DD237753A3

DD237753A3 - METHOD FOR THE INVESTIGATION OF THE WEATHER BEHAVIOR OF WORLD AIRPLANE DEVICES

Info

Publication number: DD237753A3
Application number: DD25812483A
Authority: DD
Inventors: Ralf Reuther; Viktor Adam
Original assignee: Adw Der Ddr Zentrum F Wissensc
Priority date: 1983-12-19
Filing date: 1983-12-19
Publication date: 1986-07-30

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Weltraumsimulationskammern zur Untersuchung des Waermeverhaltens von Raumfluggeraeten. Ziel der Erfindung ist es, den Aufwand fuer waermetechnische Untersuchungen an Pruefobjekten in einer Weltraumsimulationskammer zu verringern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die thermische Pruefung eines Raumfluggeraetes oder Einzelteils mit geringerem Energieaufwand und geringerem technischen Aufwand durchzufuehren. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass dem Pruefobjekt ueber superisolationsfreie Abschnitte ein gezielter und steuerbarer - den Weltraumbedingungen entsprechender - Waermestrom zugefuehrt bzw. aus diesen ein gesteuerter Waermestrom abgefuehrt wird, dass die Staerke der Superisolation fuer die Zeit der Untersuchung des Pruefobjektes so verringert wird, dass die Groesse des Waermeaustausches des Pruefobjektes mit der Original-Superisolation und einer Umgebung, die auf einer Temperatur von 3 K liegt, erreicht wird. Das Anwendungsgebiet der Erfindung sind Weltraumsimulationskammern zur Untersuchung des Waermeverhaltens von Weltraumfluggeraeten. FigurThe invention relates to space simulation chambers for the investigation of the thermal behavior of spacecraft. The aim of the invention is to reduce the effort for thermotechnical investigations on test objects in a space simulation chamber. The invention has for its object to perform the thermal test of a Raumfluggeraetes or item with less energy and less technical effort. According to the invention, this is achieved by supplying the controlled object via superinsulation-free sections with a targeted and controllable heat flow corresponding to space conditions or from which a controlled heat flow is removed such that the strength of the superinsulation is reduced during the examination of the test object such that the size of the heat exchange of the test object is achieved with the original super insulation and an environment that is at a temperature of 3K. The field of application of the invention are space simulation chambers for investigating the thermal behavior of spacecraft. figure

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Das Anwendungsgebiet der Erfindung bezieht sich auf Weltraumsimulationskammern zur Untersuchung des Wärmeverhaltens von Raumfluggeräten.The field of application of the invention relates to space simulation chambers for investigating the thermal behavior of spacecraft.

Characteristic of the known technical solutions

Zur Gewährleistung einer einwandfreien Funktion von Raumfluggeräten ist es notwendig, zunächst alle Einzelteile und sodann nach dem Zusammenbau, die vollständigen Raumfluggeräte unter den auftretenden Umweltbedingungen des Weltraumes zu testen.To ensure proper operation of spacecraft, it is necessary first to test all the individual parts and then after assembly, the complete spacecraft under the environmental conditions of space.

Besonders kommt es dabei auf die Untersuchung des Wärmeverhaltens von Raumfluggeräten bzw. deren Einzelteile an. Derartige Untersuchungen werden in Weltraumsimulationskammern vorgenommen. Dazu ist es notwendig, daß in einer Weltraumsimulationskammer die drei wichtigsten Umgebungskomponenten Hochvakuum, Weltraumtemperatur und die Sonnen-, Albedo-und Planeteneigenstrahlung simuliert werden.In particular, it depends on the investigation of the thermal behavior of spacecraft or their individual parts. Such investigations are made in space simulation chambers. For this purpose, it is necessary that in a space simulation chamber the three most important environmental components are simulated high vacuum, space temperature and solar, albedo and planetary radiation.

