DE10230350B4 - Spacecraft with a position control device - Google Patents

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Abstract

Raumfahrzeug mit einer Einrichtung zur Lageregelung auf einer vorgegebenen orbitalen Bahn, wobei die Lage wahlweise zumindest an einer vorgegebenen Raumfahrzeugachse ausrichtbar ist, enthaltend mindestens ein Drehimpulse erzeugendes Mittel sowie mindestens eine übergeordnete Steuer- und Regelungseinrichtung, die mit Lagesensoren in Verbindung steht, wobei die Einrichtung zur Lageregelung als Drehimpulse erzeugendes Mittel mindestens einen ringförmigen Leitungskanal mit einer darin befindlichen, kanaldurchströmenden Flüssigkeit aufweist, die zumindest elektrisch leitend und magnetisch beeinflussbar ist, wobei dem Leitungskanal mindestens eine magnetohydrodynamische Pumpe zur Zirkulation der Flüssigkeit zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der magnetohydrodynamischen Pumpe (21, 22, 42, 43, 44, 45, 51, 52, 53, 54) eine thermoelektrische Einheit (48, 49, 62) mit einem Materialblock (27, 57) vorhanden ist, der mit dem Leitungskanal (19, 40, 55) verbunden ist, elektrisch und Wärme leitend ist sowie eine thermoelektrische Leistung gegenüber der Flüssigkeit (20) aufweist, wobei der Materialblock (27, 57) mit einer zugeordneten Wärmequelle (11, 12, 56, 65) zur Ausbildung...spacecraft with a device for position control on a given orbital Railway, wherein the location optionally at least on a given spacecraft axis is alignable, containing at least one angular momentum generating Means and at least one parent Control and regulation device associated with position sensors stands, wherein the means for position control as angular momentum generating Means at least one annular Conduit with a channel-flowing liquid therein has, at least electrically conductive and magnetically influenced is, wherein the duct at least one magnetohydrodynamic Pump for the circulation of the liquid is assigned, characterized in that in the magnetohydrodynamic Pump (21, 22, 42, 43, 44, 45, 51, 52, 53, 54) is a thermoelectric Unit (48, 49, 62) with a block of material (27, 57) available is connected to the duct (19, 40, 55), electrically and heat is conductive as well as a thermoelectric power over the liquid (20), wherein the material block (27, 57) with an associated heat source (11, 12, 56, 65) for training ...

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Description

Die Erfindung betrifft ein Raumfahrzeug mit einer Einrichtung zur Lageregelung auf einer vorgegebenen orbitalen Bahn, wobei die Lage wahlweise zumindest an einer vorgegebenen Raumfahrzeugachse ausrichtbar ist, enthaltend mindestens ein Drehimpulse erzeugendes Mittel sowie mindestens eine übergeordnete Steuer- und Regelungseinrichtung, die mit Lagesensoren in Verbindung steht, wobei die Einrichtung zur Lageregelung als Drehimpulse erzeugendes Mittel mindestens einen ringförmigen Leitungskanal mit einer darin befindlichen, kanaldurchströmenden Flüssigkeit aufweist, die zumindest elektrisch leitend und magnetisch beeinflussbar ist, wobei dem Leitungskanal mindestens eine magnetohydrodynamische Pumpe zur Zirkulation der Flüssigkeit zugeordnet ist.The The invention relates to a spacecraft with a position control device on a given orbital path, the position optionally at least can be aligned with a given spacecraft axis, containing at least one angular momentum generating means and at least one parent Control and regulation device associated with position sensors stands, wherein the means for position control as angular momentum generating Means at least one annular Conduit with a channel-flowing liquid therein has, at least electrically conductive and magnetically influenced is, wherein the duct at least one magnetohydrodynamic Pump for the circulation of the liquid assigned.

Eine derartige Lageregelungseinrichtung für ein Raumfahrzeug ist in der Druckschrift US 2,856,142 beschrieben und weist zumindest drei ringförmige Leitungskanäle, insbesondere Rohrleitungen mit jeweils einer kanaldurchströmenden Flüssigkeit, die elektrisch und magnetisch beeinflussbar ist, auf. Jedem Leitungskanal ist eine Pumpe, insbesondere eine magnetohydrodynamische Pumpe zugeordnet, die zur gesteuerten Rotation der Flüssigkeit im Leitungskanal vorgesehen ist. Dazu ist die jeweilige Pumpe mittels elektrischer Leitungen an ein Steuer- und Regelungssystem (Box) angeschlossen, in dem sich Lagesensoren befinden können. Die magnetohydrodynamische Pumpe weist eine Magneteinrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes sowie ein dazu senkrecht angeordnetes Elektrodenpaar (Katode, Anode) zur Erzeugung eines elektrischen Feldes auf, wobei sich das Elektrodenpaar isoliert von der Rohrleitung in der Flüssigkeit befindet.Such a position control device for a spacecraft is in the document US 2,856,142 described and has at least three annular ducts, in particular pipelines, each with a channel-flowing liquid, which is influenced electrically and magnetically on. Each conduit is associated with a pump, in particular a magnetohydrodynamic pump, which is provided for the controlled rotation of the liquid in the conduit. For this purpose, the respective pump is connected by means of electrical lines to a control and regulation system (box), in which position sensors can be located. The magnetohydrodynamic pump has a magnetic device for generating a magnetic field and a perpendicularly arranged pair of electrodes (cathode, anode) for generating an electric field, wherein the pair of electrodes is isolated from the pipeline in the liquid.

Ein Lagesensor innerhalb der Box registriert die Lage-/Stellungs-Abweichung des Fahrzeuges z.B. an seiner Rollachse und erzeugt nach einer angemessenen Verstärkung ein elektrisches Signal über die elektrische Leitung zum Elektrodenpaar. Dieses Signal betreibt die Pumpe, die mit der Rohrleitung verbunden ist, um die Flüssigkeit innerhalb der Rohrleitung derart zu beschleunigen, dass eine Reaktion/ein Drall innerhalb des Fahrzeuges entwickelt wird, was ausreichen soll, um der Ausgangsstörgröße entgegenzuwirken und das Fahrzeug in seine vorgegebene Lageposition zurückzubringen. Das kann in angemessener Weise ebenso für die anderen Achsen geschehen. Die elektrisch leitende Flüssigkeit kann etwa Quecksilber oder ein niedrig schmelzendes Metall sein, die durch die magnetohydrodynamische Pumpe bewegt werden kann.One Position sensor within the box registers the position / position deviation of the vehicle e.g. on its roll axis and produced after a reasonable reinforcement an electrical signal over the electrical line to the electrode pair. This signal operates the pump, which is connected to the pipeline, around the liquid to accelerate within the pipeline such that a reaction / a Swirl inside the vehicle is developed, which should be enough to counteract the Ausgangsstörgröße and to return the vehicle to its predetermined position. The can be done equally well for the other axes as well. The electrically conductive liquid may be mercury or a low-melting metal, which can be moved by the magnetohydrodynamic pump.

Jede dieser Pumpen kann auch individuell über die Leitungen durch Signale aus geeigneten Lagesensoren eingeschaltet wer den, die innerhalb des Fahrzeuges, insbesondere in der Box eingebracht sind.each These pumps can also be individually via the lines by signals turned from suitable position sensors who the who within of the vehicle, in particular in the box are introduced.

Die Pumpen zum Regeln der Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit und der Richtung durch die Rohrleitungen hindurch besitzen im Detail jeweils eine Magneteinrichtung, die mindestens ein Paar voneinander beabstandeter Magnetpole aufweist, wobei das Magnetfeld quergerichtet zur zwischen den Polen in einem Luftspalt verlaufenden Rohrleitung orientiert ist, um der Flüssigkeit einen Kraftlinienfluss in quergerichteter Richtung zu überlagern. Das Magnetfeld wird mittels einer Spule bei Anschluss einer angepassten Spannungsquelle erzeugt. Zwischen dem Magnetpolpaar innerhalb des Luftspaltes und auf den sich gegenüberliegenden Seiten der Rohrleitung eingetaucht in die leitfähige Flüssigkeit sind zwei Elektroden befestigt, die geeignet beabstandet von der Rohrleitungswandung elektrisch isoliert sind. Die Elektroden sind in Bezug auf die Magnetpole derart angeordnet, dass nach Anschluss des Spannungspotentials über die Leitung ein Strom durch die leitfähige Flüssigkeit hindurch in einer Richtung fließt, die senkrecht zum Magnetfeld ist. Der quergerichtete Strom erzeugt einen Motor-/Antriebs-Effekt für die Flüssigkeit in Verbindung mit dem Magnetfeld und bildet somit eine magnetohydrodynamische Pumpe aus, die in Intensität und Richtung bezüglich der Spannungs-Amplitude und Spannungs-Phase an den energieführenden Elektroden veränderbar ist.The Pumps for controlling the liquid flow rate and the direction through the pipes have in detail each a magnetic device, the at least one pair from each other having spaced magnetic poles, wherein the magnetic field transverse for extending between the poles in an air gap pipe is oriented to the liquid to superimpose a flow of force in a transverse direction. The Magnetic field is adjusted by means of a coil when connected Voltage source generated. Between the pair of magnetic poles within the air gap and on the opposite sides the pipeline immersed in the conductive liquid are two electrodes attached, suitably spaced from the pipe wall are electrically isolated. The electrodes are in relation to the magnetic poles arranged such that after connection of the voltage potential across the Conduct a current through the conductive liquid in one Direction flows, which is perpendicular to the magnetic field. The transverse current generates a motor / drive effect for the liquid in conjunction with the magnetic field and thus forms a magnetohydrodynamic Pump out in intensity and direction the voltage amplitude and voltage phase to the energy-carrying Electrodes changeable is.

Die Rohrleitungen sind vorzugsweise innerhalb des Fahrzeuges in geometrischen Flächen angeordnet, die jeweils senkrecht zur Roll-, zur Nick- bzw. zur Gierachse liegen.The Pipelines are preferably within the vehicle in geometric surfaces arranged, each perpendicular to the roll, pitch or Yaw axis lie.

Ein Problem der Lageregelungseinrichtung besteht darin, dass einerseits die magnetohydrodynamischen Pumpen mit dem Elektrodenpaar zur Erzeugung von Stellmomenten, die Störmomente ausgleichen sollen, relativ leistungsschwach sind. Im Falle eines Einsatzes in Raumfahrzeugen würden andererseits die bekannten magnetohydrodynamischen Pumpen die installierten Versorgungssysteme zur Erzeugung von Stellmomenten zur Lageregelung energetisch bzw. leistungsbedarfsmäßig zu hoch belasten.One Problem of the position control device is that on the one hand the magnetohydrodynamic pumps with the pair of electrodes for generating of setting moments that compensate for disturbances should, are relatively underachieving. In case of use in spacecraft, on the other hand the known magnetohydrodynamic pumps the installed supply systems for Generation of setting torques for position control is too high in terms of energy or power requirement strain.

