RU2264954C2 - Spacecraft at regular orientation relative to sun - Google Patents

Spacecraft at regular orientation relative to sun Download PDF

Info

Publication number
RU2264954C2
RU2264954C2 RU2003119979/11A RU2003119979A RU2264954C2 RU 2264954 C2 RU2264954 C2 RU 2264954C2 RU 2003119979/11 A RU2003119979/11 A RU 2003119979/11A RU 2003119979 A RU2003119979 A RU 2003119979A RU 2264954 C2 RU2264954 C2 RU 2264954C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
spacecraft
radiators
units
devices
Prior art date
Application number
RU2003119979/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003119979A (en
Inventor
Е.Ф. Земсков (RU)
Е.Ф. Земсков
В.С. Ковтун (RU)
В.С. Ковтун
О.В. Сургучев (RU)
О.В. Сургучев
Г.В. Носкин (RU)
Г.В. Носкин
В.Н. Лобанов (RU)
В.Н. Лобанов
А.В. Вовк (RU)
А.В. Вовк
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority to RU2003119979/11A priority Critical patent/RU2264954C2/en
Publication of RU2003119979A publication Critical patent/RU2003119979A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2264954C2 publication Critical patent/RU2264954C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

FIELD: space engineering; spacecraft flying in geostationary or high-altitude elliptical orbits.
SUBSTANCE: proposed spacecraft has module case with projecting members. Two opposite faces of each module perform function of radiators with built-in thermal tubes. Arranged in modules are engine unit and some heat-loaded units and onboard devices (number n). Other units (number k) , for example metal-hydrogen storage batteries are secured to engine unit and are heat-insulated from first units. Units and devices are secured to engine unit by means of brackets through heat-insulating gaskets. Unit is made in form of three-layer honeycomb panel where thermal tubes with heaters are laid. Each of k-units has thermal contact with axial U-shaped thermal tube embracing them. This thermal tube is brought in contact with evaporator of loop thermal tube connected with radiator by means of vapor line which is communicated with loop thermal tube and its evaporator through condensate lines. Radiators are mounted beyond boundaries of projecting parts shading zones on side of extravehicular space.
EFFECT: increased cooling effect of spacecraft temperature control system; reduction of mass of this system.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к космической технике и может использоваться при разработке космических аппаратов (КА), в которых ориентация относительно Солнца носит регулярный характер, например КА на геостационарной орбите (ГСО), КА с солнечно-земной ориентацией на круговых высокоэллиптических орбитах и т.д.The invention relates to space technology and can be used in the development of spacecraft (SC), in which the orientation relative to the Sun is regular, for example, a spacecraft in a geostationary orbit (GSO), a spacecraft with a solar-terrestrial orientation in circular highly elliptical orbits, etc.

В качестве аналога может быть принят КА, описанный в патенте RU 2053937.As an analogue, the spacecraft described in patent RU 2053937 can be adopted.

На данном КА, основой которого является герметичный корпус и который снабжен солнечной энергоустановкой, для повышения надежности функционирования и улучшения объемно-массовых характеристик устанавливаются дополнительные негерметичные контейнеры, имеющие форму параллелепипеда с малой высотой, с размещенными внутри них аккумуляторными батареями, аппаратурой управления и контроля солнечной энергоустановкой (СЭУ), средствами обеспечения теплового режима. При этом негерметичные контейнеры шарнирно закреплены на корпусе КА и зафиксированы в развернутом положении относительно корпуса КА с помощью фиксаторов. Основания аккумуляторных батарей (АБ) и аппаратуры СЭУ связаны теплопередающими элементами с основаниями негерметичного контейнера, являющимися излучателями для радиационного сброса тепла.On this spacecraft, the basis of which is a sealed hull and which is equipped with a solar power installation, to increase the reliability of operation and improve the bulk-mass characteristics, additional non-tight containers are installed in the form of a parallelepiped with a small height, with batteries installed inside them, control and monitoring equipment for the solar power installation (SEU), means of ensuring thermal conditions. In this case, leaky containers are pivotally mounted on the spacecraft body and fixed in the unfolded position relative to the spacecraft body using clamps. The bases of the storage batteries (AB) and the SEU equipment are connected by heat transfer elements to the bases of the leaky container, which are emitters for radiative heat release.

