FR2839040A1 - Return conductor for satellite electricity supply system, comprises use of heat channels already installed for existing equipment and connections at the point of use and at the point of supply - Google Patents
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- F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
Abstract
Description
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DISPOSITIF DE RETOUR D'ALIMENTATION ELECTRIQUE POUR
SATELLITE
La présente invention concerne un dispositif de retour d'alimentation électrique pour véhicule spatial et, plus particulièrement, un dispositif de retour d'alimentation électrique d'un équipement actif ou d'un réchauffeur. ELECTRIC POWER RETURN DEVICE FOR
SATELLITE
The present invention relates to an electrical supply return device for a space vehicle and, more particularly, to an electrical supply return device for active equipment or a heater.
A bord d'un satellite, le réseau à alimenter, comprenant principalement la charge utile ainsi que la plate-forme de service du satellite lui-même, est alimenté en énergie à partir d'une unité de distribution d'énergie et au moyen d'un bus d'alimentation électrique. On board a satellite, the network to be supplied, comprising mainly the payload as well as the service platform of the satellite itself, is supplied with energy from an energy distribution unit and by means of '' a power bus.
Le retour d'alimentation électrique, véhiculant la masse électrique, peut être réalisée de deux manières connues : - soit par la solution dite du retour filaire, en utilisant le câblage de la voie d'alimentation aller. Cette solution doit supporter comme principal inconvénient celui de la masse importante de câble, celle-ci croissant de façon homothétique avec la charge utile du satellite, - Soit par la solution dite du retour par la structure, c'est-à-dire en utilisant la structure de base du corps du satellite comme masse du satellite. L'économie de masse est dans ce cas importante, le câblage de retour étant supprimé. Cependant, les performances électriques, principalement les chutes de tension en ligne, sont dégradées (augmentation de la résistance en ligne). The electrical supply return, conveying the electrical ground, can be carried out in two known ways: - either by the so-called wired return solution, using the wiring of the outgoing supply path. The main drawback of this solution must be that of the large mass of cable, which increases in a homothetic manner with the payload of the satellite, - Either by the so-called return by structure solution, that is to say by using the basic structure of the satellite body as the mass of the satellite. Mass saving is important in this case, the return wiring being eliminated. However, electrical performance, mainly line voltage drops, is degraded (increase in line resistance).
La présente invention a donc pour objectif d'apporter une solution de retour d'alimentation qui remédie aux problèmes évoqués ci-dessus. The present invention therefore aims to provide a power return solution which overcomes the problems mentioned above.
Dans cette perspective, l'invention prend avantage de l'existence de caloducs de contrôle thermique des équipements actifs et réchauffeurs du satellite. In this perspective, the invention takes advantage of the existence of heat control heat pipes of the active equipment and heaters of the satellite.
En effet, lors du fonctionnement en orbite d'un véhicule spatial tel qu'un satellite, les équipements qui y sont embarqués dissipent une forte Indeed, during the operation in orbit of a space vehicle such as a satellite, the equipment on board dissipates a strong
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quantité de chaleur. Il est donc nécessaire de prévoir un dispositif de transfert de chaleur pour évacuer cette dernière afin d'éviter une surchauffe du satellite en transférant la chaleur depuis l'intérieur du satellite vers l'espace. amount of heat. It is therefore necessary to provide a heat transfer device to evacuate the latter in order to avoid overheating of the satellite by transferring heat from inside the satellite to space.
Un certain nombre de systèmes sont connus actuellement pour effectuer ce transfert de chaleur. Ces systèmes comprennent un ou plusieurs radiateurs déployables reliés au satellite et munis d'un dispositif de transfert de chaleur. Le principe de ce dispositif de transfert de chaleur est toujours fondé sur l'utilisation d'un fluide circulant entre la zone chaude, c'est-à-dire la zone où la puissance thermique est dissipée, et la zone froide, c'est-à-dire la zone où cette puissance thermique absorbée par le fluide est transférée vers le milieu extérieur. Le principe de fonctionnement de ces dispositifs repose donc sur les propriétés d'évaporation/condensation du fluide utilisé. A number of systems are currently known for carrying out this heat transfer. These systems include one or more deployable radiators connected to the satellite and provided with a heat transfer device. The principle of this heat transfer device is always based on the use of a fluid circulating between the hot zone, that is to say the zone where the thermal power is dissipated, and the cold zone, it is ie the area where this thermal power absorbed by the fluid is transferred to the outside environment. The operating principle of these devices is therefore based on the evaporation / condensation properties of the fluid used.