Ein anderes Raumfahrzeug mit einer Einrichtung zur Steuerung einer 3-Achsen-Stabilisierung ist in der Druckschrift EP 0 260 957 B1 beschrieben, in der mindestens ein bzw. vorzugsweise drei Schwung/Reaktions-Räder (Drallräder), eine Reihe von Schubgebern zur eine Änderung bei Geschwindigkeitsmanövern, die um den Umfang des Raumfahrzeuges angebracht sind, sowie weitere Mittel zum Ausgleich von Positionen vorhanden sind. Auf die Raumfahrzeuge im Orbit wirken thermische Belastungen durch die direkte Sonnenstrahlung (Sonnenwärme), durch Wärmeabstrahlung in den Weltraum und durch die im Innern des Gehäuses freiwerdende Wärme seitens elektronischer Geräte und Bauelemente (Innenwärme). Die Sonnenstrahlung und die Wärmeabstrahlung erzeugen Störmomente, die die vorgegebene Lage des Raumfahrzeuges auf seiner orbitalen Bahn verändern können. Durch den Einsatz der bekannten Drallräder soll eine Kompensation der angreifenden Störmomente erfolgen.Another spacecraft with a device for controlling a 3-axis stabilization is in the document EP 0 260 957 B1 in which at least one or preferably three momentum / reaction wheels (swirl wheels), a series of thrusters for changing in speed maneuvers mounted around the circumference of the spacecraft and other means for balancing positions are provided. On Spacecraft in orbit have thermal effects due to direct solar radiation (solar heat), heat radiation into space, and the heat released from the inside of the enclosure by electronic devices and components (internal heat). The solar radiation and the heat radiation generate disturbing moments that can change the predetermined position of the spacecraft on its orbital orbit. By using the known spin wheels to compensate for the attacking disturbances.

Ein Problem besteht darin, dass zur Lageregelung mindestens ein Drallrad angebracht ist, das relativ viel Energie für seinen Betrieb benötigt. Befinden sich am/im Raumfahrzeug weitere Drallräder, so wird die Massebilanz zuungunsten der Nutzlastmasse verlagert.One Problem is that the position control at least one momentum wheel attached, which requires relatively much energy for its operation. Are located If there are more spin wheels on / in the spacecraft, then the mass balance becomes shifted to the detriment of the payload mass.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass in Kleinsatelliten (ca. 100 kg Masse) ein hoher Energiebedarf für den Betrieb von Drallrädern und zugleich für Tätigkeit der Pumpen zum Durchfluss der Flüssigkeit innerhalb der Wärmerohre zum Abbau des Wärmestaus an den Heißzonen erforderlich ist.One Another problem is that in small satellites (about 100 kg mass) a high energy requirement for the operation of swirl wheels and at the same time for activity the pumps to the flow of liquid inside the heat pipes to reduce the heat accumulation at the hot zones is required.

Ein weiteres Raumfahrzeug ist in der Druckschrift US 5,211,360 beschrieben, in der eine Einrichtung zur Lageregelung mit einem Reaktionsrad (Drallrad) bzw. mit einer Reaktionsrad- Anordnung versehen ist, um die Wärmestörungen seitens der Sonnenstrahlung auszugleichen. Die Sonnenstrahlung, die sich insbesondere durch entstehende Temperaturgradienten äußert, erzeugen auch Stördrehmomente durch den Strahlungsdruck, der am Grundkörper des Raumfahrzeuges ansetzt und dessen Lage ändert. Die Temperaturgradienten werden durch eine Vielzahl von Temperatursensoren registriert und an den angeschlossenen Mikrocomputer/Bord-Computer weitergeleitet und verarbeitet. Mit dem Mikrocomputer, der zentraler Teil der Lageregelungseinrichtung ist, ist auch das Drallrad verbunden, das vom Mikrocomputer Signale zur Rotation und somit zur Korrektur der Lage erhält, wobei ein Gegendrehmoment zu dem durch den Temperaturgradienten entstehenden Stördrehmoment mittels des Drallrades erzeugt und das Raumfahrzeug wieder auf die ursprüngliche Lage, insbesondere die vorgegebene Raumfahrzeugachse ausgerichtet wird.Another spacecraft is in the document US 5,211,360 described, in which a device for position control with a reaction wheel (impeller) or with a reaction wheel arrangement is provided to compensate for the heat disturbances from the sun's rays. The solar radiation, which manifests itself in particular by resulting temperature gradients, also generate disturbance torques due to the radiation pressure, which attaches to the main body of the spacecraft and changes its position. The temperature gradients are registered by a variety of temperature sensors and forwarded to the connected microcomputer / on-board computer and processed. With the microcomputer, which is the central part of the position control device, and the spin wheel is connected, which receives signals from the microcomputer for rotation and thus correcting the position, wherein a counter-torque generated by the temperature gradient resulting by means of the impeller spin wheel and the spacecraft again the original position, in particular the given spacecraft axis is aligned.

Es ist des Weiteren eine Einrichtung zur Lage- und Nutationsregelung für ein drallgeregeltes Raumfahrzeug, das Roll-, Nick- und Gierachsen aufweist, in der Druckschrift EP 0 460 935 B1 beschrieben, die neben einer Sensoreinrichtung zum Messen der augenblicklichen Rollage, einer Abschätzeinrichtung, einer Logikeinrichtung, zumindest eine Schubvorrichtung in Form von Minidüsenantrieben sowie ein Drallrad als Lage-Korrektureinrichtungen aufweist. Die Minidüsenantriebe bzw. das Drallrad können Drehmomente erzeugen, um bei Abweichungen von den ursprünglichen Lagewerten die Lagewerte bezüglich der vorgegebenen Raumfahrzeugachsen in vorbestimmte Grenzen zurückzuführen. Die zugehörige Steuer- und Regelungseinrichtung enthält einen Mikrocomputer, der die zuständigen Korrektursignale an die Lage-Korrektureinrichtungen übermittelt. Auch hier ist der Masseaufwand – die Lagestabilierungsmasse – hoch und schmälert die Massebilanz zuungunsten der Nutzlastmasse des Raumfahrzeuges.It is further a device for position and Nutationsregelung for a spin-controlled spacecraft having rolling, pitching and yaw axes, in the document EP 0 460 935 B1 has, in addition to a sensor device for measuring the instantaneous roll, an estimating device, a logic device, at least one pusher in the form of mini-nozzle drives and a swirl wheel as position correction means. The mini-nozzle drives or the momentum wheel can generate torques in order to return the position values with respect to the given spacecraft axes to predetermined limits in the event of deviations from the original position values. The associated control and regulating device includes a microcomputer which transmits the appropriate correction signals to the position correcting means. Again, the mass cost - the attitude stabilization mass - high and reduces the mass balance to the detriment of the payload mass of the spacecraft.

Des Weiteren ist ein Reaktionssystem (Drallsystem) mit Flüssigkeitskreislauf in der Druckschrift US 5,026,008 beschrieben, das ebenfalls zur Ausübung einer Bewegung an einem Raumfahrzeug dient. Das Reaktionssystem enthält mindestens eine Flüssigkeitsleitung, in der die Strömung der Flüssigkeit geregelt werden kann. Für eine vollständige Regelung der Lage bzw. der Orientierung des Raumfahrzeuges schließt das Reaktionssystem eine Vielzahl von Flüssigkeitsleitungen ein. Die Flüssigkeitsleitungen können als Rohrleitungen kreisförmig oder ungeordnet sowie im Innern oder außerhalb des Raumfahrzeuges angeordnet sein. Insbesondere sind im Raumfahrzeug im Bereich eines vorgegebenen Massezentrums bzw. im Zentralkörper eine Pumpe, die auch eine magnetohydrodynamische Pumpe sein kann, sowie den Rohrleitungen zugeordnete Flüssigkeitsspeicher und zugehörige Ventile vorhanden, wobei aus der zentralen Pumpe heraus die Rohrleitungen in Form von Schleifen verlaufen können.Furthermore, a reaction system (swirl system) with fluid circulation in the document US 5,026,008 described, which also serves to exercise a movement on a spacecraft. The reaction system contains at least one liquid line in which the flow of the liquid can be regulated. For complete control of the attitude of the spacecraft, the reaction system includes a plurality of fluid conduits. The liquid lines may be arranged as pipelines in a circular or disordered manner and inside or outside the spacecraft. In particular, in the spacecraft in the region of a predetermined center of mass or in the central body, a pump, which may also be a magnetohydrodynamic pump, as well as the piping associated liquid storage and associated valves available, from the central pump, the pipes can run in the form of loops.

Vorzugsweise ist die Pumpe im Wesentlichen im Massezentrum des Zentralkörpers angeordnet, um das Trägheitsmoment des nichtflüssigen Teils des Reaktionssytems zu minimieren. Die Flüssigkeit wird gesteuert durch die Rohrleitung bewegt, wobei ein Drehmoment an der Masse der Schwerpunktachse erzeugt werden soll, das eine Drehung auf das Raumfahrzeug ausübt.Preferably the pump is arranged substantially in the center of mass of the central body, around the moment of inertia of the non-liquid part of the Reaktionssytems to minimize. The liquid is controlled by the pipeline moves, with a torque at the mass of the gravity axis is to be generated, which exerts a rotation on the spacecraft.

Auf die Objekte/Gegenstände im Raumfahrzeug wird das Drehmoment aus der Flüssigkeit übertragen, die in mindestens einer der vorgegebenen angeordneten Flüssigkeitsschleifen in dem Raumfahrzeugkörper strömt, um dessen Körper-Winkel-Orientierung zu steuern. Die Flüssigkeit zirkuliert mittels einer Pumpe oder einer Vielzahl von Pumpen.On the objects / objects in the spacecraft, the torque is transferred from the liquid, which in at least one of the predetermined arranged liquid loops flows in the spacecraft body to the To control body angle orientation. The liquid circulated by means of a pump or a plurality of pumps.

Im Bereich der Rohrleitungen können wärmeempfindliche Einrichtungen angeordnet sein, die als Wärmesenken und/oder Wärmequellen gegenüber der Flüssigkeit ausgebildet sind, was einen Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit und den wärmeempfindlichen Einrichtungen ermöglicht, ohne dass die Lageregelungseinrichtung unterstützt wird.in the Area of the piping can thermosensitive Arrangements may be arranged as heat sinks and / or heat sources across from the liquid are formed, resulting in heat exchange between the liquid and the heat sensitive Allows facilities, without the position control device being supported.

Ein Problem besteht darin, dass sich das Reaktionssystem allgemein auf ein Momentenübertragungssystem und noch spezieller auf ein Flüssigkeitsverhaltenssystem für eine zu übermittelnde Bewegung auf das Raumfahrzeug, insbesondere auf dessen drei vorgegebene Achsen, bezieht. Dabei benötigt das Reaktionssystem insbesondere für den Betrieb der Pumpen zur Ausbildung von großen Stellmomenten einen höheren elektrischen Leistungsbedarf aus dem zugehörigen installierten Versorgungssystem für das jeweilige Betreiben der Magnetrichtung und des zugehörigen Elektrodenpaares.One problem is that the Re Action system generally relates to a torque transmission system and more particularly to a fluid behavior system for a motion to be transmitted to the spacecraft, in particular on the three predetermined axes. In particular, the reaction system requires a higher electrical power requirement from the associated installed supply system for the respective operation of the magnetic direction and the associated electrode pair, in particular for the operation of the pumps for the formation of large actuating torques.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Raumfahrzeug mit einer Einrichtung zur Lageregelung anzugeben, in der mindestens eine magnetohydrodynamische Pumpe derart geeignet ausgebildet und angeordnet ist, dass Wärmebereiche des Raumfahrzeugkörpers zur Stromerzeugung und somit zur Zirkulation der Flüssigkeit genutzt und die elektrische Belastung des zentralen und/oder der dezentralen Energieversorgungssysteme verringert werden sollen.Of the Invention is therefore the object of a spacecraft with to specify a location control facility in which at least a magnetohydrodynamic pump designed so suitable and is arranged that heat areas of the spacecraft body to generate electricity and thus to circulate the liquid used and the electrical load of the central and / or the decentralized Energy supply systems are to be reduced.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Im Raumfahrzeug mit einer Einrichtung zur Lageregelung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist in der magnetohydrodynamischen Pumpe eine thermoelektrische Einheit mit einem Materialblock vorhanden, der mit dem Leitungskanal verbunden ist, elektrisch und Wärme leitend ist sowie eine thermoelektrische Leistung gegenüber der Flüssigkeit aufweist, wobei der Materialblock mit einer zugeordneten Wärmequelle zur Ausbildung eines blockinneren Temperaturgradienten in Verbindung steht, durch den ein Stromfluss in der Kanalquerschnittsebene des Leitungskanals derart erreichbar ist, dass mit Hilfe der Steuer- und Regelungseinrichtung eine momentausbildende und gegebenenfalls thermalkontrollierende Zirkulation der Flüssigkeit erreichbar ist.The The object is solved by the features of claim 1. In the spacecraft with a device for position control according to the preamble of the claim 1 is a thermoelectric in the magnetohydrodynamic pump Unit with a block of material present with the duct is connected, electric and heat is conductive as well as a thermoelectric power over the liquid wherein the block of material with an associated heat source to form a block internal temperature gradient in conjunction through which a current flow in the channel cross-sectional plane of Can be reached in such a way that with the help of the control and control device a moment-forming and optionally thermocontrolling circulation of the liquid can be achieved.

