидкостной полости компенсационного устройства, подключаемого к жидкостному тракту полезной нагрузки, при автономной заправке его перед использованием, л;

V_{компенсир}. _{КУ МПН} - максимально возможное изменение объема жидкостной полости компенсационного устройства, подключаемого к жидкостному тракту модуля полезной нагрузки, при изменении хода сильфона его от положения «Сильфон сжат полностью» до положения «Сильфон растянут полностью», л (например, 4,0 л);

V_макс. _СТР - максимально возможный объем теплоносителя в жидкостных трактах СТР КА в условиях эксплуатации, например, 30 л (модули полезной нагрузки и служебных систем состыкованы между собой), л;

β - коэффициент температурного изменения объема теплоносителя, 1/°С (например, 0,00123 1/°С);

t _макс. _{экс. КА,} t_{макс.наз. исп.} - максимально возможные средние температуры теплоносителя в жидкостных трактах СТР в условиях эксплуатации КА и при наземных испытаниях после стыковки модуля полезной нагрузки с модулем служебных систем, °С (например, t _макс. _{экс. КА} = 55°С; t_{макс.наз. исп.} = 35°С);

|δV| - погрешность слива дозы теплоносителя из компенсатора объема, л (например, +0,2 л), что и является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого авторами изобретения.

В результате проведенного авторами анализа известной патентной и научно-технической литературы, предложенное сочетание существенных признаков заявляемого технического решения в известных источниках не обнаружено и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявленном способе испытаний СТР КА.

На фиг. 6-8 изображены принципиальные схемы реализации предлагаемого технического решения.

На фиг. 6 приведено состояние МПН и МСС до стыковки их гидравлических разъемов 4 и 8, 5 и 9: из жидкостной полости компенсатора объема 10 слита доза теплоносителя исходя, что максимальная средняя температура теплоносителя в жидкостном контуре СТР (МПН+МСС) в условиях эксплуатации не превышает 55°С, а из жидкостной полости компенсационного устройства 7, присоединенного к жидкостному контуру МПН, при его автономной заправке слита доза теплоносителя, удовлетворяющая установленному авторами условию (1) (см. лист 4).

На фиг. 7 изображены жидкостные контуры 2 и 3 МПН и МСС, когда присоединили гидравлические разъемы 4 и 8, в то время как гидравлические разъемы 5 и 6 не расстыкованы: из-за этого имеющийся запас теплоносителя из жидкостной полости компенсационного устройства 7 перетек в жидкостную полость компенсатора объема 10 - при этом сильфон компенсационного устройства полностью растянулся (сел на упор), а сильфон компенсатора 10 сжался, но до полного сжатия сильфона в компенсаторе объема 10 остался объем теплоносителя, достаточный для компенсации температурного изменения объема теплоносителя в жидкостных контурах 2 и 3 (МПН+МСС) при наземных испытаниях.

На фиг. 8 представлено состояние компенсационного устройства 7, жидкостных контуров 2 и 3 (МПН+МСС) в процессе наземных испытаний СТР и КА. Из фиг. 6-8 видно, что, в случае ошибки оператора, в результате того, что, из жидкостной полости компенсационного устройства 7, подключенного к модулю полезной нагрузки, при автономной его заправке слита доза теплоносителя, удовлетворяющая установленному авторами следующему условию:

где ΔV_{сл.д. КУ МПН} - требуемая доза теплоносителя, сливаемая из жидкостной полости компенсационного устройства, подключаемого к жидкостному тракту полезной нагрузки, при автономной заправке его перед использованием, л;

V_{компенсир}. _{КУ МПН} - максимально возможное изменение объема жидкостной полости компенсационного устройства, подключаемого к жидкостному тракту модуля полезной нагрузки, при изменении хода сильфона его от положения «Сильфон сжат полностью» до положения «Сильфон растянут полностью», л (например, 4,0 л);

V_макс. _СТР - максимально возможный объем теплоносителя в жидкостных трактах СТР КА в условиях эксплуатации, например, 30 л (модули полезной нагрузки и служебных систем состыкованы между собой), л;

β - коэффициент температурного изменения объема теплоносителя, 1/°С (например 0,00123 1/°С);

t _макс. _{экс. КА,} t_{макс.наз. исп.} - максимально возможные средние температуры теплоносителя в жидкостных трактах СТР в условиях эксплуатации КА и при наземных испытаниях после стыковки модуля полезной нагрузки с модулем служебных систем, °С (например, t _макс. _{экс. КА} =55°С; t_{макс.наз. исп.} =35°С);

|δV| - погрешность слива дозы теплоносителя из компенсатора объема, л (например, +0,2 л),

из компенсационного устройства 7 может выдавливаться объем теплоносителя, недостаточный для полного сжатия сильфона бортового компенсатора объема 10, и в жидкостном тракте СТР при изменении температуры теплоносителя и температуры окружающего воздуха не может повыситься давление теплоносителя выше допустимого и исключается повреждение жидкостного тракта СТР.

Таким образом, при испытаниях КА обеспечивается с высокой надежностью работоспособность жидкостного тракта СТР, следовательно, тем самым достигается цель изобретения.