JPH05193592A - 宇宙船の熱制御装置 - Google Patents

宇宙船の熱制御装置

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JPH05193592A
JPH05193592A JP4218089A JP21808992A JPH05193592A JP H05193592 A JPH05193592 A JP H05193592A JP 4218089 A JP4218089 A JP 4218089A JP 21808992 A JP21808992 A JP 21808992A JP H05193592 A JPH05193592 A JP H05193592A
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panels
spacecraft
panel
heat
south
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JP4218089A
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Harold P Strickberger
ハロルド・ポウル・ストリクバーガー
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General Electric Co
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    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/46—Arrangements or adaptations of devices for control of environment or living conditions
    • B64G1/50—Arrangements or adaptations of devices for control of environment or living conditions for temperature control
    • B64G1/503—Radiator panels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低い傾斜角の地球軌道で動作するようになっ
ている宇宙船の内容積を画定する北、南、東および西パ
ネル５２，５４，５６，５８の相互間の温度差を小さく
し、各パネルの温度を低く保つ。 【構成】 北、南、東および西パネルの外面を好ましく
は、そこから熱エネルギを放射するために、実質的にそ
の熱放射率より小さい太陽熱吸収率を有する光学太陽熱
反射器のカバーで構成する。また北、南、東および西パ
ネルの内面を内容積を横切ってパネル間に熱エネルギを
有効に放射するカバーで構成する。さらに、宇宙船の内
容積は一般にパネル間の熱放射を実質的に制限する構造
的要素がないようにし、宇宙船の装置が通常取り付けら
れる北および南パネルの各々には各パネル間の温度差を
低減する伝導性ヒートパイプを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、宇宙船、特にほぼ赤道
軌道用の宇宙船の熱制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】宇宙船内における熱源からの熱の流れを
制御するように協同して動作する種々の構成の熱制御装
置がないならば、宇宙における宇宙船は広範囲の温度条
件を受けるであろうとともに、種々の熱の獲得および熱
の損失を受けるであろう。熱は宇宙に放射することによ
って宇宙船から失われ、太陽から宇宙船に入力される。
太陽エネルギは２つの方法で温度上昇を発生する。第１
としては、宇宙船に当たる太陽エネルギはある程度吸収
され、直接加熱する。第２としては、太陽電池アレイに
当たる太陽エネルギの結果として太陽電池アレイから発
生する電気エネルギが宇宙船上の種々の装置によって利
用され、これにより一般に熱エネルギに変換される。バ
ッテリ、燃料電池または原子力発電機のような別の電源
によって電気エネルギが発生した場合にも、宇宙船の装
置は同様に消散すべき熱エネルギを発生することに注意
されたい。
【０００３】宇宙船の熱制御管理システムに対する上述
した必要性を処理するために従来種々の装置が開発され
