JP4160906B2 - 宇宙船のコンポーネントを冷却するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、宇宙船のコンポーネントを冷却するための装置であって、放熱体と熱伝導体とを有するものに関する。

宇宙の研究は、地球人にとって最も重要な任務の１つである。宇宙研究からの新たな発見の結果として、人間は、新しい技術のみならず、新しく作られた生活圏と、未知、神秘及び謎の探求から利益を得ることができるため、この任務は、未来の世代の人類にとって特に重要性を増すであろう。

宇宙飛行士およびその他の生物による宇宙への連続飛行時間は、宇宙における彼らの滞在との関係において、将来は地球年にして数年まで延長する可能性がある。更に、将来的には、旅行者や興味を持つ人々の個人旅行が日常生活の一部になるかもしれない。従って、宇宙への旅行者に対して効果的な医療及び外科的な支援および診断を提供することは世界規模の問題になるであろう。この目的のために、宇宙用に特に構成されたシステム及び技術、ならびに医療が開発される必要がある。宇宙用の医療は下記の点において地球上の従来の医療と異なる。

− ゼロ重力の状態において、疾患は、それ自身の特性によって進行し、これが、特定の診断及び治療方法が次第に明らかになりつつある理由である。
− この目的のために、宇宙用に適合された新しい効果的な医療技術を作り出す必要がある。
− 医療技術を含む、宇宙ステーション機器の寸法（例えば、重量、体積及びその他の技術的パラメータ）は、特別な役割を果たすので、それらの寸法を適宜適合させる、即ち、縮小、最小化、及び最適化する必要がある。

宇宙の環境条件を、例えば、宇宙ステーションにエネルギを供給するために太陽電池によって太陽エネルギを利用する等、最適な方法で利用する必要がある。更に、宇宙のその他の物理的要因、例えば、宇宙の特性の１つでもあり約−２７３℃である宇宙低温（ｃｏｓｍｉｃ ｃｏｌｄ）等を、宇宙ステーションのみならず電気及び医療技術や旅行者の生活条件の提供を含む、ステーション自身の内部の宇宙用装置の適切な作動のために利用しなければならない。

一般に知られているように、低温は、われわれの時代において、既に、現代の電子技術及び医療技術において大いに利用されている。低温は、それらを実際に利用するために、地球上では、冷凍機、液体ガス、その他の吸熱方法によって作り出される。この目的のためには高いエネルギを注入することが必要とされる。宇宙旅行中、宇宙ステーションの外部には極度の低温が存在する。この理由により、宇宙ステーション内の様々な物体によって、内側から外側に直接熱を吸収するために新しい方法と、それに付随する各技術を開発することが可能である。熱吸収は、調節することが可能である。調節された熱吸収のために下記の物を利用することができる。

− 宇宙ステーションのオンボードシステムのコンポーネントである、電子デバイス（プロセッサ、遠隔宇宙接続のためのシステムの受信及びマスター制御装置等）の部材と種々の研究用装置。
− 低体温用の医療技術及び外科技術、更に、宇宙旅行中において種々の疾患の治療に低温を最適利用することを可能にする、低温医療技術、又は、低温外科及び低温治療外科技術（小型手術室）。低体温、低温療法、及び冷凍技術及び低温技術を使用することは、別の方法と比較して間違いなく利点を提供するものであり、医療の差別化のみならず、宇宙ステーションとその機器において低温を利用するための高い利用可能性を提供するであろう。
− 食料の長期保存のための宇宙冷蔵庫。宇宙での低温保存によって、保存料の使用を回避することが可能となる。従って、食料は、その保存中、高い品質を維持できる。
− 宇宙冷凍庫は、薬品、ウイルス、その他の生物物体の長期保存を提供する。
− 低温保存品、及びその他の生物物体（例えば、血液成分、細胞、組織、及びその他の生体要素）の長期保存用の宇宙低温保存庫。

ＵＳ ５，６９９，９８２ Ａから、オンボードの送受信装置によって発生する熱を放出する放熱体を備えた宇宙船が知られている。熱輸送を確保するために所謂ヒートパイプが使用されている。

ＤＥ ４３ ４４ ０２５ Ｃ１は、断熱ボックスである冷却装置を備えた宇宙船を記載している。冷却は、前記ボックス内の品目に限られているため、そのような冷却装置の利用は限られたものである。特に、冷却装置からいくらか離間して配置された装置を冷却することはできない。ＥＰ ８７０ ６７７ Ａは、別の冷却システムを示している。しかし、上記の問題に対して、なんら解決手段は提供されていない。

上述したように、低温を提供するための要件は多数存在し、しかも、それらは、長期間にわたる有人の宇宙飛行計画中にいくらか変化する。これまで知られているシステムでは、低温を普遍的かつ適合可能に供給することは出来ない。

本発明の課題は、そのような欠点を回避し、上述したタイプの装置であって、更に、複数の様々な装置と用途に低温を供給することが可能な装置を更に開発することにある。特に、空間及び時間、更に、必要とされる温度レベルにおけるフレキシビリティに重点を置かなければならない。

本発明によれば、前記熱伝導体は宇宙船の外壁を貫通し、かつ、冷却されるコンポーネントおよび／又は別の熱伝導体のための複数の接続箇所が宇宙船の内部に提供される。本発明の解決手段によれば、各要件に対して容易に適合させることが可能である一般に利用可能な低温システムが提供される。前記複数の接続箇所によって、様々な装置の同時供給が可能となる。

前記熱伝導体を二つの部分から構成すると特に好適である。具体的には、その接続部分は、前記熱伝導体の外側部分と、この熱伝導体の内側部分との間であって、宇宙船の外壁の領域に配設されるべきである。これによって、その片側においては、宇宙の条件に対して、又、反対側においては宇宙船の内部の条件に対して、熱伝導体の最適な適合性が提供される。