Die Leitungskanäle können einen geschlossenen Hohlringmantel als Kanalgehäuse, insbesondere einen Stahlrohrring aufweisen.The ducts can a closed hollow ring casing as a channel housing, in particular a steel pipe ring exhibit.

Die kanaldurchströmende Flüssigkeit kann metallischer Art oder eine salzlösungsartige Flüssigkeit sein.The channel flowing through liquid may be metallic or saline-like liquid be.

Die Flüssigkeit weist eine Temperatur auf, die vorzugsweise angepasst im Bereich unterhalb der durchschnittlichen Betriebstemperatur im Raumfahrzeuggehäuse liegt.The liquid has a temperature that is preferably adjusted in the range below the average operating temperature in the spacecraft housing.

Die Drehmoment-Achse mindestens eines hohlringförmigen Leitungskanals kann vorzugsweise mit einer der vorgegebenen Raumfahrzeugachsen, insbesondere mit der Gier-, Nick- oder Rollachse übereinstimmen.The Torque axis of at least one hollow-ring-shaped duct can preferably with one of the predetermined spacecraft axes, in particular coincide with the yaw, pitch or roll axis.

Der hohlringförmige Leitungskanal kann querschnittmäßig rund, oval, quadratisch oder rechteckig sein.Of the hollow ring Conduit can be cross-sectionally round, be oval, square or rectangular.

Zu einer vorgegebenen Raumfahrzeugachse können mehrere Leitungskanäle axial übereinander und/oder radial ineinander angeordnet sein.To a predetermined spacecraft axis, a plurality of ducts axially superimposed and / or be arranged radially in one another.

Zu einer MHD-Pumpe können mindestens ein vom Leitungskanal beabstandet angeordneter Magnet, dessen Magnetflussdichte den Leitungskanal querschnittgerichtet zumindest mit einer senkrecht gerichteten Komponente durchdringt, und die thermoelektrische Einheit zur Erzeugung eines elektrischen Stromes, dessen Kanaldurchgang querschnittgerichtet senkrecht zum Leitungskanal und zugleich senkrecht zu der Magnetflussdichte gerichtet ausgebildet ist, gehören und derart angeordnet sein, dass längs des Leitungskanals eine die Flüssigkeit antreibende Kraft vorhanden ist.To a MHD pump can at least one magnet spaced from the duct, whose magnetic flux density cross-sectioned the duct penetrates at least with a vertically directed component, and the thermoelectric unit for generating an electric Stromes, the channel passage cross-section perpendicular to the Conduit and at the same time directed directed perpendicular to the magnetic flux density is, belong and be arranged such that along the duct a driving the fluid Force is present.

Die Magnete bzw. die Magnetanordnung einer MHD-Pumpe können Permanentmagnete und/oder Elektromagnete sein.The Magnets or the magnet arrangement of a MHD pump can permanent magnets and / or Be electromagnets.

Die Magnete einer MHD-Pumpe können von den Wandungen des Leitungskanals beabstandet und in Führungsbahnen zum Leitungskanal bewegbar angeordnet sein, wobei der jeweilige Abstand zum Leitungskanal durch vorhandene Mittel zum Verschieben oder Verdrehen der Magnete in der zugehörigen Führungsbahn variierbar ist.The Magnets of a MHD pump can spaced from the walls of the duct and in guideways be arranged movably to the duct, wherein the respective Distance to the duct by existing means for moving or twisting of the magnets in the associated guideway is variable.

Der Leitungskanal kann zumindest teilweise mit mindestens einer Wärme (Sonnenwärme) aufnehmenden Wandung des Raumfahrzeuggehäuses und/oder eines oder mehrerer Baugruppenkomplexe/Geräte bzw. Bauelemente innerhalb des Raumfahrzeuggehäuses (Innenwärme) in Verbindung stehen.Of the Conduit can at least partially with at least one heat (solar heat) receiving Wall of the spacecraft housing and / or one or more assembly complexes / devices or components within of the spacecraft housing (Indoor heat) keep in touch.

Die elektrisch leitende Flüssigkeit kann insbesondere flüssiges, metallisches Gallium oder eine Galliumlegierung darstellen.The electrically conductive liquid especially liquid, represent metallic gallium or a gallium alloy.

Am thermoelektrisch ausgebildeten Materialblock sind eine einendbereichsseitige Heißzone und eine anderenendbereichsseitige Kaltzone derart vorhanden, dass zwischen den beiden Temperaturwertbereichen im Querschnitt zum Leitungskanal gerichtet ein Temperaturgradient vorhanden ist, wodurch sich ein umlaufender, thermoelektrisch generierter Stromfluss querschnittsgerichtet durch die Flüssigkeit und durch den Materialblock hindurch ausbildet.At the thermoelectrically formed block of material are a einendbereichsseitige hot zone and another end-zone-side cold zone such that between the two temperature value ranges in cross section to the duct directed a temperature gradient is present, resulting in a circulating, thermoelectrically generated current flow cross-sectionally through the liquid and forms through the block of material.

Das Kanalgehäuse ist ein Metall mit ausreichender elektrischer und Wärmeleitfähigkeit, das keine Reaktion mit der Flüssigkeit aufweist und von der Magnetflussdichte durchdringbar ist.The channel housing is a metal with sufficient electrical and thermal conductivity, which has no reaction with the liquid and of the Magnetic flux density is penetrable.

Der Materialblock kann einen Teilkörper darstellen.Of the Material block can be a part body represent.

Der zur Ausbildung des Temperaturgradienten vorgesehene Materialblock kann im vorgesehenen Wärmeaufnahmebereich (Heißzone) voluminöser ausgebildet sein als im Wärmeabgabebereich (Kaltzone).Of the provided for the formation of the temperature gradient block of material can in the intended heat absorption area (Hot zone) voluminous be formed as in the heat dissipation area (cold zone).

Der mit dem ringförmigen, vorzugsweise querschnittsmäßig rechteckigen Leitungskanal verbundene Materialblock kann vorzugsweise ringförmig ausgebildet und in radialer Richtung von einem Temperaturgradienten beeinflussbar sein.Of the with the annular, preferably rectangular in cross-section Conduit associated material block may preferably be annular and can be influenced in the radial direction by a temperature gradient be.

Der Materialblock kann aus einem Material bestehen, das zur Flüssigkeit eine hohe thermoelektrische Leistung ausbildet und vorzugsweise eine Kobaltlegierung ist.Of the Material block can be made of a material that is liquid a high thermoelectric power is formed and preferably is a cobalt alloy.

In den Bereichen der Heißzonen und der Kaltzonen können Temperatursensoren angeordnet sein, die mit der Steuer- und Regelungseinrichtung verbunden sind, die mit den Mitteln zur Verschiebung und/oder Verdrehung der Magneten zur Änderung der Magnetflussdichte in Verbindung steht.In the areas of the hot zones and the cold zones can Temperature sensors may be arranged, which are connected to the control and regulating device are those with the means for shifting and / or twisting the Magnets for changing the Magnetic flux density is related.

Die Mittel zur Verschiebung der Magneten können insbesondere lineare Motoren sein, die fest eingebaut sind.The Means for shifting the magnets may be, in particular, linear motors be that are firmly installed.

In den Bereichen der Heißzonen und Kaltzonen können dem Leitungskanal zugeordnete Heizelemente angeordnet sein, die zur Aufrechterhaltung bzw. Konstanthaltung des Temperaturgradienten vorgesehen sind, wobei die Heizelemente mit der Steuer- und Regeleinrichtung in Verbindung stehen.In the areas of the hot zones and cold zones can be arranged the heating element associated with the duct, the to maintain or maintain a constant temperature gradient are provided, wherein the heating elements with the control and regulating device keep in touch.

Die Steuer- und Regeleinrichtung kann für die Lageregelung einen Proportional-Integral-Regler, einen Motoren-Verschiebungsmodul, einen flüssigkeitszugeordneten Genauigkeits-Vergleichsmodul sowie einen Lage-Navigationsmodul enthalten.The Control and regulating device can for the position control a proportional-integral controller, a Engine displacement module, a fluid-related accuracy comparison module and include a location navigation module.

Die Einrichtung zur Lageregelung, insbesondere die durch eine MHD-Pumpe angetriebene, einen Drehimpuls erzeugende metalli sche Flüssigkeit in dem hohlringförmigen Leitungskanal mit wahlweise feldveränderlichen thermoelektrischen und magnetischen Elementen kann gleichzeitig zum Wärmetransport und somit zur Wärmeregelung einsetzbar sein, was zu einer kostensparenden Thermalkontrolle im Raumfahrzeug führt.The Arrangement for position control, in particular by a MHD pump driven, an angular momentum generating metalli cal liquid in the hollow ring-shaped Cable duct with optional field variable thermoelectric and magnetic elements can simultaneously heat transport and thus for heat regulation be used, resulting in a cost-saving thermal control in the Spacecraft leads.

Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, dass bei Vorhandensein von Heiß- und Kaltzonen im Bereich des Leitungskanals eine Wärmeregelung über den Austausch von Wärme zwischen der Flüssigkeit und den Leitungskanalwandungen sowie durch den Transport der Wärme mit der Flüssigkeit erfolgen kann.The Invention opened the possibility, that in the presence of hot and cold zones in the region of the duct a thermal control over the Exchange of heat between the liquid and the Leitungskanalwandungen and by the transport of heat with the liquid can be done.

Die Erfindung ermöglicht es, dass Wärme- und Leistungsüberschüsse zur Erzeugung von Thermoelektrizität eingesetzt werden, wodurch der Aufwand an elektrischer Energie für das gesamte Raumfahrzeug reduziert werden kann. Dies zieht außerdem Einsparungen am Raumfahrzeug-Energieversorgungssystem nach sich.The Invention allows it, that heat and Performance surpluses for Generation of thermoelectricity be used, reducing the amount of electrical energy for the entire Spacecraft can be reduced. This also attracts savings at the spacecraft power supply system.

Die Einrichtung zur Lageregelung, insbesondere die durch eine MHD-Pumpe angetriebene, einen Drehimpuls erzeugende Flüssigkeit in dem hohlringförmigen Leitungskanal mit wahlweise feldveränderlichen thermoelektrischen und magnetischen Elementen ist somit gleichzeitig zum Wärmetransport und -austauch einsetzbar, wenn ein direkter Kontakt vorhanden und/oder zwischen den Heißzonen und dem Kanalgehäuse wärmeübertragende Kontaktelemente vorgesehen sind.The Arrangement for position control, in particular by a MHD pump driven, angular momentum generating liquid in the hollow annular duct with optional field variable thermoelectric and magnetic elements is thus simultaneously for heat transport and Can also be used if there is direct contact and / or between the hot zones and the channel housing heat transfer Contact elements are provided.

