CN102673803A - 带有集成热交换器的人造卫星用结构板 - Google Patents

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Abstract

一种用于人造卫星的通用型结构板(PS)包括：用于安置在人造卫星外侧的外蒙皮(PE)；芯(AM)，其包括安装成与所述外蒙皮(PE)固定接触的至少一个集成热管(CAL)；和用于安置在人造卫星内侧的内蒙皮(PI)，所述结构板(PS)配备有多个通用型热交换器，它们被配置成与热控制回路相连，该热控制回路中采用了液体制冷剂的循环，并且该热控制回路安置在所述结构板的外侧。

Description

带有集成热交换器的人造卫星用结构板
技术领域
本发明涉及一种用于人造卫星、特别是通讯卫星的结构板。
背景技术
人造卫星，特别是通讯卫星，具有昂贵的结构，特别是由于它们的通常由热管网络构成的热控制系统的设计。
建造人造卫星结构也是昂贵的，特别是由于每个人造卫星的控制系统都是独一无二的。
发明内容
本发明的一个目的是降低建造人造卫星的成本，并且改进其热控制系统。
根据本发明的一个方面，一种用于人造卫星的通用型结构板包括：用于安置在人造卫星外侧的外蒙皮；芯，其包括安装成与所述外蒙皮固定接触的至少一个集成热管；用于安置在人造卫星内侧的内蒙皮。所述结构板配备有多个通用型热交换器，它们被配置成与热控制回路相连，该热控制回路中采用了液体制冷剂的循环，并且该热控制回路安置在所述结构板的外侧。
同时，这样的结构板是通用型的，并且能够降低建造人造卫星的成本，还能够便于制造人造卫星的热控制系统。这使得能够提高模块化能力和降低成本。
所述热控制回路是例如机械泵送型两相热回路。
在一个实施方式中，所述热交换器包括至少一个蒸发器和一个冷凝器。
因此，能够容易地制造包含机械泵送型控制线路或回路例如两相机械泵送型回路即MPL或热泵型系统即HPS的热控制系统。
在一个实施方式中，所述冷凝器被布置成与结构板的外蒙皮相接触，面朝向结构板的芯中的至少一个热管。。
作为替代，所述冷凝器被布置成与结构板的芯中的至少一个热管相接触。
这样的构造使得能够限制冷凝器交换器的尺寸，因为热量通过热管被散布在板中。这种紧凑的设计使得能够最小化冷凝器被微小陨石撞伤的危险。
所述蒸发器有利地被布置在结构板的芯中，与结构板的内蒙皮相接触。
这样，能够明显更容易将耗散设备布置在结构板上。
在一个实施方式中，包括至少一个组冷凝器，这些冷凝器在结构板外侧通过配置为所述热控制回路一部分的管道串联/并联连接。
每个板因此而能够容易地装配在热控制回路中。
所述冷凝器和将它们相连的所述管道有利地包括硬化外壁。
这种紧凑型冷凝器因此而被保护以防止受到撞伤，特别是被微小陨石撞伤。
结构板的芯可包括包含绝热或导热材料的结构。
因此，可以根据MPL回路或HPS的要求或类型来构造集成在一起的交换器、蒸发器和冷凝器与同一结构板之间的热解耦和热耦合。
另外，配备有热交换器的结构板被配置成适于与一或多个其它结构板液力串联/并联连接。
根据本发明的另一方面，提出了一种人造卫星，其特征在于包括至少一个如任一前面方案中描述的结构板。
附图说明
通过以非限定性实施例的方式描述并且在附图中显示的一些本发明实施方式，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1示意性示出了沿着根据本发明一个方面的结构板的第一轴线的剖视图；
图2示意性示出了沿着根据本发明一个方面的结构板的与第一轴线正交的第二轴线的剖视图；
图3示意性示出了根据本发明一个方面的结构板的内蒙皮的正视图；
图4示意性示出了根据本发明一个方面的结构板的外蒙皮的正视图；并且
图5a和5b示出了根据本发明一个方面的结构板，其作为两相回路式(图5a)或HPS热泵式(图5b)热控制系统的构件。
具体实施方式
在所有图中，具有相同附图标记的元件是类似的。
图1示出了沿着人造卫星用结构板PS的第一轴线的剖视图，该结构板包括：外蒙皮或壁PE，用于安置在人造卫星的外侧；芯AM，在本例中具有蜂窝结构，包括靠近外蒙皮PE布置的至少一个热管CAL，和内蒙皮或壁PI，用于安置在人造卫星的内侧。这样的结构板PS也可以被称作夹心型(sandwich-type)板。设备EQPT，在此处例子中配备有两个紧固凸耳PF1和PF2，借助于两个带螺纹嵌件INS1和INS2和两个螺钉V1和V2被紧固于结构板PS，所述两个螺钉分别拧入所述带螺纹嵌件INS1和INS2和紧固凸耳PF1和PF2。集成在板PS中的热交换器被示出，在此处例子中，包括蒸发器EVAP，其靠近内蒙皮PI布置在芯AM内，以及冷凝器COND，其在板PS的外侧布置在外蒙皮PE上或直接布置在热管CAL上。
图2示出了沿着与第一轴线正交的第二轴线的剖视图。芯AM还可以包括中间壁或蒙皮Pint，例如0.1至0.2mm厚，并且芯可以是蜂窝结构，由铝或绝热材料例如玻璃纤维制成。
图3示出了从板PS的外侧所作的板PS的内蒙皮PI的正视图，板PS的该外侧对应于人造卫星的内侧，即从内蒙皮PI的位于板PS外侧的表面侧所作，其中，例如，具有进口和出口的盘管式蒸发器EVAP可被看到，这使得容易将多个结构板PS安装在一起。盘管式蒸发器EVAP可以，例如，分别从第一件设备EQ1和从第二件设备EQ2吸取热量，这两件设备额定在两个不同温度级别T1和T2，例如，T1为大约65℃，T2大约85℃。作为替代，其它串联和/或并联配置可以构想出来。