En général, on utilise comme dispositif de transfert de chaleur le caloduc. Le caloduc comprend un tube métallique (en aluminium par exemple) dans lequel circule un fluide caloporteur (en général l'ammoniac), et utilise les propriétés des écoulements diphasiques liquide-vapeur ainsi que les propriétés de capillarité des liquides. Ainsi, un caloduc est un système diphasique fermé dans lequel la vapeur créée au niveau de la zone chaude (dite zone d'évaporation) est aspirée vers la zone froide (où la pression est moins élevée) et s'y condense sur la paroi métallique du tube. La phase liquide du fluide utilisé glisse le long de la paroi métallique du tube en sens inverse de l'écoulement de la phase vapeur du fluide, qui reste confinée au centre du tube. Ce retour du fluide le long de la paroi est assuré par une structure capillaire (mèche ou rainures longitudinales) reliant les deux extrémités du tube et qui joue à la fois le rôle de pompe capillaire et de séparateur des deux phases liquide-vapeur. In general, the heat pipe is used as the heat transfer device. The heat pipe includes a metal tube (aluminum for example) in which a heat transfer fluid (generally ammonia) circulates, and uses the properties of two-phase liquid-vapor flows as well as the capillarity properties of liquids. Thus, a heat pipe is a closed two-phase system in which the vapor created at the level of the hot zone (called evaporation zone) is sucked towards the cold zone (where the pressure is lower) and condenses there on the metal wall. of the tube. The liquid phase of the fluid used slides along the metal wall of the tube in the opposite direction to the flow of the vapor phase of the fluid, which remains confined to the center of the tube. This return of the fluid along the wall is provided by a capillary structure (wick or longitudinal grooves) connecting the two ends of the tube and which acts both as a capillary pump and as a separator of the two liquid-vapor phases.
L'invention a donc pour objet un dispositif de retour d'alimentation électrique d'un équipement actif ou d'un réchauffeur pour un satellite, ce The subject of the invention is therefore a device for returning electrical power to active equipment or to a heater for a satellite, this
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satellite comportant au moins un caloduc de dissipation de chaleur d'un ou de plusieurs équipements actifs du satellite, caractérisé en ce que le chemin électrique de retour d'alimentation dudit équipement actif ou du réchauffeur à alimenter emprunte, sur au moins une partie de sa longueur, le caloduc en utilisant la conductivité électrique des parois de ce dernier. satellite comprising at least one heat dissipation heat pipe from one or more active pieces of equipment of the satellite, characterized in that the electrical return path for supplying said active piece of equipment or the heater to be fed follows, over at least part of its length, the heat pipe using the electrical conductivity of the walls of the latter.
De la sorte, on accroît les performances du câblage qui assure l'alimentation électrique du satellite, en réduisant la masse totale de ce câblage et de son encombrement, et en réduisant les dissipations et les résistances en ligne du câblage. In this way, the performance of the wiring which ensures the electrical supply of the satellite is increased, by reducing the total mass of this wiring and its size, and by reducing the dissipations and the line resistances of the wiring.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le satellite comportant une pluralité de caloducs dits principaux et au moins un caloduc dit traversant agencé de manière à croiser au moins une partie des caloducs principaux, le chemin électrique de retour d'alimentation emprunte le caloduc traversant. According to one embodiment of the invention, the satellite comprising a plurality of so-called main heat pipes and at least one said heat pipe arranged so as to intersect at least a portion of the main heat pipes, the electrical return path of supply takes the heat pipe crossing.
Selon un mode de réalisation de l'invention, une partie dudit chemin électrique est formée d'une première liaison filaire entre l'équipement actif ou le réchauffeur alimenté et le caloduc de retour d'alimentation. According to one embodiment of the invention, part of said electrical path is formed of a first wire connection between the active equipment or the heater supplied and the supply return heat pipe.