К недостаткам рассматриваемого аналога можно отнести:The disadvantages of the considered analogue include:

АБ и СЭУ размещены на едином основании негерметичного контейнера, а следовательно, объединены в тепловом отношении. Учитывая, что допустимые рабочие диапазоны температур АБ и электронных блоков аппаратуры СЭУ могут существенно различаться (температура на основании электронных приборов может поддерживаться на уровне +40°С, в то время как для комфортных условий заряда и хранения температура под АБ на указанных участках полета не должна превышать +10°С), площади радиационных поверхностей негерметичных контейнеров будут переразмерены, что потребует дополнительных затрат электроэнергии на подогрев установленного оборудования.AB and SEU are placed on a single base of an unpressurized container, and therefore, are combined in a heat ratio. Considering that the permissible operating temperature ranges of the battery and electronic components of the SEU equipment can vary significantly (the temperature on the basis of electronic devices can be maintained at + 40 ° C, while for comfortable charging and storage conditions, the temperature under the battery should not be exceed + 10 ° C), the radiation surface areas of leaky containers will be oversized, which will require additional energy costs for heating the installed equipment.

Наличие дополнительных механизмов перевода негерметичных контейнеров из транспортировочного положения в рабочее с последующим раскрытием панелей солнечных батарей (СБ), шарнирно закрепленных на боковой поверхности негерметичных контейнеров, приводит к усложнению конструкции и системы управления КА и вносит дополнительный элемент ненадежности.The presence of additional mechanisms for transferring leaky containers from the transport position to the working one, followed by the opening of solar panels (SB) hinged on the side surface of the leaky containers, complicates the design and control system of the spacecraft and introduces an additional element of unreliability.

В качестве прототипа, как наиболее близкий по технической сущности, может быть принят КА с регулярной ориентацией относительно Солнца, защищенный патентом RU 2092398.As a prototype, as the closest in technical essence, a spacecraft with a regular orientation relative to the Sun can be adopted, protected by patent RU 2092398.

КА содержит корпус (контейнер), состоящий из установленных вдоль продольной оси модулей, которые могут быть П-, U- и Н-образной конфигурации. Внутри корпуса расположены n (n=1, 2 ...) теплонагруженных узлов и приборов бортовой аппаратуры многоцелевой полезной нагрузки и служебных систем. Две противоположенные грани корпуса КА (стороны П- и U-образных модулей) при номинальной орбитальной ориентации аппарата на ГСО развернуты от направления на Солнце и направлены в стороны севера и юга Земли.The spacecraft contains a body (container), consisting of modules installed along the longitudinal axis, which can be a U-, U- and H-shaped configuration. Inside the hull there are n (n = 1, 2 ...) heat-loaded nodes and devices of on-board multipurpose payload equipment and service systems. Two opposite sides of the spacecraft's hull (sides of the U- and U-shaped modules) with the nominal orbital orientation of the spacecraft on the GSO are deployed from the direction to the Sun and directed towards the north and south of the Earth.

Указанные грани являются радиаторными сотопанелями со встроенными тепловыми трубами (ТТ). На гранях непосредственно установлены теплонагруженные n-е узлы и приборы КА.These faces are radiator honeycomb panels with integrated heat pipes (TT). Heat-loaded n-th nodes and spacecraft devices are directly installed on the faces.

КА содержит также двигательный блок с двигателями системы коррекции, ориентации и стабилизации, топливными баками и магистралями подачи рабочего тела. Кроме того, аппарат содержит выступающие относительно корпуса элементы конструкции. К ним относятся панели СБ, антенны бортовых ретрансляторов "С-" и "Ku-" диапазона. Причем два крыла раскладывающиеся панелей батареи солнечной установлены симметрично продольной оси со стороны "северного" и "южного" радиаторов и могут вращаться относительно корпуса КА.The spacecraft also contains an engine block with engines of the correction, orientation and stabilization system, fuel tanks and working fluid supply lines. In addition, the apparatus contains protruding relative to the housing structural elements. These include SB panels, antennas of on-board transponders of the "C-" and "Ku-" range. Moreover, the two wings of the folding panels of the solar battery are installed symmetrically to the longitudinal axis from the side of the "northern" and "southern" radiators and can rotate relative to the spacecraft hull.

Один из модулей (в прототипе - модуль Н-образной конфигурации) содержит две дополнительные радиаторные сотопанели со встроенными тепловыми трубами с "восточной" и "западной" сторон, попадающих в зону освещения Солнцем, заключенной в единый обратимый тепловой контур с "западными" и "восточными" сотопанелями.One of the modules (in the prototype - the module of the H-shaped configuration) contains two additional radiator honeycomb panels with built-in heat pipes from the "east" and "west" sides falling into the sun lighting zone, enclosed in a single reversible heat circuit with the "western" and " eastern "honeycombs.