图4示出了从板PS的外侧所作的板PS的外蒙皮PE的正视图，板PS的该外侧对应于人造卫星的外侧，即从外蒙皮PE的位于板PS的外侧的表面侧所作，其中，可以看到一组冷凝器COND，例如布置成彼此对齐的两串冷凝器COND。在每串中，冷凝器COND通过管道CDT相连。板可包括任何串数的冷凝器COND。图4示出的结构板PS可以与位于板外侧的用于循环液体制冷剂的热控制回路关联。
集成在这些结构板PS中与内蒙皮PI的内表面相接触(即与结构板PS的内蒙皮PI相接触)的蒸发器型交换器EVAP可包括以设定的间距以各种形态排布的管件，在此处例子中(示于本例中)以盘管的形式。它们的分布和它们的尺寸与紧固构成人造卫星有效载荷的设备EQPT所引起的应力相适应。来自设备EQPT的热量被传递到这些管件，在这些管件中循环液体制冷剂被蒸发。在热控制系统的一些操作模式中，只有对流热交换、而非两相热交换被考虑。这些管件的内侧，例如具有圆形、矩形或正方形横截面，可被结构成改进热交换，例如借助于凹槽或微通道。由于该蒸发区是等温的(两相交换)，并且管件被集成在板PS中，因布置构成有效载荷的设备EQPT所引起的应力，同使用热管、分为两个温度区(例如，额定65℃的设备区和额定85℃的设备区)的传统热控制系统相比，可显著降低。这种柔性分布模式使得能够减少构成有效载荷的设备EQPT所需的缆线长度，并且总体上具有用于人造卫星有效载荷的更好的射频性能。
为了保护蒸发器型交换器EVAP免受微小陨石撞伤的危险，薄中间蒙皮或壁Pint可被安置在夹心型结构板PS的内蒙皮PI和外蒙皮PE之间，位于芯AM内。这种类型的屏蔽使得能够分散撞到板PS上的碎片的冲击力，并且因此而使蒸发器管被穿透的可能性最小化。
多个集成有这些蒸发器型交换器EVAP的这样的板PS可被连接在一起，以任何串联和/或并联分布模式，以便限制管件中的总热损失。
所用的冷凝器交换器COND尽可能紧凑。它们被固定到热管CAL，以形成并联网络而在外侧集成于这些板PS(即与外蒙皮PE相接触)。为了最小化起自接触的热梯度，冷凝器交换器COND和热管CAL也可以形成单件。交换器可以是管件，通常具有圆形、矩形或正方形横截面，其内部可被构造成改进热交换，例如借助于凹槽或微通道。冷凝器交换器COND通过构成管道CDT的管件以任何串联和/或并联模式连接，在此处例子中，通过串联连接的对齐的多组。这样的冷凝器COND的分布提供了最佳的热液力(thermohydraulic)平衡效果，并且冷凝器COND在热管CAL上的分布使得能够限制热管所需的直径，并因此而限制它们的长度，从而限制制造成本(最小化质量比)。能够使用直径为8至10mm的热管CAL，即减小每单位长度的质量。来自交换器的热量通过热管CAL被传递至板PS的外表面PE，该外表面用作散热器，可借助于适宜的涂层有效地抵制热量，例如具有高红外线辐射能力和低太阳辐射通量吸收系数的涂层，比如光学太阳能反射器(OSR)或第二表面反射镜(SSM)。也可以考虑使用白漆作为辐射图层。
为了保护冷凝器交换器COND免受微小陨石撞伤的危险，各个壁需要被硬化，但由于所选择的冷凝器交换器是紧凑的(具有最小的暴露表面面积)，硬化导致相对薄壁。连接着冷凝器交换器COND的管道CDT的壁也被硬化，以抵抗微小陨石的撞击。具有小横截面的管道CDT因此较为有利，只要热液力应力被充分考虑到即可，以限制硬化对结构板的质量的影响。
集成有这些冷凝器交换器COND的一组这样的结构板PS可以例如被并联连接在一起，以实现在辐射抵制状况方面的最佳和自然的热耦合。
这种类型的带有热交换器的板的通用尺寸可以用于两个机械泵送型控制路线或回路，例如MPL两相回路式或HPS热泵式的。
如果使用MPL回路，如示于图5a，泵Pp和热液力蓄积器或贮存器R沿着液体制冷剂在回路中循环的方向看在蒸发器型交换器EVAP的上游被连接到各交换器。另外，附属冷却器SR布置在冷凝器COND和泵Pp之间，以确保为泵进口处的流体提供足够级别的附属冷却(以防止空穴)。板PS的芯AM可由铝构成，因为回路是等温地发挥作用的，这能够使得板PS的内蒙皮PI和外蒙皮PE之间的热泄漏问题最小化。
如果使用HPS，如示于图5b，沿着液体制冷剂在回路中循环的方向看，压缩机COMP布置在蒸发器型交换器EVAP的下游，并且减压阀DET布置在冷凝器交换器COND的下游和蒸发器型交换器EVAP的上游。另外，附属冷却器SR可被布置在冷凝器COND和减压阀DET之间，以提高制冷周期的效率。当板PS的表面面积不足以利用MPL回路蒸发构成有效载荷的设备EQPT散发的全部耗散热能时(由于散热器的温度升高而导致抵制能力增大)，该HPS回路特别有利。当使用HPS回路时，人造卫星的板PS的外蒙皮PE的温度可能高于内蒙皮PI的温度。那么，板PS的芯AM被设计成具有绝热效果，并且带有例如玻璃纤维设计以使板PS的两个蒙皮或壁PI、PE之间的热泄漏最小化。
由于MPL和HPS这两个系统都可以考虑使用构成液体制冷剂的氨，因此对于这些两种类型的热控制，集成在板PS中的热交换器可以具有相同的设计。