ている。１つの装置は宇宙船の全ての側面を放熱器とし
て使用し、宇宙船の熱を発生する場所からより冷たい側
に、および本体のより暑い部分からより冷たい部分に熱
を伝達する高熱伝導路の装置を有している。このような
装置は米国特許第４，８８０，０５０号に開示されてお
り、この特許は複数のＴ字形パレットの各々がＬ字形外
部ヒートパネルによって熱的に連結された取り付けパネ
ルおよび放熱器パネルを有している熱管理システムにつ
いて記載している。各取り付けパネルはＬ字形内部ヒー
トパイプを介して閉ループヒートパイプに連結されてい
る。内部ヒートパネルは閉ループヒートパイプによって
互いに熱的に連結されている。それから、熱は閉ループ
ヒートパイプ、内部ヒートパイプ、取り付けパネルおよ
び外部ヒートパネルを介して太陽と反対側に面している
放熱器パネルに伝達される。上記米国特許の装置は非常
に複雑で高価であり、かなりの質量を有する手の込んだ
ネットワークのヒートパイプを必要とし、これにより宇
宙船に有効な質量を低減して、有用なペイロードに当て
るものと考えられる。更に、この装置は太陽からの熱エ
ネルギ入力の効果が回転によって宇宙船の表面の全体に
わたって平均化される傾向がある充分に高い速度で回転
する宇宙船に更に適していると考えられる。
【０００４】回転しない宇宙船に関連する異なる装置が
従来技術に開示されている。例えば、通常パネルと称さ
れている６つの面を有するほぼ直方体形状の地球軌道宇
宙船について考える。一般に、宇宙船は地球に対して方
向付けられ、１つの面が地球に面していて、地球側パネ
ルまたは天底パネルと一般に称されている。地球側パネ
ルとは反対側の面は、常に地球に対して反対側に面して
いるので、反地球側パネルまたは非天底パネルと一般に
称されている。ほぼ赤道軌道においては、すなわち赤道
面に対して比較的小さい傾斜の軌道においては、地球側
パネルおよび反地球側パネルは軌道面および軌道の半径
に対して直角である。宇宙船の２つの他の面は軌道面に
対して直角に配置され、宇宙船上において互いに対向し
ている。すなわち、一方は宇宙船の進行方向に面してい
て東パネルと称され、他方は反対の方向に面していて西
パネルと称されている。これらのパネルは一般に軌道面
に対して直角に配置されるとともに、軌道に対してほぼ
接線方向である宇宙船の速度ベクトルに対してほぼ直角
に配置されている。宇宙船の残りの２つの面は軌道面に
対して平行に配置され、一般に宇宙船が軌道を描いて回
る天体、ここでは地球の極に対応して北パネルおよび南
パネルと称されている。
【０００５】宇宙船が地球の周りに軌道を描く毎に、太
陽はまず東パネルを照明し、それから反地球側パネルを
照明し、それから西パネルを照明し、そして地球側パネ
ルを照明する。各パネルは軌道の約３分の１の間照明さ
れ、２つのパネルが同時に照明されるときがある。そし
て、これらのパネルの各々は宇宙船の太陽熱源となる。
宇宙船が比較的低い軌道、例えば地球の表面上の１００
および１０００マイルの間にある場合には、宇宙船が太
陽によって照明されない実質的な食期間が各軌道中にあ
ることに注意されたい。この結果、地球側パネルは他の
パネルよりも非常に少ない太陽エネルギ入力を受ける。
一方、地球の熱温度は宇宙に比べて比較的高いので、地
球側パネルは比較的少ない量の熱エネルギを宇宙船から
放射することができる。東、西および反地球側パネルは
太陽に面していない時かなりの量の熱エネルギを宇宙の
熱的に冷たい空間に放射することができる。しかしなが
ら、北および南パネルは全軌道の間宇宙に面し、一般に
比較的小さな太陽エネルギ入力を受けるので、宇宙船の
主な熱放射面として有効に使用される。
【０００６】従来、北および南パネルは宇宙への有効な
放熱器として設計されていたのに対して、他のパネルは
太陽からの熱エネルギを吸収しないように絶縁されてお
り、従って、従来エネルギを放射することもできない。
このような装置は米国特許第３，７４９，１５６号に示
されており、この特許は北および南に向いた壁が宇宙船
モジュールの内部から宇宙に対する熱の伝達を制御しや
すいように設計されている宇宙船モジュールハウジング
用の熱制御システムを開示している。軌道の飛行中太陽
光線に直接晒される３つの面はこれらを通る熱の伝達を
防止するように超絶縁材を有するように構成されてい
る。すべての重要な熱伝達は北−南壁を通して行われ
る。北および南壁用の好ましいコーティングは光学太陽
熱反射器である。多層被覆薄膜たとえばマイラー（Ｍｙ