Es ist bekannt, daß in Weltraumsimulationskammern /·1/ ein Hochvakuum von ca. 10"⁵Pa erzeugt wird und zur Simulation der Weltraumtemperatur in Weltraumsimulationskammern Kühlsysteme, die z. B. mit flüssigem Stickstoff arbeiten, eingesetzt werden. Mit künstlichen Lichtquellen /1/wird eine annähernd naturgetreue Sonnen-, Albedo- und Planeteneigenstrahlung erzeugt und das in der Weltraumsimulationskammer fest fixierte oder an einem Bewegungssimulator angeordnete und mit einer Superisolation umgebene Raumfluggerät oder Einzelteil (Prüfobjekt) bestrahlt. Die Temperaturen des Prüfobjektes resultieren aus seinen im Betrieb freiwerdenden Wärmemengen, den absorbierten künstlichen Sonnen-, Albedo- und Planeteneigenstrahlungen und der gegen den Kältehintergrund der Weltraumsimulationskammer abgegebenen Eigenstrahlung des Prüfobjektes.It is known that in space simulation chambers / · 1 / a high vacuum of about 10 " ⁵ Pa is generated and for simulating the space temperature in space simulation chambers cooling systems that operate, for example, with liquid nitrogen, are used with artificial light sources / 1 / an approximately lifelike solar, albedo and Planetigenigen radiation is generated and irradiated in the space simulation chamber fixed or arranged on a motion simulator and surrounded with a super-insulated spacecraft or item (object under test) The temperatures of the test object resulting from its released during operation amounts of heat absorbed artificial solar, albedo and Planetigenigenstrahlung and emitted against the cold background of the space simulation chamber own radiation of the test object.

Es ist eine wesentliche Aufgabe von Weltraumsimulationskammern, die Strahlungsbilanz eines Raumfluggerätes im Weltraum nachzubilden, um Untersuchungen zur Funktion des Prüfobjektes im Einzelfall anstellen zu können.It is an essential task of space simulation chambers to simulate the radiation balance of a spacecraft in space in order to investigate the function of the test object in individual cases.

Bei möglichst naturgetreuer Nachbildung der Weltraumbedingungen besteht der Nachteil derartiger Simulationskammern darin, daß jeder einzelne Test eines Prüfobjektes einen hohen Aufwand an Technik und Energie erfordert. Literatur: /1/Vakuum-Technik, 16. Jahrgang, Oktober 1967 Heft 8; Die große Weltraumsimulationskammer in Porz-Wahn Seite 180-185In the most lifelike simulation of space conditions, the disadvantage of such simulation chambers is that every single test of a test object requires a great deal of technology and energy. Literature: / 1 / Vacuum Technology, 16th year, October 1967 Issue 8; The large space simulation chamber in Porz-Wahn page 180-185

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, den Aufwand für wärmetechnische Untersuchungen an Prüfobjekten in einer Welträumsimulationskammer zu verringern.The aim of the invention is to reduce the burden of thermal engineering studies on test objects in a Welträumsimulationskammer.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die thermische Prüfung eines Raumfluggerätes oder Einzelteils mit geringerem Energieaufwand und geringerem technischen Aufwand durchzuführen.The invention has for its object to perform the thermal testing of a spacecraft or item with less energy and less technical effort.

Erfindungsgemäß wird das bei einem Verfahren zur Untersuchung des Wärmeverhaltens von Weltraumfluggeräten und deren Einzelteilen, die im wesentlichen von einer Superisolation umgeben sind und während der Untersuchung weltraumähnlichen Bedingungen unterworfen werden, dadurch erreicht, daß dem Prüfobjekt für die superisolationsfreien Abschnitte ein gezielter und steuerbarer — den Weltraumbedingungen entsprechender — Wärmestrom zugeführt bzw. aus diesen ein gesteuerter Wärmestrom abgeführt wird und daß die Untersuchung des Prüfobjektes bei einer Umgebungstemperatur erfolgt, die über der des Weltraumhintergrundes von 3 K liegt.According to the invention, this is achieved in a method for investigating the thermal behavior of spacecraft and their individual parts, which are essentially surrounded by a superinsulation and during the investigation space-like conditions, that the test object for superinsulation-free sections targeted and controllable - the space conditions corresponding - supplied heat flow or from these a controlled heat flow is dissipated and that the examination of the test object is carried out at an ambient temperature which is higher than that of the space background of 3 K.