Теплонагруженные приборы и узлы бортовой аппаратуры размещены на центральной поперечной ("приборной") сотопанели блока.Heat-loaded devices and components of the on-board equipment are located on the central transverse (“instrument”) cell block panel.

В модуле Н-образной конфигурации соединены в единую сеть ТТ на сотопанелях "восток" и "запад" с ТТ "приборной" сотопанели.In the module of the H-shaped configuration, the CTs on the east and west honeycomb panels are connected to the unified network of CTs of the instrument panel honeycomb panels.

На радиаторных сотопанелях блока Н-образной конфигурации установлены раскрывающиеся и компактно складывающиеся механические приводами по краям или на середине радиаторов теплоизоляционные шторки.On the radiator honeycomb panels of the block of the H-shaped configuration, opening and compact folding mechanical drives are installed at the edges or in the middle of the radiators heat-insulating curtains.

Рассмотрим основные недостатки прототипа.Consider the main disadvantages of the prototype.

Вся тепловая схема по отводу тепла в Н-образном блоке может работать только в попеременно-периодическом режиме, так как внешний тепловой поток от Солнца всегда будет воздействовать на одну из сотопанелей - "восточную" или "западную". Более того, чтобы внешний тепловой поток от освещенной сотопанели не подводился к аппаратуре, размещенной на центральной сотопанели, освещенная сотопанель должна периодически закрываться шторками.The entire thermal circuit for heat removal in the H-shaped unit can work only in alternating-periodic mode, since the external heat flux from the Sun will always affect one of the honeycomb panels - “eastern” or “western”. Moreover, so that the external heat flux from the illuminated honeycomb panel is not connected to the equipment located on the central honeycomb panel, the illuminated honeycomb panel must be periodically closed by curtains.

Таким образом, в плане хладопроизводительности в Н-образном блоке постоянно работает примерно половина типовой сети ТТ с двумя радиаторами. Другая половина должна быть заблокирована.Thus, in terms of cooling capacity, approximately half of a typical TT network with two radiators is constantly operating in an H-shaped unit. The other half should be blocked.

С учетом этого, а также наличия на борту массы имеющихся двух шторок можно сделать нижеследующий вывод: необходимая масса хладопроизводительных устройств на единицу произведенного ими номинального холода в течение суток для "северных" и "южных" сотопанелей будет более чем в 2 раза меньше, чем для "восточных" и "западных" сотопанелей, при условии использования одной и той же конструкции панелей с ТТ. При этом к хладопроизводительным устройствам относим как тепловые трубы, так и шторки, обеспечивающие защиту "западной" и "восточной" сотопанелей от перегрева.With this in mind, as well as the presence on board of the mass of available two curtains, the following conclusion can be drawn: the required mass of cold-producing devices per unit of rated cold produced by them during the day for the "northern" and "southern" honeycomb panels will be more than 2 times less than for "eastern" and "western" honeycomb panels, subject to the use of the same panel design with TT. At the same time, we refer to heat-producing devices as heat pipes and curtains that protect the “western” and “eastern” honeycomb panels from overheating.

Существенным недостатком прототипа является и то, что система обеспечения теплового режима (СОТР) построена таким образом, что не учитывает тепловыделение отдельных блоков. Так, в прототипе все тепловые трубы каждого блока расположены в параллельных плоскостях с одним и тем же шагом (не более 200 мм). В то же время известно, что бортовая аппаратура и отдельные узлы КА по-разному нагружают теплом КА. Так, например, силовая автоматика регулирования работы системы энергоснабжения КА, силовая аппаратура стационарных плазменных двигателей в процессе их работы, модули металл-водородных аккумуляторов и т.д. в значительно большей степени выделяют тепло при своей работе, чем электронные приборы - цифровые вычислительные машины, приемопередающая бортовая аппаратура служебного канала управления и т.д. Поэтому необходимо в определенной степени дифференцировать и работу СОТР КА.A significant disadvantage of the prototype is the fact that the thermal management system (COTP) is constructed in such a way that does not take into account the heat generation of individual blocks. So, in the prototype, all the heat pipes of each block are located in parallel planes with the same pitch (no more than 200 mm). At the same time, it is known that onboard equipment and individual components of spacecraft load spacecraft with heat differently. So, for example, power automation of regulation of the spacecraft power supply system, power equipment of stationary plasma engines during their operation, modules of metal-hydrogen batteries, etc. to a much greater extent they generate heat during their operation than electronic devices - digital computers, transceiver on-board equipment of the service control channel, etc. Therefore, it is necessary to differentiate to a certain extent the work of SOTR KA.