ｌａｒ：登録商標）またはカプトン（Ｋａｐｔｏｎ：登
録商標）フィルムが他の壁用の好ましい超絶縁材であ
る。モジュール内のヒートパイプシステムは北−南壁に
熱を伝達するとともに、これらの壁を横切って均一に熱
を伝達する迅速で有効な手段を提供している。
【０００７】同様な設計の装置がフランス特許第２ ４
６３ ０５８号に記載されており、この特許は各パネル
上の部品からの熱ＰＶ1 （ここでＰＶn は明らかに熱を
指示するものとして使用されている）が１つまたはいく
つかのヒートパイプによって北放熱器または南放熱器ま
たは両者に伝達される熱除去および温度安定化装置につ
いて記載している。北および南放熱器はいくつかのヒー
トパイプを有し、太陽の可変作用を受ける。宇宙船の北
および南放熱器の面がＰＶ1 ．．．ＰＶ3 の除去に対し
て充分でない場合には、この除去のために１つまたはい
くつかの追加放熱器を使用しなければならない。これ
は、地球側パネル自身かまたは西または東側に放熱器を
設けることによって達成する。
【０００８】これらの従来の装置の両方は、熱を１つの
パネルから他のパネルに伝達するのに複雑で高価で重い
ネットワークの内部熱伝導ヒートパイプが必要であると
いう上述した米国特許第４，８８０，０５０号のシステ
ムと同じ欠点を有している。
【０００９】
【発明の概要】太陽によって照明される天体の周りを軌
道を描いて回るようになっている宇宙船であって、この
宇宙船は複数の外部パネルを有し、この外部パネルの少
なくとも第１および第２のパネルは太陽によって実質的
に照明されない場所の宇宙船上に対向して配設され、前
記パネルの少なくとも第３および第４のパネルは宇宙船
上に対向して配設され、前記天体の周りの宇宙船の軌道
の異なる部分において太陽からの照明を受けるようにな
っている。熱制御装置は各々が熱放射率よりも実質的に
低い太陽熱吸収率を有する外面を有している第１および
第２のパネルと、各々が熱放射率よりも実質的に低い太
陽熱吸収率を有する外面を有する第３および第４のパネ
ルとを有している。前記第１、第２、第３および第４の
パネルは各々宇宙船に対する内面を有し、パネル間で熱
エネルギを放射するようになっている。
【００１０】
【詳しい説明】図１に示す従来の宇宙船１０は地球と反
対側から見たものであり、地球と反対側のパネルが取り
除かれている。この宇宙船は上述した他の従来の宇宙船
における問題を除去し、静止地球軌道で動作する低電力
および中電力通信衛星用の良好な宇宙船熱制御および処
理機能を備えている。宇宙船１０は北パネル１２、南パ
ネル１４、東パネル１６および西パネル１８を有してい
る。宇宙船の内部には円筒形中央支持柱２０および半径
方向に取り付けられた支持パネル２２、２４、２６、２
８、３０および３２があり、これらの支持パネル上に装
置が取り付けられる。北パネル１２および南パネル１４
は宇宙に面し、従って熱放射面として効果的に利用する
ことができるので、相当なエネルギを消費する（従って
かなりの熱を発生する）装置をそこに直接取り付けるの
に有益であり、これらのパネルからエネルギは都合よく
事実上宇宙に熱放射される。北パネル１２および南パネ
ル１４はそれぞれヒートパイプ３４および３６、および
３８および４０を有し、これらのヒートパイプはこれら
のパネル上に取り付けられた装置によって発生する熱を
それぞれのかなりの領域部分上に発散する機能を有して
いる。ヒートパイプ３４、３６、３８および４０は説明
のためにパネル１２および１４から間隔をあけて図示さ
れているが、これらは実際にはパネル内に埋め込まれ、
装置およびその上の放熱器と密接な熱的接触状態にある
ことに注意されたい。北パネル１２および南パネル１４
はそれらの外面上が光学表面放熱器または第２表面鏡と
して知られている光学太陽熱反射器（ＯＳＲ）で覆われ
ている。これらの光学太陽熱反射器は効率的な放熱器と
して作用する熱制御コーティング（以下に詳細に説明す
る）である。東パネル１６および西パネル１８はそれぞ
れ多層絶縁（ＭＬＩ）ブランケット４２および４４で覆
われている。このブランケット４２および４４はこれら
のパネルによって吸収される太陽からの熱エネルギを小
さな値に低減するが、また同様に東パネルおよび西パネ
ルから放射される熱エネルギの量も低減する。
【００１１】図１の構成は単に北パネルおよび南パネル
のみの有効な表面の一部を利用して、余分な熱を宇宙に
放射するのみであり、また中央支持円筒体および半径方
向の装置パネルから構成される内部構造要素は一般に伝