この接続部において、前記熱伝導体の外側部分と熱伝導体の内側部分との間の前記接続部を、実質的に円錐状構造にすることによって特に好適な熱伝達が達成される。又、この点に関して、前記熱伝導体の外側部分と熱伝導体の内側部分との間の前記接続部を、バネによって押圧すると特に好適である。

前記熱伝導体の外側部分と熱伝導体の内側部分との間の前記接続部に、高い熱伝導性を有する流体を供給することによって熱伝達の更なる改善が達成される。それぞれ低温用途に適したそのような熱伝導ペーストは、互いに接触する部材の凹凸を補う。

本発明の更なる好適実施例において、前記熱伝導体の前記複数の接続箇所は、この熱伝導体を取り囲む断熱層に形成された閉鎖可能な開口部として構成される。これによって、種々の機器を装置から単純に差し込み／引き出すことが可能となり、これによって、改造又はその他の変更が大幅に単純化される。

熱伝達の改善とロスの回避のために、更に、前記熱伝導体に、液体充填された中空空間が設けられる。その液体は、好ましくは、動作時において、前記中空空間の一端部で沸騰し、他端部で液化するものが選択される。所謂ヒートパイプによって特に有効な熱伝達を達成することができる。

熱伝達は、又、前記熱伝導体を実質的に銅から形成することによっても達成することができる。好ましくは、この目的のために、高純度の無酸素銅が使用される。同様に、前記別の熱伝導体は銅線から形成することができる。

以下、本発明を図示の実施例を参照して更に詳細に説明する。

図面は装置の断面図である。

図１中、宇宙船（詳細図示省略）の外壁は参照番号１によって示されている。前記外壁１には封止ブッシュ２が設けられ、そこに、熱伝導体３が断熱、封止状態で受け入れられている。前記熱伝導体３は、内側部分３ａと外側部分３ｂとから構成され、これら両部分は、熱伝導ペーストを使用して、適切な熱伝導状態で円錐状接続部分４において接続されている。前記熱伝導体３の外側部分３ｂには、この実施例では、冷却リブとして構成されている放熱体５が取り付けられている。

前記熱伝導体３の、宇宙船の内部側に位置する部分６には、熱損失を避けるために、それぞれ断熱層７が設けられている。更に、この部分６は、冷却されるコンポーネント等のためのものであって、使用されない時には、シール９によって閉じることが可能な複数の接続箇所８を有している。これらの接続箇所８には、別の熱伝導体１０を接続することができ、これらの伝導体は、銅線１３の束からなり、その外側に、弾性断熱カバー１４を備えている。前記別の熱伝導体１０には、直接的な低温技術利用を可能にする作業プローブ１２の作業面１１を設けることができる。前記作業面１１には、それによって温度を測定して、更にこの作業面１１の領域に組み込まれた加熱部材１７を使用することによって正確な温度制御を可能にする、温度センサ１６を設けることができる。温度制御は、各レギュレータ１８によって実現することができる。前記熱伝導体１０には、ヒートパイプ１５を設けることも可能である。

熱伝導体の代わりに、前記接続箇所８には、同様に温度センサ１６と加熱部材１７とを備える冷凍室２０等の冷却されるコンポーネントも直接接続することができる。

本発明による前記装置は、発射中又は大気への再突入中に邪魔になることを回避するために、前記封止ブッシュ２に対してテレスコピックに伸縮自在の構成にすることができる。前記熱伝導体３の前記二つの部分３ａ，３ｂを互いに押し付けて、前記領域４を押圧するためにバネ１９が使用される。

本発明の装置は、種々多様な用途に適しており、要件の変化に容易に適合することができる。

図１は装置の断面図である。

Claims (8)

1. 宇宙船のコンポーネントを冷却するための装置であって、放熱体（５）と熱伝導体（３）とを有し、前記熱伝導体（３）が前記宇宙船の外壁（１）を貫通し、冷却されるコンポーネント（２０）又は別の熱伝導体（１０）を選択的に接続するための複数の接続箇所（８）を備えるように構成されており、前記熱伝導体（３）が、円錐状接続部（４）で接続された内側部分（３ａ）と外側部分（３ｂ）とから構成されており、前記熱伝導体（３）の外側部分（３ｂ）と、この熱伝導体（３）の内側部分（３ａ）との間の接続部（４）には、高い熱伝導性を有する流体が供給されている装置。
2. 請求項１に記載された装置であって、前記熱伝導体（３）の外側部分（３ｂ）と、この熱伝導体（３）の内側部分（３ａ）との間の前記接続部（４）は、前記宇宙船の前記外壁（１）の領域に配設されている装置。
3. 請求項１又は２に記載された装置であって、前記熱伝導体（３）の外側部分（３ｂ）と、この熱伝導体（３）の内側部分（３ａ）との間の前記接続部（４）は、バネ（１９）によって押圧されている装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載された装置であって、前記熱伝導体（３；３ａ，３ｂ）の前記複数の接続箇所（８）は、この熱伝導体（３；３ａ，３ｂ）を取り囲む断熱層（７）に形成された閉鎖可能な開口部として構成されている装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載された装置であって、前記熱伝導体（３；３ａ，３ｂ）は、液体充填された中空空間を備えている装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載された装置であって、前記熱伝導体（３；３ａ，３ｂ）は、銅から形成されている装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載された装置であって、前記別の熱伝導体（１０）は、銅線から形成されている装置。
8. 請求項７に記載された装置であって、前記別の熱伝導体（１０）は、フレキシブルである装置。

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