Die Erfindung ermöglicht es, dass die Einrichtung zur Lageregelung mit der Wärmeverteilung über das gemeinsame Arbeitsmedium, eine elektrisch leitende und magnetisch beeinflussbare Flüssigkeit, die durch mindestens eine MHD-Pumpe angetrieben wird, koppelbar ist.The Invention allows it is that the device for position control with the heat distribution over the common working medium, an electrically conductive and magnetic influenceable liquid, which is driven by at least one MHD pump, coupled is.

Weiterbildungen und verbesserte zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen beschrieben.further developments and improved additional Embodiments of the invention are described in further subclaims.

Die Erfindung wird mittels mehrerer Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen näher erläutert.The Invention is described by means of several embodiments with reference to Drawings closer explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines erdorientierten Raumfahrzeuges mit einer Einrichtung zur Lageregelung, 1 a schematic representation of an earth-oriented spacecraft with a device for position control,

2 eine Querschnittsdarstellung durch einen Leitungskanal und einen Materialblock in thermoelektrisch gestützten MHD-Pumpen nach 1 und 2 a cross-sectional view through a duct and a block of material in thermoelectrically supported MHD pumps after 1 and

3 eine schematische Darstellung eines mit magnetohydrodynamischen (MHD-)Pumpen versehenen Leitungskanals zur Festlegung der Flüssigkeitsbewegungsrichtung, 3 a schematic representation of a provided with magnetohydrodynamic (MHD) pumping duct for determining the liquid movement direction,

4 eine schematische Darstellung von thermoelektrisch gestützten MHD-Pumpen an einem sonnenorientierten Raumfahrzeug, 4 a schematic representation of thermoelectrically supported MHD pumps on a sun-oriented spacecraft,

5 eine Querschnittsdarstellung durch einen Leitungskanal und einen Materialblock in einer thermoelektrisch gestützten MHD-Pumpe nach 4 und 5 a cross-sectional view through a duct and a block of material in a thermoelectrically supported MHD pump according to 4 and

6 eine schematische Darstellung des Funktionsablaufes der Lageregelung bei Auftreten von Störmomenten. 6 a schematic representation of the functional sequence of the position control in the event of disturbances.

Zur Erläuterung werden die 1 und 2 im Folgenden gemeinsam betrachtet.For explanation, the 1 and 2 considered together below.

In 1 ist die Gesamtansicht eines Raumfahrzeuges 1 mit einer Einrichtung zur Lageregelung dargestellt. Das Raumfahrzeug 1 weist im Wesentlichen ein Raumfahrzeuggehäuse 2 mit sechs Außenwandungen 3, 4, 5, 6, 7, 8, die vorzugsweise einen Kubus bilden, zwei Leistungsmodule 9, 10, die stellvertretend für weitere Geräte, Baugruppen, Bauelemente und anderer leistungs- und wärmeerzeugende Quellen dargestellt sind und zumindest oberflächenbereichsseitig Heißzonen (hot spots) 11, 12 aufweisen, den Heißzonen 11, 12 zugeordnete Temperatursensoren 13, 14 sowie einen Bordcomputer 15 auf, wobei die Lage des Raumfahrzeuges 1 durch drei wahlweise vorgegebene Raumfahrzeugachsen – z.B, die Gierachse 16, die Nickachse 17 und die Rollachse 18 – definiert ist.In 1 is the overall view of a spacecraft 1 represented with a device for position control. The spacecraft 1 essentially comprises a spacecraft housing 2 with six outer walls 3 . 4 . 5 . 6 . 7 . 8th , which preferably form a cube, two power modules 9 . 10 , which are representative of other devices, assemblies, components and other power and heat generating sources and at least surface area hot zones (hot spots) 11 . 12 have, the hot zones 11 . 12 associated temperature sensors 13 . 14 as well as an on-board computer 15 on, taking the location of the spacecraft 1 by three optionally given spacecraft axes - eg, the yaw axis 16 , the pitch axis 17 and the roll axis 18 - is defined.

Das Raumfahrzeug 1 mit einer Einrichtung zur Lageregelung auf einer vorgegebenen orbitalen Bahn, wobei die Lage wahlweise zumindest an einer vorgegebenen Raumfahrzeugachse 16, 17, 18 ausrichtbar ist, enthält mindestens ein Drehimpulse erzeugendes Mittel sowie mindestens eine übergeordnete Steuer- und Regelungseinrichtung, in die der Bordcomputer 15 integriert ist und die mit Lagesensoren 70, 81 in Verbindung steht, wobei die Einrichtung zur Lageregelung als Drehimpulse erzeugendes Mittel mindestens einen ringförmigen Leitungskanal 19 mit einer darin befindlichen, kanaldurchströmenden Flüssigkeit 20 aufweist, die zumindest elektrisch leitend und magnetisch beeinflussbar ist, wobei dem Leitungskanal 19 mindestens eine magnetohydrodynamische Pumpe 21, 22 zur Zirkulation der Flüssigkeit 20 zugeordnet ist.The spacecraft 1 with a device for position control on a predetermined orbital path, wherein the position optionally at least on a given spacecraft axis 16 . 17 . 18 can be aligned, contains at least one angular momentum generating means and at least one higher-level control and regulating device, in which the on-board computer 15 is integrated and the with position sensors 70 . 81 is connected, wherein the means for position control as an angular momentum generating means at least one annular duct 19 with a channel-flowing liquid therein 20 has, which is at least electrically conductive and magnetically influenced, wherein the duct 19 at least one magnetohydrodynamic pump 21 . 22 to the circulation of the liquid 20 assigned.

Erfindungsgemäß ist, wie auch in 2 gezeigt ist, in einer magnetohydrodynamischen Pumpe 21; 22 eine thermoelektrische Einheit 48; 49 mit einem Materialblock 27 vorhanden, der mit dem Leitungskanal 19 verbunden ist, elektrisch und Wärme leitend ist sowie eine thermoelektrische Leistung gegenüber der Flüssigkeit 20 aufweist, wobei der Materialblock 27 mit einer zugeordneten Wärmequelle 11, 12 zur Ausbildung eines blockinneren Temperaturgradienten ΔT in Verbindung steht, durch den ein Stromfluss 25, 26 in der Kanalquerschnittsebene 64 des Leitungskanals 19 derart erreichbar ist, dass mit Hilfe der Steuer- und Regelungseinrichtung eine momentausbildende und gegebenenfalls thermalkontrollierende Zirkulation der Flüssigkeit 20 erreichbar ist.According to the invention, as well as in 2 is shown in a magnetohydrodynamic pump 21 ; 22 a thermoelectric unit 48 ; 49 with a block of material 27 present with the duct 19 is connected, electrically and thermally conductive and a thermoelectric power to the liquid 20 having, wherein the material block 27 with an associated heat source 11 . 12 to form a block internal temperature gradient .DELTA.T is connected, through which a current flow 25 . 26 in the channel cross-sectional plane 64 of the duct 19 can be reached so that with the help of the control and regulating a moment-forming and possibly thermally controlling circulation of the liquid 20 is reachable.

Die MHD-Pumpen 21, 22 enthalten jeweils eine Magnetanordnung, insbesondere einen Magneten 23 bzw. 24 sowie eine thermoelektrische Einheit 48 bzw. 49 zur Erzeugung eines elektrischen Stromes.The MHD pumps 21 . 22 each contain a magnet arrangement, in particular a magnet 23 respectively. 24 and a thermoelectric unit 48 respectively. 49 for generating an electric current.

Die Magnete 23, 24 sind vorzugsweise Permanentmagnete, können aber auch Elektromagnete bzw. Kombinationen von Permanent- und Elektromagnet sein. Die Permanentmagnete 23, 24 befinden sich im Abstand d vom Kanalgehäuse des Leitungskanals 19. Den Permanentmagneten 23, 24 in 1 ist jeweils ein Motor 28, 29 mit einer zugehörigen Motorsteuerung 30,31 sowie einer zugehörigen Führungsbahn 32, 33 zur Verschiebung oder Verdrehung der Magneten 23, 24 zugeordnet.The magnets 23 . 24 are preferably permanent magnets, but may also be electromagnets or combinations of permanent magnet and electromagnet. The permanent magnets 23 . 24 are located at a distance d from the duct housing of the duct 19 , The permanent magnet 23 . 24 in 1 is always an engine 28 . 29 with an associated engine control 30 . 31 and an associated guideway 32 . 33 to shift or twist the magnets 23 . 24 assigned.

Innerhalb der thermoelektrischen Einheiten 48, 49 ist ein erster Materialblock 27 vorgesehen, der aus einem Material besteht, das in Bezug auf die Flüssigkeit 20 im ersten Leitungskanal 19 eine beträchtliche Thermoleistung aufweist, wobei die Ausbildung einer heißen und einer kalten Elektrode (eines Temperaturgradienten ΔT) genutzt wird.Inside the thermoelectric units 48 . 49 is a first block of material 27 provided, which consists of a material, in relation to the liquid 20 in the first conduit 19 has a considerable thermal power, the formation of a hot and a cold electrode (a temperature gradient .DELTA.T) is used.

Im ringförmigen ersten Leitungskanal 19 kann sich mindestens ein Flüssigkeitsgeschwindigkeitsmesser 34 befinden, der die Istwerte der Rotationsgeschwindigkeit v misst und insbesondere über eine Leitung 39 an die Steuer- und Regelungseinrichtung 79 (6) weiterleitet. Der erste Leitungskanal 19 kann durch Halterungselemente 71, 72 am Gehäuse 2 des ersten Raumfahrzeuges 1 befestigt sein. Damit können sich auch Kontaktstellen 73 zu den Außenwandungen 3, 4, 5, 6 ausbilden, die bei entsprechend gerichteter Sonneneinstrahlung zu Heißzonen werden können.In the annular first duct 19 can be at least one liquid speedometer 34 located, which measures the actual values of the rotational speed v and in particular via a line 39 to the control and regulating device 79 ( 6 ). The first line channel 19 can by holding elements 71 . 72 on the housing 2 of the first spacecraft 1 be attached. This can also contact points 73 to the outer walls 3 . 4 . 5 . 6 form, which can become hot zones with corresponding direct sunlight.

Innerhalb des Raumfahrzeuggehäuses 1 kann sich mindestens ein eine Heißzone 84 erzeugendes Gerät 83 befinden, das mit seiner Heißzone 84 an der Wandung des Leitungskanals 19 anliegen kann.Inside the spacecraft housing 1 At least one can be a hot zone 84 generating device 83 located, with his hot zone 84 on the wall of the duct 19 can be present.

Die Motorsteuerungen 30, 31, die Temperatursensoren 13, 14 sowie der Flüssigkeitsgeschwindigkeitsmesser 34 sind über zugehörige Signal-/Versorgungsleitungen 37, 38; 35, 36; 39 mit dem Bord-Computer 15 verbunden.The engine controls 30 . 31 , the temperature sensors 13 . 14 and the liquid velocity meter 34 are via associated signal / supply lines 37 . 38 ; 35 . 36 ; 39 with the on-board computer 15 connected.

Im ersten Raumfahrzeug 1 befinden sich Lagesensoren 70, 81, die mit dem Bordcomputer 15 insbesondere über Leitungen 82, 63 verbunden sind und die Istwerte der Lage des ersten Raumfahrzeuges 1 messen und zur Verarbeitung weiterleiten.In the first spacecraft 1 there are position sensors 70 . 81 that with the on-board computer 15 especially via lines 82 . 63 are connected and the actual values of the location of the first spacecraft 1 measure and forward for processing.