導によってパネル１２、１４、１６および１８の間の熱
伝達を行うのに非効率的であり、他の放射面が有効であ
るとしても放射結合によってこのようなパネル間の熱伝
達を行うには非効率的であるので、この構成はより大き
な電力消費装置を使用した宇宙船にはあまり適していな
い。
【００１２】従って、従来の特許に開示されている装置
における好ましくない複雑さ、過度の重量および高い価
格を避けながら、より大きなペイロードによって要求さ
れるより大きな熱放射面領域を有する宇宙船用の熱制御
装置に対する要望がある。図２には、本発明による宇宙
船５０が示され、図１と同様に北および南ペイロードパ
ネル５２および５４を有し、これらのパネルの各々はそ
れぞれ埋め込まれたヒートパイプ６２および６４のネッ
トワークを有している。これらのヒートパイプ６２およ
び６４はこのようなパネル上に設けられる装置（図示せ
ず）から発生する熱負荷をほぼ全パネル領域にわたって
分散させる。静止地球軌道で動作するのに適している種
類の通信衛星においては、最も大きな電力消費装置は通
信ペイロード、特に送信装置である。この装置は好まし
くは北および南パネル上に実装される。北および南パネ
ル５２および５４は光学太陽熱反射器からなる外部熱制
御面を有する。また、東および西パネル５６および５８
も光学太陽熱反射器からなる外部熱制御面を有する。こ
れらのパネルは宇宙船５０の内部容積６０を取り囲んで
おり、この内部容積６０は北、南、東および西パネル５
２、５４、５６および５８の間における熱エネルギの放
射を阻止する構造的な要素または他の要素の影響を実質
的に受けない。この発明構成は、太陽から吸収した熱エ
ネルギよりも多くの熱エネルギが、光学太陽熱反射器を
有する東および西パネルの各々から放射によって各々の
完全な軌道の間に失われるということを利用している。
従って、等価な物理的大きさおよび内部電力消費（熱の
発生）の宇宙船の場合、図１に示す従来の構成のものよ
りも本発明構成のものの方が宇宙船の平均温度は低くな
る。
【００１３】図３は、図１の従来の宇宙船の熱性能と本
発明を具体化した図２の宇宙船の熱性能とを比較したグ
ラフである。このように全体にわたって熱を低減し得る
のは、東および西パネル５６および５８の一方が常に各
軌道の実質的に半分以上にわたって宇宙の冷気に熱エネ
ルギを放出することができ、また光学太陽熱反射器（以
下に説明する）の有益な特性およびパネルに太陽エネル
ギのあたる期間が各軌道の実質的に半分未満であること
により他方のパネルに吸収される太陽エネルギが最小に
なるためである。ヒートパイプ６２および６４は北およ
び南パネル５２および５４上の東−西熱勾配を減らすこ
とによってこの熱を低減するということに貢献してい
る。これらの比較パラメータ曲線を発生するのに使用し
た分析では、各パネル上の同じ電力消費および光学太陽
熱反射器の等価な特性を有する図１および図２に示す２
つの宇宙船を想定した。図３のグラフは本発明が非常に
有利であることを示している。この有利な点は、宇宙船
においては、所定の面積の北および南パネルに対してパ
ネル温度の低減として、または必要なペイロード放熱器
パネルの高さ（従って面積）の低減として実現され得る
とともに、本発明の熱制御装置を使用した場合、面積お
よび温度の両方とも、程度は小さくなるが減少すること
が可能である。各構成において北パネル上の温度に比較
して南パネル上のわずかに高い温度は太陽光強度の季節
的変動を反映している。この分析は地球が太陽に最も近
づいて、最も熱い宇宙船状態となる冬の季節に対するも
のである。太陽面に対する静止軌道の赤道軌道面の傾斜
によって、太陽は高い入射角度で南パネルを照明する。
この高い入射角度によって南パネル上に実装されたペイ
ロード装置はこれらの２つのパネルの各々の等しいペイ
ロード装置電力消費にも関わらず北パネルに比較してわ
ずかに高い温度で動作する。
【００１４】宇宙船５０の内部は熱放射を妨げる構造物
および他の構成要素がないことが好ましいが、本発明は
内部的に放射する利点を低減されたとしてもこのような
構成要素が使用される場合に適している。本発明は、高
電力ペイロードを有する宇宙船において従来の構成のも
のよりもより好ましい熱制御特性を備えていることがわ
かる。更に、本発明を具体化した宇宙船は従来のもので
必要であった複雑で重い内部ヒートパイプ伝達ネットワ
ークの除去、従来の低パワー宇宙船の内部構造要素の除
去による宇宙船の重量の劇的な減少および図３に示すよ