Claims (11)

1.一种用于人造卫星的通用型结构板(PS)，包括：用于安置在人造卫星外侧的外蒙皮(PE)；芯(AM)，其包括安装成与所述外蒙皮(PE)固定接触的至少一个集成热管(CAL)；和用于安置在人造卫星内侧的内蒙皮(PI)，其特征在于，配备有多个通用型热交换器，它们被配置成与热控制回路相连，该热控制回路中采用了液体制冷剂的循环，并且该热控制回路安置在所述结构板(PS)的外侧。
2.如权利要求1所述的结构板(PS)，其中，所述热控制回路是机械泵送型两相热回路。
3.如权利要求1或2所述的结构板(PS)，其中，所述热交换器包括至少一个蒸发器(EVAP)和一个冷凝器(COND)。
4.如权利要求3所述的结构板(PS)，其中，所述冷凝器(COND)被布置成与结构板的外蒙皮(PE)相接触，面朝向结构板(PS)的芯(AM)中的至少一个热管(CAL)。
5.如权利要求3所述的结构板(PS)，其中，所述冷凝器(COND)被布置成与结构板的芯(AM)中的至少一个热管(CAL)相接触。
6.如权利要求3至5中任一项所述的结构板(PS)，其中，所述蒸发器(EVAP)被布置在结构板的芯(AM)中，与结构板(PS)的内蒙皮(PI)相接触。
7.如权利要求3至6中任一项所述的结构板(PS)，其中，包括至少一个组冷凝器(COND)，这些冷凝器在结构板外侧通过配置为所述热控制回路一部分的管道(CDT)串联和/或并联连接。
8.如权利要求7所述的结构板(PS)，其中，所述冷凝器(COND)和将它们相连的管道(CDT)包括硬化外壁。
9.如前面权利要求中任一项所述的结构板(PS)，其中，结构板的芯(AM)包括绝热或导热材料。
10.如前面权利要求中任一项所述的结构板(PS)，其中，所述结构板被配置成适于与一或多个其它结构板液力串联和/或并联连接。
11.一种人造卫星，其特征在于，包括至少一个如前面权利要求中任一项所述的结构板(PS)。
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