In 3 ist eine schematische Darstellung zur Festlegung der Rotationsgeschwindigkeitsrichtung 46 der Flüssigkeit 20 bzw. die Richtung der Rotationsgeschwindigkeit v in einem ringförmigen, im Querschnitt rechteckigen, zweiten Leitungskanal 40 gezeigt.In 3 is a schematic representation for determining the rotational speed direction 46 the liquid 20 or the direction of the rotational speed v in an annular, rectangular in cross-section, second conduit 40 shown.

Der zweite Leitungskanal 40 im zweiten Raumfahrzeug 41 besteht vorzugsweise aus einem Stahlrohrring (Ringradius R) mit rechteckigem Querschnitt (Höhe h, Breite b) und besitzt an vier Stellen jeweils eine MHD-Pumpe 42, 43, 44, 45. Die Flüssigkeit 20 im Stahlrohrring 40 ist vorzugsweise metallisches Gallium. Der Stahlrohrring 40 kann dabei auch die Außenwandungen des zwei ten Raumfahrzeuges 41 berühren. Die MHD-Pumpen 42 bis 45 enthalten jeweils Permanentmagneten 47 und jeweils eine thermoelektrische Einheit 48.The second line channel 40 in the second spacecraft 41 preferably consists of a steel pipe ring (ring radius R) with a rectangular cross section (height h, width b) and has four MHD pump in each case 42 . 43 . 44 . 45 , The liquid 20 in the steel pipe ring 40 is preferably metallic gallium. The steel pipe ring 40 can also be the outer walls of the two-th spacecraft 41 touch. The MHD pumps 42 to 45 each contain permanent magnets 47 and in each case a thermoelectric unit 48 ,

Die Rotationsgeschwindigkeit v des Galliums kann durch Variation des elektrischen Stromes I in der Kanalquerschnittsebene 64 durch die Flüssigkeit 20 hindurch bzw. der Magnetflussdichte B der Permanentmagneten 47 beeinflusst werden.The rotational speed v of the gallium can be determined by varying the electric current I in the channel cross-sectional plane 64 through the liquid 20 or the magnetic flux density B of the permanent magnets 47 to be influenced.

Sind bei Kontakt des Stahlrohrrings 40 mit den Außenwandungen dort Heißzonen vorhanden, dann kann die dort vorhandene überschüssige Wärme von der Flüssigkeit 20 abtransportiert werden kann. Im Wesentlichen kann in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit v bei einem Ringradius R (3) ein Stellmoment TS erzeugt werden, das zur Lageregelung genutzt werden kann. Dadurch dreht sich infolge der Rotationsgeschwindigkeit v und eines Drehimpulses TS das Raumfahrzeug 41 mit einer Anzahl von Umdrehungen/Zeiteinheit ω. Zur Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit v können im Wesentlichen der thermoelektrische Strom I 25 (Pfeil) und/oder die Magnetflussdichte B erhöht werden, was durch eine Verbindung der MHD-Pumpen 42 bis 45 mit der zugehörigen Steuer- und Regelungseinrichtung 79 (6) unter Einbeziehung des Bordcomputers 15 erfolgen kann, oder auch die Anzahl der MHD-Pumpen erhöht werden.Are at contact of the steel pipe ring 40 With the outer walls there there are hot zones, then the surplus heat existing there from the liquid 20 can be removed. In essence, depending on the rotational speed v at a ring radius R (FIG. 3 ) An actuating torque T S are generated, which can be used for position control. As a result, the spacecraft rotates due to the rotation speed v and an angular momentum T S 41 with a number of revolutions / time unit ω. In order to increase the rotational speed v, substantially the thermoelectric current I 25 (arrow) and / or the magnetic flux density B can be increased, which is achieved by connecting the MHD pumps 42 to 45 with the associated control and regulating device 79 ( 6 ) including the on-board computer 15 or the number of MHD pumps can be increased.

Für die auf die Flüssigkeit 20 wirkende normal zum Querschnitt A = h·b normal gerichtete Lorentzkraft FL – 80 – Pfeilrichtung (3) – in Richtung des Strömungsflusses gilt: FL = hIBwenn die Magnetflußdichte B und die Stromstärke I (längs der Höhe h) zueinander senkrecht gerichtet sind.For the on the liquid 20 acting normal to the cross section A = h · b normally oriented Lorentz force FL - 80 - arrow direction ( 3 ) - in the direction of the flow: FL = hIB when the magnetic flux density B and the current I (along the height h) are perpendicular to each other.

Die Masse des Stahlrohrringgehäuses 40, der Permanentmagneten 47 und der thermoelektrischen Einheiten 48, 49 können ungefähr 25% der Gesamteinrichtungsmasse betragen, wobei die restliche Einrichtungsmasse hauptsächlich von der Masse der Flüssigkeit 20 bestimmt wird. Mit der rotierenden Masse der Flüssigkeit 20 kann der korrigierende Drehimpuls, ein Stellmoment TS ( 3), um die vorgegebene Raumfahrzeugachse 17 erzeugt werden.The mass of the steel pipe ring housing 40 , the permanent magnets 47 and the thermoelectric units 48 . 49 may be about 25% of the total makeup mass, with the remainder of the furnish being primarily from the bulk of the liquid 20 is determined. With the rotating mass of liquid 20 can the corrective angular momentum, a control torque T S ( 3 ) to the given spacecraft axis 17 be generated.

Anhand der 4 und 5 wird eine weitere Ausführungsform erläutert. Dazu ist in 4 eine schematische Darstellung von thermoelektrisch unterstützten MHD-Pumpen 51, 52, 53, 54 an einem sonnenorientierten dritten Raumfahrzeug 50 gezeigt. In 5 ist eine Querschnittsdarstellung durch einen dritten Leitungskanal 55, der in die siebente MHD-Pumpe 51 (stellvertretend für alle thermoelektrisch gestützten MHD-Pumpen 52, 53, 54) eingeschlossen ist, gezeigt, deren Erläuterung auch die 2 einschließt.Based on 4 and 5 another embodiment will be explained. This is in 4 a schematic representation of thermoelectrically supported MHD pumps 51 . 52 . 53 . 54 on a sun-oriented third spacecraft 50 shown. In 5 is a cross-sectional view through a third conduit 55 in the seventh MHD pump 51 (representative of all thermoelectrically supported MHD pumps 52 . 53 . 54 ), the explanation of which is also shown 2 includes.

Dazu werden die 4 und 5 gemeinsam erläutert.These are the 4 and 5 explained together.

An der Außenwandung 56 des dritten Raumfahrzeuges 50 ist ein ringförmiger zweiter Materialblock 57 derart mittels Befestigungsmitteln 77,78 angebracht, dass ein direkter Kontakt zwischen der durch eine Sonnenstrahlung 58 hochtemperierten Außenwandung 56 und dem zweiten Materialblock 57 vorhanden ist. Das dritte Raumfahrzeug 50 hat die Raumfahrzeugachsen 59, 60, 61, wobei es mit einer seiner Raumfahrzeugachsen 59 auf die Sonne ausgerichtet ist. Die Sonnenstrahlung 58 und somit die Sonnenwärme prallt auf die Außenwandung 56. Dort entsteht eine Heißzone. Am ringförmigen zweiten Materialblock 57 ist der ringförmige dritte Leitungskanal 55 befestigt. Der ring förmige dritte Leitungskanal 55 weist vier MHD-Pumpen 51, 52, 53, 54 auf.On the outer wall 56 of the third spacecraft 50 is an annular second block of material 57 such by means of fasteners 77 . 78 attached that a direct contact between by a solar radiation 58 high-temperature outer wall 56 and the second block of material 57 is available. The third spacecraft 50 has the spacecraft axes 59 . 60 . 61 taking it with one of its spacecraft axes 59 is aligned with the sun. The solar radiation 58 and thus the solar heat bounces on the outer wall 56 , There is a hot zone. On the annular second block of material 57 is the annular third duct 55 attached. The ring-shaped third duct 55 has four MHD pumps 51 . 52 . 53 . 54 on.

In den MHD-Pumpen 51 bis 54 ist als Mittel zur Erzeugung jeweils eines thermoelektrischen Stromes 67 innerhalb eines Leitungskanals 55 eine dritte thermoelektrische Einheit 62 (stellvertretend für alle vier MHD-Pumpen) vorgesehen, die aus dem dritten Leitungskanal 55, der Flüssigkeit 20 und dem zweiten Materialblock 57 besteht, wobei der zweite Materialblock 57 mit dem dritten Leitungskanal 55 verbunden ist, elektrisch und Wärme leitend ist sowie gegenüber der Flüssigkeit 20 mit einer thermoelektrischen Leistung ausgebildet ist.In the MHD pumps 51 to 54 is as a means for generating a respective thermoelectric current 67 within a duct 55 a third thermoelectric unit 62 (representing all four MHD pumps) provided from the third duct 55 , the liquid 20 and the second block of material 57 exists, wherein the second block of material 57 with the third duct 55 is connected, electrically and heat is conductive and to the liquid 20 is formed with a thermoelectric power.

Der mit dem ringförmigen, vorzugsweise querschnittsmäßig rechteckigen Leitungskanal 55 verbundene zweite Materialblock 57 ist vorzugsweise ebenfalls ringförmig ausgebildet und in radialer Richtung von einem Temperaturgradienten ΔT beeinflussbar.The with the annular, preferably rectangular cross-section duct 55 connected second material block 57 is preferably also annular and can be influenced in the radial direction by a temperature gradient .DELTA.T.

Am zweiten Materialblock 57 sind zur Außenwandung 56 gerichtet einendbereichsseitig eine Heißzone und anderenendbereichsseitig eine Kaltzone 66 vorhanden, wobei der Temperaturgradient ΔT in 5 zwischen den beiden unterschiedlichen Temperaturwertbereichen 65/66 im Querschnitt zum Leitungskanal 55 gerichtet vorhanden ist, wodurch ein umlaufender Stromfluss 67 querschnittsgerichtet durch die Flüssigkeit 20 und durch den zweiten Materialblock 57 hindurch vorhanden ist.At the second block of material 57 are to the outer wall 56 directed Einendbereichzusitig a hot zone and other end area a cold zone 66 present, wherein the temperature gradient .DELTA.T in 5 between the two different temperature value ranges 65 / 66 in cross-section to the duct 55 directed, whereby a circulating current flow 67 cross-sectioned by the liquid 20 and through the second block of material 57 is present through.

Das Kanalgehäuse 55 ist ein Metall mit ausreichender elektrischer und Wärme-Leitfähigkeit, das keine Reaktion mit der Flüssigkeit 20 aufweist und von der Magnetflussdichte B durchdringbar ist.The duct housing 55 is a metal with sufficient electrical and thermal conductivity that does not react with the liquid 20 and penetrable by the magnetic flux density B.

Der zweite Materialblock 57 kann unterbrochen sein und jeweils auch einen Blockkörper im Bereich der Magnetflussdichte B und des Temperaturgradienten ΔT darstellen.The second block of material 57 may be interrupted and each also represent a block body in the range of the magnetic flux density B and the temperature gradient .DELTA.T.

Zur Ausbildung des Temperaturgradienten ΔT ist der vorgesehene zweite Materialblock 57 im vorgesehenen Wärmeaufnahmebereich (Heißzone) 65 vorzugsweise voluminöser und massiger ausgebildet als im Wärmeabgabebereich (Kaltzone) 66.For the formation of the temperature gradient .DELTA.T is the intended second block of material 57 in the intended heat absorption area (hot zone) 65 preferably voluminous and bulkier formed than in the heat dissipation area (cold zone) 66 ,

Der zweite Materialblock 57 besteht aus einem Material, das zur Flüssigkeit 20, z.B. Gallium, eine ausreichend hohe thermoelektrische Leistung ausbildet und vorzugsweise eine Kobaltlegierung sein kann.The second block of material 57 consists of a material that is liquid 20 , Gallium for example, forms a sufficiently high thermoelectric power and may preferably be a cobalt alloy.