うなペイロードパネルの高さ（従って面積）の低減によ
り達成される宇宙船重量の劇的な減少を達成することが
できる。
【００１５】図４は、静止地球軌道からＣ帯域およびＫ
ｕ帯域の通信宇宙船サービス用の完全な宇宙船４００の
図である。宇宙船４００は地球側パネル４２０が全ての
軌道を通じて地球に面するように宇宙に方向付けられて
いる本体４１０を有している。この本体４１０は必要な
ペイロードおよびハウスキーピング装置を有している。
太陽電池アレイ４０２および４０４が本体４１０の北パ
ネル４２２および南パネル４２４（図示せず）から外側
に延出している。この太陽電池アレイの各々は太陽電池
が一方の側に取り付けられている４個の矩形パネルを有
している。本体４１０の地球側パネル４２０の方向が地
球に向かって留まっている間にこれらのアレイ４０２お
よび４０４の太陽電池側の方向が太陽に面するようにア
レイ４０２および４０４は１回の軌道で１回転する速度
で宇宙船本体４１０に対してブーム４０６で定められる
軸の周りを回転する。遠隔追尾制御システム、電源シス
テム、姿勢制御システム等用のようなハウスキーピング
装置はほぼ矩形のハウスキーピングモジュール４１２内
に設けられている。このハウスキーピングモジュール４
１２の内部には図１の従来の宇宙船で示したものに類似
した構成の中央円筒体および６個の半径方向構造パネル
が設けられている。中央支持円筒体および半径方向パネ
ルを使用した構造について記載している「宇宙船構造(S
pace Craft Structure) 」という名称の米国特許第４，
００９，８５１号および第４，６８２，７４４号をここ
に参考として引用する。通信受信機、通信送信機および
通信アンテナなどのようなペイロード装置はほぼ矩形の
ペイロードモジュール４１４内に設けられている。北パ
ネル４２２は光学太陽熱反射器で覆われており、西パネ
ル４２８の実質的な部分４４０、４４２および４４４お
よび東パネル４２６（図示せず）の対応する部分も同じ
である。北および南ペイロードパネル４２２および４２
４の両方はその上に取り付けられた装置によって発生す
る熱を宇宙へ放射するためにその実質的な部分にわたっ
て発散するための以下に説明するヒートパイプ構成を有
している。東ペイロードパネル４２６のみならず西ペイ
ロードパネル４２８はほぼ平面状であるが、Ｋｕ帯域ビ
ーム形成ネットワーク４６２は信号送受信用のＫｕ帯域
アンテナ反射器４６０をはっきり見えて遮られないよう
に傾斜部分を有することが便利であることに注意された
い。傾斜部分においては、中央サブパネル４４４はＯＳ
Ｒで覆われているが、左および右サブパネル４４０およ
び４４２も同様であり、中央サブパネル４４６および三
角パネル４４８はＭＬＩで覆われている。同様に、Ｃ帯
域給電ホーン組立体４７２はＣ帯域アンテナ反射器４７
０を遮られずにはっきり見えるように同様な構成が東パ
ネルにも使用される。代わりとして、全東および北ペイ
ロードパネル４２６および４２８を傾斜させ、図４にお
いてその中央部分４４４および４４６も同様にすること
ができる。展開可能全方向式アンテナ４０８は指令、照
準、追尾および遠隔測定機能用の信号の送受信を行う。
【００１６】上述した構成は熱制御に関する宇宙船４０
０の他の熱制御機能と協力する。地球側パネル４２０お
よび反地球側パネル４３０の両方は多層絶縁体で覆われ
ており、ハウスキーピングモジュール４１２の表面の大
部分も同様である。Ｋｕ帯域アンテナ反射器４６０およ
びＣ帯域アンテナ反射器４７０の両方は前面を反射膜で
覆われ、背面を多層絶縁体で覆われている。Ｋｕ帯域ビ
ーム形成ネットワーク４６２は北および南面上に光学太
陽熱反射器を有し、そうでない部分は多層絶縁体で覆わ
れている。Ｃ帯域給電ホーン組立体４７２は多層絶縁材
からなるテントで覆われている。
【００１７】図５は、熱制御面を更に詳細に示すように
各面がサブセクションに分割されている宇宙船本体４１
０の図である。地球側パネル４２０および反地球側パネ
ル４３０（図示せず）は多層絶縁材で覆われ、ハウスキ
ーピングモジュール４１２の東パネル４３６および西パ
ネル４３８（図示せず）も同様である。ペイロードモジ
ュール４１４の北ペイロードパネル４２２および南ペイ
ロードパネル４２４（図示せず）は埋め込まれたヒート
パイプ（以下に説明する）を有するパネルであり、その
外面上を光学太陽熱反射器で覆われている。
【００１８】光学太陽熱反射器（ＯＳＲ）は高反射材を
塗布された薄い透明カバーである。カリフォルニア州サ