Es ist zweckmäßig, daß die simulierte Weltraumumgebungstemperatur zwischen der Temperatur des flüssigen Stickstoffs und der Temperatur des Prüfobjektes eingestellt wird. Um den Simulationsfehler zu verkleinern, ist es weiterhin zweckmäßig, die Stärke der Superisolation für die Zeit der Untersuchung des Prüfkörpers zu verringern. Damit wird die Größe des Wärmeaustausches des Prüfobjektes mit der Originalsuperisolation und einer Umgebung, die auf einer Temperatur von 3 K liegt,It is desirable that the simulated space ambient temperature be set between the temperature of the liquid nitrogen and the temperature of the test object. In order to reduce the simulation error, it is also appropriate to reduce the strength of the superinsulation for the time of examination of the specimen. Thus, the size of the heat exchange of the test object with the original super insulation and an environment that is at a temperature of 3 K,

daß ihre Wärmewirkung über die verringerte Superisolation auf das Prüfobjekt die gleiche Größe aufweist, wie sie die Sonnen-, Albedo- und Eigenstrahlungssimulation voller Intensität über die Susperisolation in Originaldicke hervorruft. Eine Anordnung zur Untersuchung des Wärmeverhaltens von Weltraumfluggeräten und deren Einzelheiten, die im wesentlichen mit einer Superisolation versehen sind, wobei sich das Prüfobjekt in einer Weltraumsimulationskammer befindet, die gekühlte Wände sowie eine Sonnen-, Albedo-und Planeteneigenstrahlungssimulationseinrichtung aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktplatten von Wärmestromsteuergeräten auf den superisolationsfreien Öffnungen und Flächen des Prüfobjektes angeordnet sind.that their thermal effect over the reduced superinsulation on the test object is the same magnitude as that which produces the full intensity solar, albedo and self-radiation simulation over the original thickness sus- pension insulation. An arrangement for examining the thermal behavior of spacecraft and their details, which are substantially provided with a superinsulation, wherein the test object is located in a space simulation chamber having cooled walls and a sun, albedo and planetary self-simulating means, characterized in that contact plates are arranged by heat flow control devices on the super-insulation-free openings and surfaces of the test object.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch den gesteuerten Wärmestrom aus dem bzw. in das Prüfobjekt die naturgetreue Nachbildung des Weltraumes nicht mehr erforderlich ist. Infolge der nun möglichen Prüfung, insbesondere bei Kammerwandtemperaturen, die erheblich über der der Weltraumhintergrundstrahlung und auch erheblich über der des flüssigen Stickstoffes liegen können, wird ein technischer und energetischer Aufwand für die Abkühlung der Simulatipnskammer eingespart.The advantage of the invention is that the lifelike replica of outer space is no longer required by the controlled heat flow from or into the test object. As a result of the now possible test, especially at chamber wall temperatures, which can be significantly higher than the space background radiation and also significantly above that of the liquid nitrogen, a technical and energy cost for the cooling of Simulatipnskammer is saved.

embodiment

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.The invention will be explained using an exemplary embodiment.

Die Figur zeigt einen Querschnitt eines Raumfluggerätes in einer Weltraumsimulationskammer.The figure shows a cross section of a spacecraft in a space simulation chamber.

Das Prüfobjekt 1 (Raumfluggerät bzw. Einzelteil) befindet sich im Hochvakuum einer Weltraumsimulationskammer 2, deren Wände 3 gekühlt werden. Das Prüfobjekt 1 ist mit einer wärmeisolierenden Befestigung 14 in der Weltraumsimulationskammer 2 fixiert. Die Oberfläche 4 des Prüfobjektes 1 ist fast vollständig mit einer Superisolation 5 bedeckt. An den nicht mit Superisolation 5 bedeckten Abschnitten 6 und 7 des Prüfobjektes 1 befinden sich Öffnungen für optische Geräte oder es sind Flächen, die durch thermische Abstrahlung in den Weltraum für die Abfuhr der im Inneren anfallenden Verlustwärme sorgen.The test object 1 (spacecraft or item) is located in the high vacuum of a space simulation chamber 2, the walls 3 are cooled. The test object 1 is fixed with a heat-insulating attachment 14 in the space simulation chamber 2. The surface 4 of the test object 1 is almost completely covered with a superinsulation 5. At the sections 6 and 7 of the test object 1 which are not covered with superinsulation 5, there are openings for optical devices or surfaces which, by thermal radiation into space, provide for the dissipation of the heat loss arising in the interior.

Auf den nicht mit Superisolation 5 verkleideten Abschnitten 6 und 7 der Oberfläche 4 des Prüfobjektes 1 sind Kontaktplatten 8 und 9 von Wärmestromsteuergeräten 10 und 11 angeschlossen.On the disguised with Super Insulation 5 sections 6 and 7 of the surface 4 of the test object 1 contact plates 8 and 9 of heat flow control devices 10 and 11 are connected.