In den Bereichen der Heißzonen 65 und der Kaltzonen 66 können Temperatursensoren angeordnet sein, die in die Steuer- und Regelungseinrichtung 79 (6) eingebunden sind, die mit den Mitteln 69 (Verschiebepfeil) zur Verschiebung und/oder Verdrehung der Magneten 68 zur Änderung der Magnetflussdichte B in Verbindung steht, wobei die Mittel 69 zur Verschiebung der Magneten 68 insbesondere fest eingebrachte, lineare Motoren sein können. In der Steuer- und Regelungseinrichtung 79 ist vorzugsweise der Bordcomputer 15 enthalten.In the areas of hot zones 65 and the cold zones 66 Temperature sensors can be arranged in the control and regulating device 79 ( 6 ) are involved with the means 69 (Move arrow) for the displacement and / or rotation of the magnets 68 for changing the magnetic flux density B is connected, wherein the means 69 for shifting the magnets 68 In particular, fixed-mounted, linear motors can be. In the control and regulation device 79 is preferably the on-board computer 15 contain.

Ist bahnbedingt keine Sonneneinstrahlung auf der Außenwandung 56 vorhanden, so können in den Bereichen der Heißzonen 65 und Kaltzonen 66 dem Leitungskanal 55 zugeordnete und schaltbare Heizelemente angeordnet sein, die zur Aufrechterhaltung bzw. Konstanthaltung des Temperaturgradienten ΔT vorgesehen sind, wobei die Heizelemente mit der Steuer- und Regeleinrichtung 79 in Verbindung stehen können.Is due to the train no sunlight on the outer wall 56 present, so in the areas of hot zones 65 and cold zones 66 the duct 55 assigned and switchable heating elements can be arranged, which are provided for maintaining or maintaining constant the temperature gradient .DELTA.T, wherein the heating elements with the control and regulating device 79 can be connected.

Die Funktionsweise ist bei beiden Raumfahrzeugen 1 und 50 mit thermoelektrisch unterstützten MHD-Pumpen nahezu gleich: Die elektrisch leitende, metallische Flüssigkeit 20 ist im Leitungskanal 19, 55 eingeschlossen, der mit einem Kobaltring 27, 57 angrenzend verbunden ist. Aufgrund des unterschiedlichen Elektronenniveaus in den benachbarten Metallen 20, 27 und 20, 57 kommt es bei Vorhandensein eines Temperaturgradienten ΔT in radialer Richtung zu einem Stromfluss 25, 26, 67. Durch die Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Permanentmagneten 23, 24; 68 entsteht die Lorentzkraft auf die Flüssigkeit 20, die somit bewegt wird und um die vorgegebenen Achsen 17, 59 rotiert. Die resultierende Bewegung der Flüssigkeit 20 kann in ihrer Stärke durch die Intensität des Magnetfeldes, insbesondere der Magnetflussdichte B über die Verschiebung 69 der Magneten 23, 24; 68 geändert. werden. Die Magneten 23, 24; 68 können z.B. durch Linearmotoren 28, 29; 69 bewegt werden.The operation is in both spacecraft 1 and 50 almost the same with thermo-electrically assisted MHD pumps: the electrically conductive metallic fluid 20 is in the duct 19 . 55 included, that with a cobalt ring 27 . 57 is connected adjacent. Due to the different electron levels in the neighboring metals 20 . 27 and 20 . 57 If there is a temperature gradient .DELTA.T in the radial direction, there is a flow of current 25 . 26 . 67 , Due to the interaction with the magnetic field of the permanent magnet 23 . 24 ; 68 the Lorentz force arises on the liquid 20 which is thus moved and around the given axes 17 . 59 rotates. The resulting movement of the liquid 20 can in their strength by the intensity of the magnetic field, in particular the magnetic flux density B on the shift 69 the magnet 23 . 24 ; 68 changed. become. The magnets 23 . 24 ; 68 can eg by linear motors 28 . 29 ; 69 to be moved.

In 6 ist eine schematische Darstellung des Funktionsablaufes der Lageregelung zur Stabilisierung eines Raumfahrzeuges bei Auftreten von Störmomenten TD unter Bezugnahme auf 1 gezeigt.In 6 is a schematic representation of the functional sequence of the attitude control for stabilizing a spacecraft in the occurrence of disturbance torques T D with reference to 1 shown.

Ein an dem ersten Raumfahrzeug 1 angreifendes Störmoment TD bewirkt die Veränderung der Lage des ersten Raumfahrzeuges 1, das mindestens mit einer thermoelektrisch gestützten MHD-Pumpe 21, 22 arbeitet. Die Lageänderung kann mit Hilfe von Lagesensoren (z.B. Gyroskope, Sternsensoren, etc.) 70, 81 gemessen und über die zugehörigen Signal-/Versorgungsleitungen 82, 63 an den angeschlossenen Bordcomputer 15 gemeldet werden. In dem Bordcomputer 15 wird dann das für eine Lagekorrektur notwendige Stellmoment TS über eine Vergleichsverarbeitung bestimmt. Zusammen mit den Informationen über aktuelle Temperaturgra dienten ΔT entlang des ersten Leitungskanals 19 kann der Bordcomputer 15 die Stellsignale berechnen, die an die Steuereinheiten 30, 31 und schließlich an die Linearmotoren 28, 29 der Permanentmagnete 23, 24 gesendet werden. Daraufhin wird der Abstand d der Permanentmagnete 23, 24 zum Kanalgehäuse des ersten Leitungskanals 19 geändert, wodurch die Magnetflussdichte B im Kanalquerschnitt 64 variiert werden kann. Die Magnetflussdichteänderung wiederum hat eine Änderung der Lorentzkraft und schließlich der Zirkulationsgeschwindigkeit v der Flüssigkeit 20 zur Folge. Die so durch die im ersten Leitungskanal 19 rotierende Flüssigkeit 20 hervorgerufenen Drehmomente TS werden über die Kanalhalterungselemente 71, 72 auf das erste Raumfahrzeug 1 übertragen, um den Störmomenten TD teilweise oder vollständig entgegenzuwirken.One on the first spacecraft 1 acting disturbance torque T D causes the change in the position of the first spacecraft 1 that at least with a thermoelectrically supported MHD pump 21 . 22 is working. The change of position can be done with the help of position sensors (eg gyroscopes, star sensors, etc.) 70 . 81 measured and via the associated signal / supply lines 82 . 63 to the connected on-board computer 15 be reported. In the on-board computer 15 Then, the necessary for a position correction actuating torque T S is determined via a comparison processing. Together with the information on current Temperaturgra served ΔT along the first duct 19 can the on-board computer 15 calculate the control signals sent to the control units 30 . 31 and finally to the linear motors 28 . 29 the permanent magnets 23 . 24 be sent. Then the distance d of the permanent magnets 23 . 24 to the channel housing of the first duct 19 changed, whereby the magnetic flux density B in the channel cross section 64 can be varied. The magnetic flux density change, in turn, has a change in the Lorentz force and, finally, the circulation velocity v of the liquid 20 result. The way through the first line channel 19 rotating liquid 20 caused torques T S are on the channel support elements 71 . 72 on the first spacecraft 1 transferred to counteract the disturbance torques T D partially or completely.

Die sechs Außenwandungen 3, 4, 5, 6, 7, 8 des ersten Raumfahrzeuges 1 werden durch verschiedene Effekte (z.B. Sonneneinstrahlung, Albedo, etc.) erwärmt bzw. abgekühlt. Über die Kontaktstellen 73 und/oder Halterungselemente 71, 72 kann der erste Leitungskanal 19 mit den Außenwandungen 3 bis 6 wärmeleitend verbunden sein. Des Weiteren existieren im Inneren des Raumfahrzeuges 1 die Heißzonen bzw. Heizelemente 11, 12, insbesondere elektrischer und elektronischer Bauteile 9, 10, bei denen sehr viel Wärme frei wird. Die Bauteile 9, 10 sind somit wärmeleitend mit dem ersten Leitungskanal 19 über den ersten Materialblock 27 (z.B. aus Kobaltlegierung bestehend) verbunden. Über die Temperatursensoren 13, 14 werden die momentanen Temperaturen erfasst und an den Bordcomputer 15 übertragen. Treten zu große Abweichungen im Temperaturgradienten ΔT über den Kanalquerschnitt 64 auf, wird die Temperatur an den Heißzonen 11, 12 – der Leistungsbaugruppen-Kontaktstellen bzw. Heizelementen – durch zusätzliches Heizen oder Inanspruchnahme weiterer inter ner Heizquellen 75 angehoben. Die Regulierung erfolgt über den Bordcomputer 15. Durch die Zirkulation der Flüssigkeit 20 durch den ersten Leitungskanal 19 wird auch eine gleichmäßige Temperaturverteilung bzw. Wärmeregelung der benachbarten Außenwandungen 3 bis 8 erreicht. Weiter erfolgt ein Wärmetransport von den Heißzonen/Heizelementen 11, 12 zum Kanalgehäuse 19. Der Wärmetransport ist einerseits treibende Kraft für das Entstehen des elektrischen Feldes bzw. Stromes über dem Kanalquerschnitt 64 und sorgt andererseits für eine gewünschte Abkühlung der betreffenden Bauteile 9, 10. Damit liegt gleichzeitig eine umfassende Thermalkontrolle vor.The six outer walls 3 . 4 . 5 . 6 . 7 . 8th of the first spacecraft 1 are heated or cooled by various effects (eg solar radiation, albedo, etc.). About the contact points 73 and / or support elements 71 . 72 may be the first conduit 19 with the outer walls 3 to 6 be thermally conductively connected. Furthermore, exist inside the spacecraft 1 the hot zones or heating elements 11 . 12 , in particular electrical and electronic components 9 . 10 in which a lot of heat is released. The components 9 . 10 are thus thermally conductive with the first conduit 19 over the first block of material 27 (eg made of cobalt alloy) connected. About the temperature sensors 13 . 14 The current temperatures are recorded and sent to the on-board computer 15 transfer. If too large deviations occur in the temperature gradient ΔT over the channel cross-section 64 on, the temperature at the hot zones becomes 11 . 12 - the power module contact points or heating elements - by additional heating or use of other internal sources of heat 75 raised. Regulation takes place via the on-board computer 15 , By the circulation of the liquid 20 through the first conduit 19 is also a uniform temperature distribution or thermal control of the adjacent outer walls 3 to 8th reached. Next there is a heat transfer from the hot zones / heating elements 11 . 12 to the channel housing 19 , The heat transfer is on the one hand driving force for the emergence of the electric field or current over the channel cross section 64 and on the other hand ensures a desired cooling of the components in question 9 . 10 , At the same time there is a comprehensive thermal control.

Die Leistungsversorgung für alle benannten Bauteile 9, 10 erfolgt, wie in 6 gezeigt ist, über eine raumfahrzeuginterne Energieversorgungseinheit 76, die durch eine Batterie 74 bzw. durch andere Stromerzeugungsanlagen gestützt wird.The power supply for all named components 9 . 10 done as in 6 is shown via a spacecraft internal power supply unit 76 by a battery 74 or by other power generation facilities.

Die Steuer- und Regeleinrichtung 79, zu der der Bordcomputer 15 gehört, kann zur Lageregelung für die thermoelektrische Betriebsart der MHD-Pumpen einen Proportional-Integral-Regler, einen Motoren-Verschiebungsmodul, einen flüssigkeitszugeordneten Genauigkeits-Vergleichsmodul sowie einen Lage-Navigationsmodul enthalten.The control and regulating device 79 to which the on-board computer 15 may include, for the thermoelectric mode attitude control of the MHD pumps, a proportional-integral controller, an engine displacement module, a fluid-related accuracy comparison module, and a position navigation module.