ンタローサ(Santa Rosa, California)のオプティカル・
コーティング・ラバラトリ社(Optical Coating Laborat
ory, Inc.)（ＯＣＬＩ）から入手し得る融解石英ＯＳＲ
は約６ミルの厚さであり、宇宙船に接合される側が被着
した銀コーティングで覆われ、露出面が酸化インジウム
錫の導電コーティングで覆われている。英国ボデルワイ
ダン、ライル、クリウィド(Bodelwyddan, Rhyl, Clwyd,
Untited Kingdom) のピルキングトン・スペース・テク
ノロジ(Pilkington Space Technology) から入手し得る
ＣＭＸガラスＯＳＲは約３ミルの厚さであり、宇宙船に
接合される側に被着した銀コーティングを有し、宇宙に
露出した面に酸化インジウム錫導電コーティングを有す
る。両者とも１．６５インチ×１．６５インチ平方であ
り、約０．０８ないし０．１０の太陽熱吸収率αおよび
約０．８０ないし０．８１の熱放射率εを有する。放射
率に対する吸収率の比α／εが低いことは、熱エネルギ
が主に放射される赤外線帯域においてＯＳＲが熱エネル
ギの非常に効率的な放熱器であり、太陽光線に含まれる
エネルギが検出される帯域においてＯＳＲが低い熱吸収
率を有していることを示している。宇宙船上のプラズマ
誘導静電荷の放電に対する保護はＯＳＲの一方の面上の
導電性酸化インジウムまたは酸化インジウム錫コーティ
ング、他方の面上の銀コーティングおよび両者間の接着
剤による接着および結合と組み合わせられたＯＳＲの約
２００ｋΩの前面から後面の抵抗によって行われてい
る。前記接着剤は電気的絶縁物でなく、イリノイ州シカ
ゴのモルトン−ティオコル社(Morton-Thiokol, Inc.)、
モルトン化学部門(Morton Chemical Division)から入手
し得るソリゼイン(Solithane：登録商標) １１３接着剤
（カーボンブラックフィラー含有）、またはニューヨー
ク州ウォータフォードのゼネラルエレクトリック社から
入手し得るＲＴＶ５６６接着剤、またはＲＴＶ５６６お
よびＲＴＶ５６７接着剤の混合物（グラファイト繊維充
填材含有）のような接着剤である外部コーティング材料
はαができる限りゼロに近く、εができる限り１に近い
ことが望ましいが、本発明は、紫外線（ＵＶ）およびイ
オン化放射線に晒されることによって劣化した熱制御塗
料から得られるような例えば約０．４のαおよび約０．
６のεのような実質的に異なる値でも有利に使用するこ
とができる。
【００１９】東ペイロードパネル４２６および西ペイロ
ードパネル４２８（図５には示されていないが図４に示
されている）は同様な熱制御面を使用している。左およ
び右東ペリロードサブパネル４５０および４５２（時々
南東および北東サブパネルとも称する）（およびこれら
の西の対となるパネル４４０および４４２）は上述した
種類の光学太陽熱反射器で覆われている。また、中央の
傾斜面のサブパネル４５４もこのようなＯＳＲで覆われ
ているが、そのサブパネル４５６はＣ帯域給電ホーン組
立体４７２への熱エネルギの反射を最小にするようにＭ
ＬＩで覆われている。東および西ペイロードパネル４２
６および４２８上の三角形状部分４５８およびその３つ
の対となる部分（図示せず）もまたＭＬＩで覆われてい
る。
【００２０】パネル４２０、４２２、４２４、４２６お
よび４２８の内面は、装置が取り付けられる場所を除い
て、ペンシルバニア州エリーのロード社(Lord Corpor
ation)またはイリノイ州シカゴのイリノイ技術研究所(I
llinois Institute of Technology Reseach)からそれぞ
れ入手し得るケムグレイズ(Chemglaze) Ｚ３０６黒塗料
またはＭＨ２１Ｓ／ＬＯ黒塗料のような熱制御塗料で覆
われている。パネルおよびパネルの内面シートに取り付
けられる種々の装置間の熱伝導率を高める化合物を使用
し、それらの間の熱伝導率を改良する。ニューヨーク州
ウォ−ターフォードのゼネラルエレクトリック社から入
手し得るＲＴＶ５６６はこのような目的のために使用す
ることができる。
【００２１】ハウスキーピングモジュール４１２は、図
１に示した従来の宇宙船で説明したと同様に、その北パ
ネル４３２および南パネル４３４（図示せず）上に光学
太陽熱反射器を有し、その東パネル４３６および西パネ
ル４３８（図示せず）上にＭＬＩを有する。バッテリの
ような電力サブシステムの構成要素のように最も大きな
