DE9401116U1

DE9401116U1 - Vorrichtung zur Abkühlung einer Lauffeldröhre auf einem Telekommunikationssatelliten

Info

Publication number: DE9401116U1
Application number: DE9401116U
Authority: DE
Original assignee: Matra Marconi Space France SA
Current assignee: Matra Marconi Space France SA
Priority date: 1993-01-26
Filing date: 1994-01-25
Publication date: 1994-04-14
Anticipated expiration: 2004-01-26
Also published as: ITRM940013U1; FR2700888B1; GB2274542A; JPH0752899A; GB2274542B; IT233081Y1; FR2700888A1; ITRM940013V0; GB9401041D0; US5494241A

Description

"Vorrichtung zur Abkühlung einer Lauffeldröhre auf einem Telekoromunikationssatelliten"

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abkühlungsvorrichtung, die zur Abführung von Wärme bestimmt ist, die von einer Lauffeldröhre (TOP) mit erhöhter Leistung (im allgemeinen von mehr als 100 W Funkfrequenz) dissipiert wird, wie diese auf Telekommunikationssatelliten Verwendung findet.

Es ist schwierig, eine Lauffeldröhre unter den besonderen, im Weltraum anzutreffenden Bedingungen auf einer verträglichen Temperatur zu halten, die eine erhöhte Lebensdauer ermöglicht, da dort die Abkühlung fast nur durch Abstrahlung gegen den schwarzen Weltraum verwirklicht werden kann und die Belastungen der Einrichtung und des Gewichts sehr schwer sind.

Bislang benutzt man insbesondere eine Abkühlvorrichtung mit thermischen Verbindungsmitteln zwischen dem Kollektor (der ungefähr 90 % der Gesamtleistung der Lauffeldröhre dissipiert) und den Dissipationsmitteln zur Strahlung gegen den Weltraum, die durch den Hauptkühler des Satelliten gebildet werden. In diesem Fall ist es jedoch notwendig, den Kühler derartig zu dimensionieren, daß die Gesamtheit der Teile, mit denen er verbunden ist, auf einer viel geringeren Tem-

peratur gehalten werden, als sie für einzelne Teile erforderlich ist, normalerweise unter 75° C. Dies zwingt dazu, dem Kühler eine sehr große Abstrahlungsoberflache zu geben.

Ein andere Lösung, die der Tatsache Rechnung trägt, daß man eine erhöhte Temperatur, über 200° C für den Kollektor hinnehmen kann, besteht darin, den Kollektor vom Rest der Röhre thermisch zu trennen und ihn mit einer Verkleidung oder mit einem Gerüst strahlenförmiger Kühlrippen zu versehen, wobei die Verkleidung oder die Kühlrippen eine Abstrahlung direkt in den schwarzen Weltraum erlauben. Die Verkleidung oder das Abstrahlungsgerüst müssen außerhalb der innenliegenden Röhre angebracht sein, diese muß am Rand eines Schildes montiert sein, das die Ausrüstung trägt (d.h. Nord oder Süd für eine in drei Achsen stabilisierte Plattform).

Diese Lösung, die die Montageoberfläche der Lauffeldröhre (TOP) auf den Rand des Schildes begrenzt, erfordert erheblich größere Satellitendimensionen als notwendig, wenn der Zentralbereich nicht benutzt wird. Darüber hinaus beinhaltet diese Lösung grundsätzlich lange Funkfrequenz- und elektrische Verbindungen, d.h. vor allem, daß die Stellung der Antennen vorgeschrieben ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abkühlvorrichtung zu schaffen, die besser als die bisher

bekannten Vorrichtungen den Anforderungen der Praxis gerecht wird, indem sie insbesondere erlaubt, mit reduzierten Abmessungen der Vorrichtung auszukommen, kurze Funkfrequenz und elektrische Verbindungen zu erlauben und die Wärme mit einer verkleinerten Kühleroberfläche abzuführen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung gemäß Anspruch 1 eine Abkühlvorrichtung vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kollektor thermisch vom Rest der Röhre isoliert ist, und daß die Dissxpationsmittel von einem äußeren Kühler gebildet sind, der thermisch durch Leitungsmittel, die von dem Satellitenkörper isoliert sind, mit dem Kollektor verbunden ist.

Diese Anordnung erlaubt, die Röhre an irgendeine Stelle des Satellitenkörpers nach Norden oder Süden gerichtet anzuordnen. Insbesondere bei einem Satelliten, dessen Körper eine Plattform ist und nach Norden und Süden ausgerichtete Schilde aufweist, d.h. rechtwinklig zur Nickachse des Satelliten, können die Lauffeldröhren möglichst passend zum Treffpunkt der elektrischen oder Funkfrequenzverbindungen angebracht werden.

Der äußere Kühler kann mit abnehmbaren Elementen am Kollektor der Lauffeldröhre angebracht sein, die den Körper

durchqueren, was die Einrichtung und Zusammensetzung erleichtert.