Da der Wärmetransport nicht wie beim bekannten Wärmerohrsystem von der Konvektion abhängig ist, sondern über den flüssigkeitsgestützten Massenfluss erfolgt, kann die in den Heißzonen störende Wärme schneller zu den Kaltzonen transportiert werden. Der Einsatz von thermoelektrisch gestützen MHD-Pumpen, die im Wesentlichen unerwünschte Temperaturgradienten innerhalb der Raumfahrzeuge verwerten, kann insbesondere primär zur Lageregelung eines Raumfahrzeuges sowie gleichzeitig sekundär für die Konstanz der inneren Betriebstemperatur im Raumfahrzeug und somit kostengünstig zur Thermalkontrolle eingesetzt werden.There the heat transport not like the known heat pipe system dependent on the convection is, but over the liquid-based mass flow can be done in the hot zones disturbing Heat faster be transported to the cold zones. The use of thermoelectric gestützen MHD pumps, which are essentially undesirable temperature gradients within the spacecraft can, in particular, primarily for attitude control a spacecraft and at the same time secondary to the constancy of the internal operating temperature in the spacecraft and thus cost-effective for thermal control be used.

11
Erstes Raumfahrzeugfirst spacecraft
22
RaumfahrzeuggehäuseSpacecraft housing
33
Erste AußenwandungFirst outer wall
44
Zweite AußenwandungSecond outer wall
55
Dritte Außenwandungthird outer wall
66
Vierte AußenwandungFourth outer wall
77
Fünfte AußenwandungFifth outer wall
88th
Sechste AußenwandungSixth outer wall
99
Erstes Leistungsbauteilfirst power device
1010
Zweites Leistungsbauteilsecond power device
1111
Erste Heißzone/HeizelementFirst Hot Zone / heating element
1212
Zweite Heißzone/HeizelementSecond Hot Zone / heating element
1313
Erster Temperatursensorfirst temperature sensor
1414
Zweiter Temperatursenorsecond temperature Senor
1515
Bordcomputerboard computer
1616
Gierachseyaw axis
1717
Nickachsepitch axis
1818
Rollachseroll axis
1919
Erster Leitungskanalfirst duct
2020
Flüssigkeitliquid
2121
Erste MHD-PumpeFirst MHD pump
2222
Zweite MHD-PumpeSecond MHD pump
2323
Erster Magnetfirst magnet
2424
Zweiter Magnetsecond magnet
2525
Erster Stromfirst electricity
2626
Zweiter Stromsecond electricity
2727
Erster Materialblockfirst material block
2828
Erster Motorfirst engine
2929
Zweiter Motorsecond engine
3030
Erste MotorsteuerungFirst motor control
3131
Zweite MotorsteuerungSecond motor control
3232
Erste FührungsbahnFirst guideway
3333
Zweite FührungsbahnSecond guideway
3434
FlüssigkeitsgeschwindigkeitsmesserLiquid speedometer
3535
erste Versorgungs-/Signalleitungfirst Supply / signal line
3636
zweite Versorgungs-/Signalleitungsecond Supply / signal line
3737
dritte Versorgungs-/Signalleitungthird Supply / signal line
3838
vierte Versorgungs-/Signalleitungfourth Supply / signal line
3939
fünfte Versorgungs-/Signalleitungfifth supply / signal line
4040
zweiter Leitungskanalsecond duct
4141
Zweites Raumfahrzeugsecond spacecraft
4242
Dritte MHD-Pumpethird MHD pump
4343
Vierte MHD-PumpeFourth MHD pump
4444
Fünfte MHD-PumpeFifth MHD pump
4545
Sechste MHD-PumpeSixth MHD pump
4646
RotationsgeschwindigkeitsrichtungSpeed of rotation direction
4747
Permanentmagnetepermanent magnets
4848
Erste thermoelektrische EinheitFirst thermoelectric unit
4949
Zweite thermoelektrische EinheitSecond thermoelectric unit
5050
Drittes Raumfahrzeugthird spacecraft
5151
Siebente MHD-Pumpeseventh MHD pump
5252
Achte MHD-PumpeEighth MHD pump
5353
Neunte MHD-PumpeNinth MHD pump
5454
Zehnte MHD-PumpeTenth MHD pump
5555
Dritter Leitungskanalthird duct
5656
Siebente Außenwandungseventh outer wall
5757
Zweiter Materialblocksecond material block
5858
Sonnenstrahlungsolar radiation
5959
Erste RaumfahrzeugachseFirst Spacecraft axis
6060
Zweite RaumfahrzeugachseSecond Spacecraft axis
6161
Dritte Raumfahrzeugachsethird Spacecraft axis
6262
Dritte thermoelektrische Einheitthird thermoelectric unit
6363
Siebente Signal-/Versorgungsleitungseventh Signal / supply line
6464
KanalquerschnittsebeneChannel cross-sectional plane
6565
Dritte Heißzonethird hot zone
6666
Erste KaltzoneFirst cold zone
6767
Stromflusscurrent flow
6868
Permanentmagnetpermanent magnet
6969
Verschiebungsrichtungshift direction
7070
Erste LagesensorenFirst position sensors
7171
Erstes Halterungselementfirst supporting member
7272
Zweites Halterungselementsecond supporting member
7373
Kontaktstellecontact point
7474
Batteriebattery
7575
Interne Heizquelleninternal heating sources
7676
EnergieversorgungseinheitPower supply unit
7777
Erstes Befestigungsmittelfirst fastener
7878
Zweites Befestigungsmittelsecond fastener
7979
Steuer- und RegelungseinrichtungTax- and control device
8080
LorentzkraftrichtungLorentz force direction
8181
Zweiter Lagesensorsecond position sensor
8282
Achte Signal-/VersorgungsleitungEighth Signal / supply line
8383
Gerätdevice
8484
Vierte HeißzoneFourth hot zone
vv
Rotationsgeschwindigkeitrotation speed
II
Stromelectricity
BB
MagnetflussdichteMagnetic flux density
Ts T s
Drehimpuls/StellmomentAngular momentum / righting moment
R17 R 17
Radius des Leitungskanals 19 um die Nickachse 17 Radius of the duct 19 around the pitch axis 17
R59 R 59
Radius des Leitungskanals 55 um die Achse 59 Radius of the duct 55 around the axis 59
hH
Höhe des LeitungskanalsHeight of the duct
bb
Breite des Leitungskanalswidth of the duct
TD T D
StörmomentDisturbing torque
ΔT.DELTA.T
Temperaturgradienttemperature gradient
SS
SüdpolSouth Pole
NN
NordpolNorth Pole
MM
Motorengine
ωω
Umdrehung/ZeiteinheitRevolution / unit of time
FL F L
LorentzkraftLorentz force

Claims (21)