Selon un mode de réalisation de l'invention, une partie du chemin électrique est formée d'une seconde liaison filaire entre le caloduc de retour d'alimentation et le dispositif d'alimentation. According to an embodiment of the invention, part of the electrical path is formed of a second wire connection between the supply return heat pipe and the supply device.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la première ou la seconde liaison filaire est fixée au caloduc par une cosse. According to one embodiment of the invention, the first or the second wire connection is fixed to the heat pipe by a terminal.
Selon un mode de réalisation de l'invention, une partie du chemin électrique pour le retour d'alimentation emprunte la structure de base supportant le chemin entre l'équipement actif ou le réchauffeur à alimenter et le dispositif d'alimentation. According to one embodiment of the invention, part of the electrical path for the supply return follows the basic structure supporting the path between the active equipment or the heater to be supplied and the supply device.
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D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre illustratif et nullement limitatif. Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the following description of the embodiments of the invention, given by way of illustration and in no way limitative.
Dans les figures suivantes : la figure 1 représente schématiquement un module de communication d'un satellite comportant un réseau de caloducs, la figure 2 représente, de manière schématique, les liens pouvant exister entre un équipement actif et son dispositif d'alimentation, la figure 3 représente très schématiquement une vue en coupe d'une liaison filaire conductrice entre un caloduc et le dispositif d'alimentation, la figure 4 représente schématiquement les différentes connexions entre l'équipement actif ou réchauffeur alimenté, le caloduc et le dispositif d'alimentation électrique. In the following figures: FIG. 1 schematically represents a communication module of a satellite comprising a network of heat pipes, FIG. 2 schematically represents the links which may exist between an active equipment and its supply device, FIG. 3 very schematically represents a sectional view of a conductive wire connection between a heat pipe and the supply device, FIG. 4 schematically represents the different connections between the active equipment or heater supplied, the heat pipe and the power supply device .
Dans toutes ces figures, les éléments communs portent les mêmes numéros de référence. In all these figures, the common elements have the same reference numbers.
La figure 1 illustre un module 1 de communication d'un satellite non représenté. Ce module 1 comporte un certain nombre d'équipements. On y dénombre notamment des équipements actifs 2 (tels que des amplificateurs de puissance, etc), thermiquement dissipatifs, auxquels sont associés individuellement un réchauffeur 3 de substitution thermique qui, en configuration de vol, est activé lorsque l'équipement actif est éteint de façon à maintenir une dissipation thermique équivalente à l'équipement. Figure 1 illustrates a communication module 1 of a satellite not shown. This module 1 includes a certain number of equipment. There are in particular active equipment 2 (such as power amplifiers, etc.), thermally dissipative, with which are individually associated a thermal substitution heater 3 which, in flight configuration, is activated when the active equipment is switched off so to maintain a heat dissipation equivalent to the equipment.
Pour évacuer la quantité de chaleur dissipée par ces équipements actifs ou ces réchauffeurs, ces équipements embarqués sont pourvus d'un réseau de caloducs de dissipation de chaleur. To remove the amount of heat dissipated by these active equipment or these heaters, these on-board equipment are provided with a network of heat dissipation heat pipes.
Ce réseau comporte des caloducs 4, dits principaux, et des caloducs
5, dits traversants. Les caloducs principaux sont spécifiques en ce qu'ils sont agencés parallèles entre eux et sont nombreux pour couvrir une surface This network includes so-called main heat pipes 4 and heat pipes
5, said to be through. The main heat pipes are specific in that they are arranged parallel to each other and are numerous to cover an area
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importante. Les caloducs traversants sont, quant à eux, agencés de manière à croiser un ensemble de caloducs principaux, en établissant un contact électrique et thermique avec chacun d'eux de manière à assurer une continuité électrique et thermique entre les caloducs principaux et les caloducs traversants correspondants. C'est la raison pour laquelle ces caloducs traversants sont également dénommés caloducs de couplage. important. The through heat pipes are, in turn, arranged so as to intersect a set of main heat pipes, establishing electrical and thermal contact with each of them so as to ensure electrical and thermal continuity between the main heat pipes and the corresponding through heat pipes . This is the reason why these through heat pipes are also called coupling heat pipes.