Die Wärmestromsteuergeräte 10 und 11 führen Wärme an ein temperierbares Medium ab. In einer Weltraumkammer ohne Bewegungssimulator können aber auch die gekühlten Kammerwände für sie als Wärmesenke dienen. In diesem Falle sind bei geeigneter Konstruktion die Wärmestromsteuergeräte in der Lage, die Fixierung des Prüfobjektes in der Kammer zu übernehmen, und die wärmeisolierende Befestigung kann entfallen. In einer Kammer mit Bewegungssimulator ist das Prüfobjekt über eine wärmeisolierende Befestigung mit dem Bewegungssimulator verbunden. Für die Wärmestromsteuergeräte kommen dann die gekühlten Kammerwände als Wärmesenke nicht in Frage.The heat flow control devices 10 and 11 dissipate heat to a temperature-controlled medium. In a space chamber without a motion simulator but also the cooled chamber walls can serve as a heat sink for them. In this case, with suitable design, the heat flow control devices are able to take over the fixation of the test object in the chamber, and the heat-insulating attachment can be omitted. In a chamber with motion simulator, the test object is connected to the motion simulator via a heat-insulating attachment. For the heat flow control devices then come the cooled chamber walls as a heat sink out of the question.

Unter Voraussetzung der Kenntnisse der strahlungsphysikalischen und strahlungsgeometrischen Eigenschaften der von Superisolation S freibleibenden Abschnitten 6 und 7 der Oberfläche 4 des Prüfobjektes 1 wird mit Hilfe der Wärmestromsteuergeräte 10 und 11 ein Wärmestrom in gewünschter Höhe vom Prüfobjekt 1 abgeführt bzw. dem Prüfobjekt 1 zugeführt. Der Wärmestrom der Wärmestromsteuergeräte 10 und 11 kann konstant eingestellt, sprunghaft oder kontinuierlich verändert werden. Damit lassen sich alle im Weltraum, an den von Superisolation 5 freibleibenden Abschnitten 6 und 7 auftretenden thermischen Belastungen nachbilden, die durch Wärmeabstrahlung, Sonnen-, Albedo- und Planeteneigenstrahlungseinwirkung oder durch Rückstrahlung anderer, nicht zum Prüfumfang gehörender Teile eines Prüfobjektes 1 entstehen.Provided that the radiation-physical and radiation-geometrical properties of sections 6 and 7 of surface 4 of test object 1 which are free of superinsulation S are known, a heat flow at the desired level is removed from test object 1 or supplied to test object 1 with the aid of heat flow control devices 10 and 11. The heat flow of the heat flow control devices 10 and 11 can be set constant, jump or continuously changed. Thus, all occurring in space, at the remaining of superinsulation 5 remaining sections 6 and 7 thermal loads that arise from heat radiation, solar, albedo and Planeteneigenstrahlung or by re-radiation of other parts not belonging to the Prüfumfanges a test object 1.

Der Anteil des Wärmeaustausches des Prüfobjektes 1 mit der Umgebung, der über die Superisolation 5 erfolgt, ist von der Temperatur der gekühlten Wände 3 der Weltraumsimulationskammer 2 abhängig.The proportion of the heat exchange of the test object 1 with the environment, which takes place via the superinsulation 5, is dependent on the temperature of the cooled walls 3 of the space simulation chamber 2.

Claims

Invention claim:

1. A method for investigating the thermal behavior of spacecraft and their components, which are essentially surrounded by a superinsulation and subjected to space-like conditions during the investigation, characterized in that the test object (1) via the superinsulation-free sections (6) and (7) a targeted and controllable - the space conditions corresponding - supplied heat flow or from these a controlled heat flow is dissipated.

2. The method according to item!, Characterized in that the strength of the superinsulation (5) for the time of examination of the Prüobjektesa (1) is reduced so that the size of the heat exchange of the test object (1) with the original Superisolation (5) and an environment that is at a temperature of

3 K is reached, and that the solar, albedo and planetary self-radiation simulations (12) and (13) are reduced in intensity so that their thermal effect over the reduced superinsulation (5) on the test object (1) is the same magnitude how to produce the suns, albedo and planetary self-radiation simulations (12) and (13) full intensity over the superinsulation (5) in original thickness.