Die Erfindung schlägt außerdem einen Telekommunikationssatelliten zur Anordnung auf einer geostationären Umlaufbahn vor, der in drei Achsen stabilisiert ist, dessen Körper Nord- und Südschilde aufweist und auf der Innenseite Lauffeldröhren zur Erzeugung von Energie mit Funkfrequenz und auf der Außenseite ebene Kühler aufweist, die thermisch von den Schilden getrennt sind und mit den jeweiligen Kollektoren durch gegenüber den Schilden thermisch isolierte Verbindungsstücke verbunden sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 ein Prinzipschema der generellen Gestaltung eines geostationären Telekommunikationssatelliten,

Fig. 2 eine mögliche Anordnung von Mitteln zur

Dissipation von Wärme, die in Lauffeldröhrenkollektoren erzeugt wird, auf einem Nord- oder Südschild eines Satelliten gemäß Figur 1, und

Fig. 3 und 4 im Schnitt entlang zweier zueinander rechtwinklige Ebenen Detaxlansichten der Verbindung eines Lauffeldröhrenkollektors mit seinem Kühler.

Der Satellit, dessen allgemeiner Aufbau in Figur 1 dargestellt ist, ist bestimmungsgemäß auf einer äquatorialen geostationären Umlaufbahn 10 um die Erde 12 angeordnet. Für den Fall eines entlang der drei Achsen (und nicht durch Rotation) stabilisierten Satelliten besteht dieser im allgemeinen aus einem Körper 14, auf dem Sonnenpaddel 16 sich um die Quer- oder Nickachse Y (parallel zur Erdachse) derart drehen können, daß sie stets zur Sonne 18 ausgerichtet bleiben. Der Körper kann eine Plattform aufweisen, auf der Antennen 20 und im allgemeinen als Wabenmuster ausgebildete Schilde angebracht sind.

Die Nord- und Südschilde 22 werden von Wellen durchkreuzt, welche die Sonnenpaddel 16 tragen. Nicht dargestellte Schubdüsen erlauben es, den Satelliten in Position in einer Ausrichtung zu halten, wo die Rollachse X und die Kursachse Z rechtwinklig zu den Oberflächen sind.

Die Energie mit der für die Aufrechterhaltung der Kommunikationen notwendigen Funkfrequenz wird im allgemeinen von Lauffeldröhren erzeugt. Der Betrieb dieser Lauffeldröhren erzeugt Energie, die dissipiert werden muß. Ungefähr 90 % dieser zu dissipierenden Energie tritt am Röhrenkollektor auf, dessen Temperatur 220° C nicht übersteigen darf.

Die Erfindung erlaubt dieses Ergebnis mit Hilfe eines Kühlers zu erreichen, der die Wärme durch Strahlung gegen den schwarzen Weltraum abgibt, nach Norden oder Süden des Satelliten, ohne besondere Zwänge für die Plazierung der Röhre zu schaffen.

Hierfür kann der Kühler 24, der zur Abkühlung des Kollektors einer Lauffeldröhre (TOP) 26 vorgesehen ist, wie in Figur 2 dargestellt, an der Außenseite eines Nord- oder Südschildes 22 angeordnet sein, und zwar parallel zu diesem Schild und davon isoliert, und er kann dann mit dem Röhrenkollektor 26 verbunden sein, thermisch vom Rest der Röhre isoliert, und zwar durch wärmeleitende Mittel, die von dem Satellitenkörper isoliert sind.

Wie in Figur 2 dargestellt, ist in diesem Fall der Kühler immer von einer Platte gebildet, die eine Oberfläche und einen Ausschnitt hat, welche an die Stärke der Lauffeldröhren und der anderen Elemente angepaßt ist, die sich auf der

äußeren Körperfläche befinden, von letzteren getrennt. Die Kühler 24 können insbesondere aus rechteckigen Platten gebildet sein, von denen jeweils eine für einen Kollektor bestimmt ist, und zwar Seite an Seite angeordnet. Dementsprechend ist es genauso möglich, ein und dieselbe Platte mit mehreren Kollektoren thermisch zu verbinden.

Die Figuren 3 und 4 zeigen spezielle mögliche Mittel zur Dissipation durch Strahlung. Entsprechend der in Figur 3 und 4 dargestellten Ausführungsform ist der Kollektor 28 der Lauffeldröhre mit der Platte 24 verbunden, die den durch Isoliermittel von dem Körper getrennten externen Kühler bildet, wobei die Isoliermittel durch ein leitendes Verbindungsstück 30 gebildet sind, das das wabenförmige Schild 22 durchquert. Das Verbindungsstück 30 ist von der Wand mit dem Durchgangsloch durch eine Isolierausrüstung getrennt.

Das Verbindungsstück 30 kann aus zwei Lamellen 34 gebildet sein, die aus einem einzelnen Stück mit Sprossen 36 gebildet sind. Der Kühler 24 kann mit abnehmbaren Elementen, wie z.B. Schrauben 38, an dem Verbindungsstück 30 befestigt sein. Da sich der Kühler 24 während des Betriebes auf einer deutlich höheren Temperatur als das Schild 22 befindet, muß er hiervon thermisch getrennt werden. Hierzu kann es genü-

gen, einen Abstand (d) von einigen Millimetern zwischen dem Kühler und dem Schild 22 zu lassen.