電力を消費するハウスキーピングモジュール内の装置は
北および南ハウスキーピングパネル４３２および４３４
上に優先的に取り付けられる。
【００２２】図６は、南ペイロードトランポンダパネル
４２４の詳細を示す図であり、この南ペイロードトラン
スポンダパネル４２４はヒートパイプのネットワークが
内部に埋め込まれており、その上に取り付けられた装置
によって消散される熱がパネル４２４のほぼ全領域にわ
たって比較的均一に分散される。パネル４２４はハニカ
ムパネルで構成され、アルミニウムのハニカムが設けら
れていない領域において２つの面シートの間に種々の異
なる形状のヒートパイプが埋め込まれている。パネル４
２４上には、最も大きな電力を消費し、従って最も大き
な熱を発生するペイロード装置はパネルの上半分（すな
わち、地球側パネル４２０に接する縁部５０２に最も近
い半分）内に通常設けられる。右側の縁部５０４は西ペ
イロードパネル４２８に接し、左側の縁部５０６は東ペ
イロードパネル４２６に接している。底縁部５０８はハ
ウスキーピングモジュール４１２の南パネル４３４の上
側縁部に接している。
【００２３】図６には、パネル４２４を構成する２つの
アルミニウムの面シートの一方が取り除かれて、ヒート
パイプの間の間隔が誇張されて示され、各特定のヒート
パイプの特殊形状およびヒートパイプのレイアウトが示
されている。パネル４２４および４２２は約０．９５イ
ンチの厚さであり、宇宙船の内面および宇宙船の外面の
両方に対して８ミルの厚さのアルミニウム合金の面シー
トを使用している。カリフォルニア州ダブリンにあるヘ
クセル社(Hexcel Corporation)から入手し得るアルミニ
ウム合金のハニカム箔をパネルの芯として使用して、そ
れに面シートが接合される。宇宙船本体４１０の他のパ
ネルはそれに取り付けられる装置の質量あるいは消費電
力に応じて、厚さをより厚く又はより薄くし、或いは面
シートをより重く又はより軽くする。パネル４５０およ
び４５２は約１／２インチの厚さであり、ハニカムの芯
の上に５ミルの厚さの面シートを使用し、パネル４５４
および４５６は約１インチの厚さであり、ハニカムの芯
の上に７ミルの面シートを使用している。
【００２４】複数の異なる形状のヒートパイプは地球側
パネルとハウスキーピングモジュールとの間のパネル４
２４に沿って熱を伝導して（すなわち、図６において垂
直に）、以下に説明する横方向に伸びたヒートパイプ５
１２、５１４、５１６および５１８に到達させる。これ
らの垂直方向のヒートパイプはＳ字形を有する１０本の
ヒートパイプ５２２を有し、そのうちの１つ５２２’は
太陽電池アレイ４０２および４０４用のブーム４０６が
通過する穴５４０を塞がないように先端を切られてい
る。Ｓ字形ヒートパイプ５２２はパネル４２４の上右側
区分上に取り付けられる複数のＫｕ帯域進行波管増幅器
（ＴＷＴＡ）の下側に設けられている。パネル４２４の
東縁部５０６に近接して設けられているＣ字形を有する
７本のヒートパイプ５２４、Ｊ字形を有する７本のヒー
トパイプ５２６は熱を縁部５０２および５０８の間で伝
導して、横方向に伸びたヒートパイプ５１２、５１４、
５１６および５１８に到達させている。Ｃ字形ヒートパ
イプ５２４およびＪ字形ヒートパイプ５２６の長い部分
の上端部はパネル４２４の上左側区分に取り付けられて
いる複数のＣ帯域固体電力増幅器（ＳＳＰＡ）の下側に
設けられている。これらの２４本の垂直ヒートパイプは
ＯＳＲによって覆われる外面シートよりも装置が取り付
けられるパネル４２４の内面シートに近接して取り付け
られる。
【００２５】複数の横方向に伸びたヒートパイプが東お
よび西縁部５０６および５０４の間を横方向におよび上
述したＣ、ＪおよびＳ字形ヒートパイプ５２４、５２
６、５２２に直角に設けられている。これらの横方向の
ヒートパイプは比較的浅いＺ形状を有する２本のヘッダ
ーヒートパイプ５１２のグループと、比較的深いＺ形状
を有する２本のヘッダーヒートパイプ５１４のグループ
と、底縁部５０８の比較的近くに設けられている２本ず
つのグループに構成される４本のまっすぐなヘッダヒー
トパイプ５１６および５１８とを有する。これらの８本
のヒートパイプは熱を東から西に横切って伝導し、ペイ
ロードパネル４２４上に発生する熱を分散するのみなら
ず、東および西パネルのいずれか一方が最も冷たくなる
ところに最も近い部分にその熱を伝導するように作用す
る。これらの８本のヒートパイプは装置が取り付けられ
る内面シートよりもＯＳＲによって覆われるパネル４２