Il est à noter que toutes les connexions n'ont pas été schématisées sur la figure 1, pour des raisons de clarté. En réalité, les caloducs principaux et traversants sont reliés électriquement de manière à assurer une masse électrique sur l'ensemble de la couverture du réseau de caloducs. It should be noted that all the connections have not been shown diagrammatically in FIG. 1, for reasons of clarity. In reality, the main and through heat pipes are electrically connected so as to provide an electrical ground on the entire coverage of the network of heat pipes.
La figure 2 illustre des équipements actifs 6 (amplificateurs radiofréquence, par exemple), chacun relié par une liaison filaire 7 conductrice à un point 8 de contact d'un caloduc 51 traversant. Le caloduc 51 est relié par une liaison filaire 9 conductrice à un second caloduc traversant 52. Celui-ci est alors relié par une liaison filaire 10 conductrice à l'alimentation 11 électrique. FIG. 2 illustrates active equipment 6 (radiofrequency amplifiers, for example), each connected by a conductive wire connection 7 to a point 8 of contact with a through heat pipe 51. The heat pipe 51 is connected by a conductive wire connection 9 to a second through heat pipe 52. The latter is then connected by a conductive wire connection 10 to the electrical supply 11.
La figure 3 représente très schématiquement une vue en coupe de la liaison filaire 10 conductrice entre le caloduc 52 et le dispositif d'alimentation 11. On notera que l'emploi du terme de liaison filaire dans la présente demande sous-entend qu'elle soit conductrice, cette qualification n'étant pas à chaque fois répétée dans un souci de concision. FIG. 3 very schematically represents a sectional view of the conductive wire connection 10 between the heat pipe 52 and the supply device 11. It will be noted that the use of the term wire connection in the present application implies that it is conductive, this qualification not being repeated each time for the sake of brevity.
Il y est illustré le caloduc 52 traversant fixé au caloduc 4 principal par une vis 12 de fixation. Ces caloducs sont portés par une structure 13 de base supportant le réseau de caloducs et les équipements. There is illustrated the through heat pipe 52 fixed to the main heat pipe 4 by a fixing screw 12. These heat pipes are carried by a basic structure 13 supporting the network of heat pipes and the equipment.
Le caloduc 52 est pourvu sur sa surface supérieure 14 d'une borne 15 de maintien d'une cosse 16 de la liaison filaire 10. Cette liaison filaire 10 permet le retour d'alimentation électrique vers un connecteur 17 d'entrée/sortie du dispositif d'alimentation. The heat pipe 52 is provided on its upper surface 14 with a terminal 15 for holding a terminal 16 of the wired connection 10. This wired connection 10 allows the return of electrical power to a connector 17 for input / output of the device power.
On remarque sur la figure 4 un mode de réalisation de distribution de liaisons filaires pour retour d'alimentation. Les équipements actifs ou les Note in Figure 4 an embodiment of distribution of wired connections for power return. Active equipment or
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réchauffeurs bénéficient des liaisons filaires 7 pour assurer leur retour d'alimentation. Ces liaisons filaires 7 sont connectées à des premières bornes 18 de contact et la borne 15 permet la connexion au dispositif 11 d'alimentation. heaters benefit from the wired connections 7 to ensure their return of supply. These wire connections 7 are connected to first contact terminals 18 and terminal 15 allows connection to the supply device 11.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits. Of course, the invention is not limited to the embodiments described.
On pourra remplacer tout moyen par un moyen équivalent sans sortir du cadre de l'invention. Any means can be replaced by equivalent means without departing from the scope of the invention.
Ainsi, les liaisons filaires conductrices, utilisées pour les parties du chemin électrique du retour d'alimentation ne pouvant passer par un caloduc, peuvent être remplacées par tout moyen de connexion électriquement conducteur. Il est également possible de prévoir qu'une partie du chemin électrique pour le retour d'alimentation emprunte la structure de 13 de base du satelite. Thus, the conductive wire connections, used for the parts of the electrical path of the supply return that cannot pass through a heat pipe, can be replaced by any electrically conductive connection means. It is also possible to provide that part of the electrical path for the return of power borrows the base structure 13 of the satelite.
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