In Ausführungsvarianten wird ein Superisolationsmittel in dünner Schicht zwischen dem Kühler 24 und dem Schild 22 angebracht. Der Kühler 24 wird direkt am Schild mit abnehmbaren und isolierenden Elementen angebracht.

Der Strahlungskoeffizient des Kühlers 24 gegen den Weltraum sollte so groß wie eben möglich sein. Hierfür sollte seine äußere Oberfläche behandelt sein. Für den Fall, daß der Kühler aus einer Aluminiumplatte besteht, kann die Behandlung mit einer anodischen Oxidation geschehen.

Der Bereich der Lauffeldröhre (TOP), anders als der Kollektor 28, der auf einer niedrigeren Temperatur als jener gehalten werden muß (typischerweise 75° C), kann durch Schaffung eines Streuweges gegen das Schild 22 gekühlt werden. Zur Erreichung dieses Zieles kann man beispielsweise Wärmeleiter 40 verwenden.

Die lokale Abkühlung der Ummantelung der elektrischen Leiter kann über ein metallisches Geflecht 42 erfolgen, das die innere Oberfläche des Schildes 22 mit der Ummantelung 44 verbindet.

Das Verbindungsstück 36 kann eine Verkleidung bilden, die einen guten thermischen Kontakt mit dem Kollektor 28 aufweist, gleichzeitig wie letzterer realisiert. Es sollte, ebenso wie der Kollektor 28 und der Kühler 24, aus einem hitzeverträglichen Material für relativ hohe Temperaturen von ca. 120° C - 220° C bestehen. Während der Funktion erlaubt es die erhöhte Temperatur des Kühlers, die im Kollektor erzeugte Wärme mit einer verringerten Emmissionsoberflache abzustrahlen. Praktisch kann die im Kollektor eine Lauffeldröhre (TOP) mit erhöhter Leistung (etwa 100 W in Funkfrequenz) erzeugte Wärme ohne Schwierigkeiten mit Hilfe eines Kühlers abgeleitet werden, der eine Oberfläche von ungefähr 6 dm² aufweist. Das Verbindungsstück kann aus einer Sprosse mit 3 mm Wandstärke und einer rechteckigen Abmessung von ungefähr 32 cm² gebildet sein.

Wie weiter oben ausgeführt, kann die Form eines jeden Kühlers 24 an jeden besonders auftretenen Fall angepaßt werden.

Schließlich ist festzuhalten, daß die Erfindung nicht lediglich auf einen in drei Achsen stabilisierten Satelliten anzuwenden ist. Es ist auch möglich, auf dieselbe Art einen Satelliten auszurüsten, der durch langsame Rotation um eine Spinachse stabilisiert ist und eine getrennte Plattform mit den Antennen aufweist.

Claims

Ansprüche;

1. Vorrichtung zur Abkühlung einer Lauffeldröhre auf einem Telekommunikationssatelliten, mit Elementen zur thermischen Verbindung des Röhrenkollektors (28) mit Dissipationsmitteln zur Abstrahlung in den Weltraum, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kollektor (28) vom Rest der Röhre (26) thermisch isoliert ist und daß die Dissipationsmittel von einem äußeren Kühler (24) gebildet sind, der thermisch durch Leitungsmittel (36), die von dem Satellitenkörper (22) isoliert sind, mit dem Kollektor (28) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der äußere Kühler (24) mit abnehmbaren Mitteln an dem Kollektor (28) befestigt ist, welche ein zum Satellitengerüst gehöriges Schild (22) durchqueren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der äußere Kühler(24) von einer ebenen Platte gebildet ist, die parallel zur äußeren Fläche des Körpers liegt und deren Abmessungen an die Röhrenleistung und die Satellitengeometrie angepaßt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte durch ein Spiel (d) von dem Satellitenkörper getrennt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler durch eine Superisolationsschicht von dem Satellitenkörper getrennt ist.

6. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierten Leitungsmittel (36) von einem Verbindungsstück gebildet sind, das das Nord- oder Südschild des Satellitenkörpers durchquert, wobei es durch eine Isolierverbindung (32) vom Schild getrennt ist.

7. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest der Röhre mit dem Satellitenkörper durch Wärmeableiter (40) verbunden ist.

8. Telekommunikationssatellit zur Anordnung auf einer geostationären Umlaufbahn, der in drei Achsen stabilisiert ist, dessen Körper Nord- und Südschilde aufweist und auf

der Innenseite Lauffeldröhren zur Erzeugung von Energie mit Funkfrequenz und auf der Außenseite ebene Kühler aufweist, wobei diese thermisch von den Schilden getrennt sind und mit den jeweiligen Kollektoren durch gegenüber den Schilden thermisch isolierte Verbindungsstücke verbunden sind.