４の外面シートに近接して取り付けられる。
【００２６】上述したネットワークのヒートパイプは、
ペイロードパネル４２４の東および西縁部５０６および
５０４の間および地球側縁部５０２およびハウスキーピ
ング縁部５０８の間のパネルのほぼ全体の範囲にわたっ
て広がり、これによりペイロード装置、主にＫｕ帯域Ｔ
ＷＴＡおよびＣ帯域ＳＳＰＡによって発生する熱をそれ
らの上にほぼ均一に、すなわち熱勾配を最小にするよう
に分散している。
【００２７】上述したヒートパイプの各々は予め認定さ
れたＡＴＳ−ＩＩのような多くの宇宙船で使用されてい
るタイプの、アンモニアの作動流体を使用する、軸方向
の溝を持つ、一定コンダクタンスのアルミニウムのヒー
トパイプである。これらのヒートパイプはメリーランド
州グリーンベルトにあるＯＡＯ社(OAO Corporation)お
よびメリーランド州コッキズビルにあるダイナサーム社
(Dynatherm Corporation) から市販されている。アルミ
ニウムヒートパイプの内部の溝付き中孔は断面がほぼ円
形であるが、その外壁はパネル４２２および４２４の面
シートおよび交差する他のヒートパイプとの熱接触を良
好にするために少なくとも１つの平坦な部分を有してい
る。
【００２８】上述した説明は本発明の好適実施例につい
て記載しているが、このような記載および教示に基づい
て本発明の変更および変形を行え得ることは本技術分野
に専門知識を有する者に明らかであろう。本発明はこの
ような変更および変形を含んでいるものであり、特許請
求の範囲によって限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の宇宙船の簡略平面図である。
【図２】本発明による宇宙船の簡略平面図である。
【図３】２つのタイプの熱制御システムの比較性能を示
すグラフである。
【図４】本発明による宇宙船の斜視図である。
【図５】図４の宇宙船の一部分を示す斜視図である。
【図６】図４の宇宙船の一部を示す平面図である。
【符号の説明】
５０ 宇宙船 ５２ 北パネル ５４ 南パネル ５６ 東パネル ５８ 西パネル ６２、６４ ヒートパイプ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 太陽によって照明される天体の周囲を軌
    道を描いて回るようになっている宇宙船の熱制御装置で
    あって、前記宇宙船は複数の外部パネルを有し、該パネ
    ルの少なくとも第１および第２のパネルは太陽によって
    実質的に照明されない位置の前記宇宙船上に対向して配
    設され、前記パネルの少なくとも第３および第４のパネ
    ルは前記宇宙船上に対向して配設されるとともに前記宇
    宙船が前記天体の周りを回る軌道の異なる部分において
    太陽からの照明を受け、前記第１および第２のパネルの
    各々は熱放射率よりも実質的に小さい太陽熱吸収率を有
    する外面を有し、前記第３および第４のパネルの各々は
    熱放射率よりも実質的に低い太陽熱吸収率を有する外面
    を有し、前記第１、第２、第３および第４のパネルは前
    記宇宙船に対する内面を有し、それらの間で熱エネルギ
    を放射するようになっている熱制御装置。
  2. 【請求項２】 前記第１および第２の外部パネルの少な
    くとも一方はそのパネル上の温度差を低減するように熱
    を伝導する手段を有している請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 熱を伝導する前記手段は、前記一方のパ
    ネル内に設けられ、前記一方のパネル上の温度差を低減
    するように前記一方のパネルのほぼ全領域にわたって熱
    を伝導するように構成された複数の熱伝導装置を有して
    いる請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記熱伝導装置の第１のグループは第１
    の方向に熱を伝導するように構成され、前記熱伝導装置
    の第２のグループは前記第１の方向を横切る第２の方向
    に熱を伝導するように構成されている請求項３記載の装
    置。
  5. 【請求項５】 前記第１、第２、第３および第４のパネ
    ルの前記外面は光学太陽熱反射器を有している請求項１
    記載の装置。
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