Raumfahrzeug mit einer Einrichtung zur Lageregelung auf einer vorgegebenen orbitalen Bahn, wobei die Lage wahlweise zumindest an einer vorgegebenen Raumfahrzeugachse ausrichtbar ist, enthaltend mindestens ein Drehimpulse erzeugendes Mittel sowie mindestens eine übergeordnete Steuer- und Regelungseinrichtung, die mit Lagesensoren in Verbindung steht, wobei die Einrichtung zur Lageregelung als Drehimpulse erzeugendes Mittel mindestens einen ringförmigen Leitungskanal mit einer darin befindlichen, kanaldurchströmenden Flüssigkeit aufweist, die zumindest elektrisch leitend und magnetisch beeinflussbar ist, wobei dem Leitungskanal mindestens eine magnetohydrodynamische Pumpe zur Zirkulation der Flüssigkeit zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der magnetohydrodynamischen Pumpe (21, 22, 42, 43, 44, 45, 51, 52, 53, 54) eine thermoelektrische Einheit (48, 49, 62) mit einem Materialblock (27, 57) vorhanden ist, der mit dem Leitungskanal (19, 40, 55) verbunden ist, elektrisch und Wärme leitend ist sowie eine thermoelektrische Leistung gegenüber der Flüssigkeit (20) aufweist, wobei der Materialblock (27, 57) mit einer zugeordneten Wärmequelle (11, 12, 56, 65) zur Ausbildung eines blockinneren Temperaturgradienten (ΔT) in Verbindung steht, durch den ein Stromfluss (25, 26, 67) in der Kanalquerschnittsebene (64) des Leitungskanals (19, 40, 55) derart erreichbar ist, dass mit Hilfe der Steuer- und Regelungseinrichtung (15, 79) eine momentausbildende und gegebenenfalls thermalkontrollierende Zirkulation der Flüssigkeit (20) erreichbar ist.Spacecraft with a device for position control on a predetermined orbital path, wherein the position is selectively alignable at least on a given spacecraft axis containing at least one angular momentum generating means and at least one higher-level control and regulating device, which is in communication with position sensors, wherein the means for Position control as an angular momentum generating means has at least one annular duct with a channel flowing therein liquid, which is at least electrically conductive and magnetically influenced, wherein the duct at least one magnetohydrodynamic pump for the circulation of the liquid is associated, characterized in that in the magnetohydrodynamic pump ( 21 . 22 . 42 . 43 . 44 . 45 . 51 . 52 . 53 . 54 ) a thermoelectric unit ( 48 . 49 . 62 ) with a material block ( 27 . 57 ), which is connected to the duct ( 19 . 40 . 55 ) is electrically and thermally conductive and a thermoelectric power to the liquid ( 20 ), wherein the material block ( 27 . 57 ) with an associated heat source ( 11 . 12 . 56 . 65 ) is connected to form a block-internal temperature gradient (ΔT) through which a current flow ( 25 . 26 . 67 ) in the channel cross-sectional plane ( 64 ) of the duct ( 19 . 40 . 55 ) is reached in such a way that with the aid of the control and regulating device ( 15 . 79 ) a moment-forming and optionally thermal-controlling circulation of the liquid ( 20 ) is reachable. Raumfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kanaldurchströmende Flüssigkeit (20) metallischer Art, insbesondere flüssiges, metallisches Gallium oder eine Galliumlegierung oder eine salzlösungsartige Flüssigkeit darstellt.Spacecraft according to claim 1, characterized in that the channel-flowing liquid ( 20 ) metallic, in particular liquid, metallic gallium or a gallium alloy or a salt solution-like liquid. Raumfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (20) eine Temperatur aufweist, die angepasst im Bereich unterhalb der durchschnittlichen Betriebstemperatur im Raumfahrzeuggehäuse (2) liegt.Spacecraft according to claim 2, characterized in that the liquid ( 20 ) has a temperature adjusted in the range below the average operating temperature in the spacecraft housing ( 2 ) lies. Raumfahrzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungskanäle (19; 40; 55) einen geschlossenen Hohlringmantel als Kanalgehäuse, vorzugsweise einen Stahlrohrring aufweisen.Spacecraft according to at least one of the preceding claims, characterized in that the ducts ( 19 ; 40 ; 55 ) have a closed hollow ring casing as a channel housing, preferably a steel pipe ring. Raumfahrzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Leitungskanal (19; 40; 55) querschnittmäßig rund, oval, quadratisch oder rechteckig ist.Spacecraft according to at least one of the preceding claims, characterized in that the annular duct ( 19 ; 40 ; 55 ) is cross-sectionally round, oval, square or rectangular. Raumfahrzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu einer vorgegebenen Raumfahrzeugachse (16, 17, 18; 59, 60, 61) mehrere Leitungskanäle axial übereinander und/oder radial ineinander angeordnet sind.Spacecraft according to at least one of the preceding claims, characterized in that to a given spacecraft axis ( 16 . 17 . 18 ; 59 . 60 . 61 ) a plurality of ducts are axially superimposed and / or radially arranged one inside the other. Raumfahrzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu einer MHD-Pumpe (21, 22;;42 bis 45; 51 bis 54) mindestens ein vom Leitungskanal (19; 40; 55) beabstandet angeordneter Magnet (23, 24; 47; 68), dessen Magnetflussdichte (B) den Leitungskanal (19; 40; 55) querschnittgerichtet zumindest mit einer senkrecht gerichteten Magnetflussdichte-Komponente durchdringt, und die thermoelektrische Einheit (48, 49, 62) zur Erzeugung eines elektrischen Stromes, dessen Kanaldurchgang querschnittgerichtet senkrecht zum Leitungskanal (19; 40; 55) und zugleich senkrecht zu der Magnetflussdichte (B) gerichtet ausgebildet ist, gehören, die derart angeordnet sind, dass längs des Leitungskanals (19; 40; 55) eine die Flüssigkeit (20) antreibende Kraft vorhanden ist.Spacecraft according to at least one of the preceding claims, characterized in that to a MHD pump ( 21 . 22 ;; 42 to 45 ; 51 to 54 ) at least one of the duct ( 19 ; 40 ; 55 ) spaced magnet ( 23 . 24 ; 47 ; 68 ), the magnetic flux density (B) of the duct ( 19 ; 40 ; 55 ) cross-sectionally penetrates at least with a vertically directed magnetic flux density component, and the thermoelectric unit ( 48 . 49 . 62 ) for generating an electric current, the channel passage cross-section perpendicular to the duct ( 19 ; 40 ; 55 ) and at the same time oriented perpendicularly to the magnetic flux density (B) belong, which are arranged such that along the duct ( 19 ; 40 ; 55 ) one the liquid ( 20 ) driving force is present. Raumfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete bzw. die Magnetanordnung (23, 24; 47; 68) einer MHD-Pumpe (21, 22;; 42 bis 45; 51 bis 54) Permanentmagnete und/oder Elektromagnete sind.Spacecraft according to claim 7, characterized in that the magnets or the magnet arrangement ( 23 . 24 ; 47 ; 68 ) an MHD pump ( 21 . 22 ;; 42 to 45 ; 51 to 54 ) Are permanent magnets and / or electromagnets. Raumfahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (23, 24, 47, 68) einer MHD-Pumpe (21, 22, 42 bis 45, 51 bis 54) von den Wandungen des Leitungskanals (19, 40, 55) beabstandet sind und in Führungsbahnen (32; 33) zum Leitungskanal (19, 40, 55) bewegbar angeordnet sind, wobei der jeweilige Abstand (d) zum Leitungskanal (19, 40, 55) durch vorhandene Mittel (28, 30; 29, 31) zum Verschieben oder Verdrehen der Magnete in der zugehörigen Führungsbahn (32; 33) variierbar ist.Spacecraft according to claim 7 or 8, characterized in that the magnets ( 23 . 24 . 47 . 68 ) an MHD pump ( 21 . 22 . 42 to 45 . 51 to 54 ) from the walls of the duct ( 19 . 40 . 55 ) and in guideways ( 32 ; 33 ) to the duct ( 19 . 40 . 55 ) are arranged movable, wherein the respective distance (d) to the duct ( 19 . 40 . 55 ) by existing resources ( 28 . 30 ; 29 . 31 ) for moving or rotating the magnets in the associated guideway ( 32 ; 33 ) is variable. Raumfahrzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungskanal (19; 40; 55) zumindest teilweise mit mindestens einer Wärme aufnehmenden Außenwandung (3) des Raumfahrzeuggehäuses (2) und/oder eines oder mehrerer Baugruppenkomplexe/Geräte (83) und/oder Bauelemente (9, 10) innerhalb des Raumfahrzeuggehäuses (2) in Verbindung steht.Spacecraft according to at least one of the preceding claims, characterized in that the duct ( 19 ; 40 ; 55 ) at least partially with at least one heat-absorbing outer wall ( 3 ) of the spacecraft housing ( 2 ) and / or one or more assembly complexes / devices ( 83 ) and / or components ( 9 . 10 ) within the spacecraft housing ( 2 ). Raumfahrzeug nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Materialblock (27, 57) eine einendbereichsseitige Heißzone (11, 12, 65) und eine anderenendbereichsseitige Kaltzone (66) vorhanden sind und dass zwischen den beiden Temperaturwertbereichen (11, 12, 65, 66) im Querschnitt zum Leitungskanal (19, 40, 55) gerichtet ein Temperaturgradient (ΔT) vorhanden ist, wodurch ein umlaufender Stromfluss (25, 26, 67) querschnittsgerichtet durch die Flüssigkeit (20) und durch den Materialblock (27, 57) hindurch vorhanden ist.Spacecraft according to claim 1 to 10, characterized in that the material block ( 27 . 57 ) a single-zone hot zone ( 11 . 12 . 65 ) and another end-zone-side cold zone ( 66 ) and that between the two temperature value ranges ( 11 . 12 . 65 . 66 ) in cross section to the duct ( 19 . 40 . 55 ) a temperature gradient (ΔT) is present, whereby a circulating current flow ( 25 . 26 . 67 ) cross-sectioned by the liquid ( 20 ) and through the material block ( 27 . 57 ) is present. Raumfahrzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalgehäuse des Leitungskanals (19; 40; 55) ein Metall mit ausreichender elektrischer Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit ist, das keine Reaktion mit der Flüssigkeit aufweist und von der von den Magneten (23, 24; 47; 68) ausgehenden Magnetflussdichte (B) durchdringbar ist.Spacecraft according to at least one of the preceding claims, characterized in that the channel housing of the duct ( 19 ; 40 ; 55 ) is a metal with sufficient electrical conductivity and thermal conductivity that has no reaction with the liquid and that of the magnets ( 23 . 24 ; 47 ; 68 ) outgoing magnetic flux density (B) is penetrable. Raumfahrzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der einer MHD-Pumpe (21, 22; 42, 43, 44, 45; 51 bis 54) zugeordnete Materialblock (27; 57) einen Blockteil darstellt.Spacecraft according to at least one of the preceding claims, characterized in that the one MHD pump ( 21 . 22 ; 42 . 43 . 44 . 45 ; 51 to 54 ) assigned material block ( 27 ; 57 ) represents a block part. Raumfahrzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Ausbildung des Temperaturgradienten (ΔT) vorgesehene Materialblock (27; 57) im vorgesehenen Wärmeaufnahmebereich (Heißzone) (11, 12, 65) voluminöser und massiger ausgebildet ist als im Wärmeabgabebereich (Kaltzone) (66).Spacecraft according to at least one of the preceding claims, characterized in that the material block (ΔT) provided for forming the temperature gradient ( 27 ; 57 ) in the intended heat absorption area (hot zone) ( 11 . 12 . 65 ) is made more voluminous and bulkier than in the heat release area (cold zone) ( 66 ). Raumfahrzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer thermoelektrischen Einheit (48, 49, 62) einer MHD-Pumpe (21, 22, 42, 43, 44, 45, 51, 52, 53, 54) der dem ringförmigen, vorzugsweise querschnittsmäßig rechteckigen Leitungskanal (19; 40; 55) zugeordnete Materialblock (27; 57) vorzugsweise zusammenhängend ringförmig ausgebildet ist und in radialer Richtung von einem örtlichen Temperaturgradienten (ΔT) beeinflussbar ist.Spacecraft according to at least one of the preceding claims, characterized in that in a thermoelectric unit ( 48 . 49 . 62 ) an MHD pump ( 21 . 22 . 42 . 43 . 44 . 45 . 51 . 52 . 53 . 54 ) of the annular, preferably rectangular cross-section duct ( 19 ; 40 ; 55 ) assigned material block ( 27 ; 57 ) is preferably contiguous ring-shaped and in the radial direction of a local temperature gradient (.DELTA.T) can be influenced. Raumfahrzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialblock (27; 57) aus einem Material besteht, das zur Flüssigkeit (20) eine hohe thermoelektrische Leistung ausbildet und vorzugsweise eine Kobaltlegierung ist.Spacecraft according to at least one of the preceding claims, characterized in that the material block ( 27 ; 57 ) consists of a material that is a liquid ( 20 ) forms a high thermoelectric power and is preferably a cobalt alloy. Raumfahrzeug nach einem der Ansprüche 11-16, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bereichen der Heißzonen (11,12) und der Kaltzonen Temperatursensoren (13,14) angeordnet sind, die in die Steuer- und Regelungseinrichtung (79) integriert sind, die mit den Mitteln (28, 30; 29, 31; 69) zur Verschiebung und/oder Verdrehung der Magneten (23, 24; 47; 68) zur Änderung der Magnetflussdichte (B) in Verbindung steht.Spacecraft according to one of claims 11-16, characterized in that in the regions of the hot zones ( 11 . 12 ) and the cold zone temperature sensors ( 13 . 14 ) arranged in the control and regulation device ( 79 ) are integrated with the means ( 28 . 30 ; 29 . 31 ; 69 ) for the displacement and / or rotation of the magnets ( 23 . 24 ; 47 ; 68 ) for changing the magnetic flux density (B) is in communication. Raumfahrzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verschiebung der Magneten insbesondere lineare Motoren (28, 29) sind, die fest eingebaut sind.Spacecraft according to claim 17, characterized in that the means for displacing the magnets are in particular linear motors ( 28 . 29 ) are firmly installed. Raumfahrzeug nach einem der Ansprüche 11-18, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bereichen der Heißzonen (11, 12) und Kaltzonen dem Leitungskanal (19) zugeordnete Heizelemente (73) angeordnet sind, die zur Aufrechterhaltung bzw. Konstanthaltung des Temperaturgradienten (ΔT) vorgesehen sind, wobei die Heizelemente zur Steuer- und Regelungseinrichtung (79) gehören.Spacecraft according to one of claims 11-18, characterized in that in the regions of the hot zones ( 11 . 12 ) and cold zones the duct ( 19 ) associated heating elements ( 73 ) are arranged, which are provided for maintaining or keeping constant the temperature gradient (.DELTA.T), wherein the heating elements to the control and regulating device ( 79 ) belong. Raumfahrzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regelungseinrichtung (79) für die Lageregelung einen Proportional-Integral-Regler, einen Moto ren-Verschiebungsmodul, einen flüssigkeitszugeordneten Genauigkeits-Vergleichsmodul sowie einen Lage-Navigationsmodul enthält.Spacecraft according to at least one of the preceding claims, characterized in that the control and regulating device ( 79 ) For the position control, a proportional-integral controller, a motor-displacement module, a fluid-related accuracy comparison module and a position navigation module contains. Raumfahrzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Lageregelung, insbesondere die durch eine MHD-Pumpe (21, 22; 42 bis 45; 51 bis 54) angetriebene, Drehimpulse (TS) erzeugende Flüssigkeit (20) in dem hohlringförmigen Leitungskanal (19; 40; 55) mit wahlweise feldveränderlichen thermoelektrischen und magnetischen Elementen gleichzeitig zum Wärmetransport, zur Wärmeregelung und somit zur Thermalkontrolle innerhalb des Raumfahrzeuggehäuses (2) einsetzbar ist.Spacecraft according to at least one of the preceding claims, characterized in that the device for position control, in particular by a MHD pump ( 21 . 22 ; 42 to 45 ; 51 to 54 ) driven, rotational pulses (T S ) generating liquid ( 20 ) in the hollow-ringed lei channel ( 19 ; 40 ; 55 ) with optionally field variable thermoelectric and magnetic elements at the same time for heat transfer, for heat regulation and thus for thermal control within the spacecraft housing ( 2 ) can be used.
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