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение массы хладопроизводительных агрегатов на борту КА на единицу вырабатываемого ими холода за счет увеличения хладопроизводительности системы терморегулирования КА.The objective of the invention is to reduce the mass of refrigeration units on board the spacecraft per unit of cold produced by them by increasing the cooling capacity of the spacecraft thermal control system.

Технический результат достигается тем, что в космическом аппарате с регулярной ориентацией относительно Солнца, содержащем корпус с выступающими элементами конструкции, состоящий из установленных вдоль продольной оси модулей, две противоположные грани каждого из которых, являющиеся радиаторами со встроенными тепловыми трубами, развернуты от направления на Солнце, при этом в модулях расположены n (n=1, 2, ...) теплонагруженных узлов и приборов бортовой аппаратуры, двигательный блок с двигателями системы коррекции, ориентации и стабилизации, топливными баками и магистралями подачи рабочего тела, в отличие от известного к двигательному блоку прикреплены k (k=1, 2, ...) теплонагруженных узлов и приборов бортовой аппаратуры, теплоизолированных экранно-вакуумной теплоизоляцией от n-х теплонагруженных узлов и приборов бортовой аппаратуры, а указанные k-е узлы и приборы бортовой аппаратуры крепятся к двигательному блоку кронштейнами, устанавливаемыми на теплоизолирующие прокладки, при этом двигательный блок выполнен в виде трехслойной панели, состоящей из двух установочных плоскостей с сотовым наполнителем, внутри которой проложены тепловые трубы с нагревателями, каждый из k-x узлов и приборов бортовой аппаратуры охвачен аксиальной U-образной тепловой трубой, имеющей тепловой контакт с их корпусами, а каждая из тепловых аксиальных труб, в свою очередь, имеет тепловой контакт с испарителем контурной тепловой трубы, выход которого через паропровод соединен с входом радиатора-излучателя, а выход радиатора-излучателя через конденсатопровод соединен с входом испарителя, при этом радиаторы-излучатели установлены в плоскостях, параллельных граням, развернутым от направления на Солнце, за границами зон затенения выступающими элементами конструкции открытого для радиаторов-излучателей космоса.The technical result is achieved in that in a spacecraft with a regular orientation relative to the Sun, containing a body with protruding structural elements, consisting of modules installed along the longitudinal axis, two opposite sides of each of which, which are radiators with integrated heat pipes, are deployed from the direction to the Sun, at the same time, in the modules there are n (n = 1, 2, ...) heat-loaded units and instruments of the on-board equipment, an engine block with engines of a correction, orientation and stabilization system , by fuel tanks and working fluid supply lines, in contrast to the known to the engine block k (k = 1, 2, ...) heat-loaded units and devices of on-board equipment, heat-insulated by screen-vacuum thermal insulation from n-heat-loaded units and devices on board, are attached equipment, and the indicated k-th nodes and devices of the on-board equipment are attached to the engine block by brackets installed on heat-insulating gaskets, while the engine block is made in the form of a three-layer panel consisting of two mounting plates a honeycomb filled filament with heat pipes with heaters inside, each of the kx components and devices of the on-board equipment is surrounded by an axial U-shaped heat pipe that has heat contact with their bodies, and each of the heat axial pipes, in turn, has heat contact with the evaporator of the loop heat pipe, the output of which through the steam line is connected to the input of the radiator-radiator, and the output of the radiator-radiator through the condensate pipe is connected to the input of the evaporator, while the radiator-radiators are installed in a flat bones parallel to the faces turned from the direction to the Sun, beyond the boundaries of the shading zones by the protruding structural elements of the space open to radiators-radiators.

Кроме того, в указанном космическом аппарате теплонагруженные узлы выполнены в виде корпусов металл-водородных аккумуляторных батарей из цельных силовых плит сотовой конструкции, в цилиндрических отверстиях которых установлены металл-водородные аккумуляторы.In addition, in the specified spacecraft, the heat-loaded units are made in the form of metal-hydrogen storage batteries bodies of solid power plates of a honeycomb design, in the cylindrical openings of which metal-hydrogen batteries are installed.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение хладопроизводительности системы терморегулирования КА, достигаемое за счет размещения радиаторов ТТ, снимающих тепло с наиболее теплонагруженных узлов и приборов в плоскостях, параллельных граням КА, развернутым от направления на Солнце. Кроме этого указанный эффект предполагается достичь также за счет использования площади радиаторов, необходимой и достаточной для решения задачи теплосъема с выбранных конкретных узлов и агрегатов КА.The technical result of the invention is to increase the cooling capacity of the spacecraft thermoregulation system, achieved by placing TT radiators that remove heat from the most heat-loaded nodes and devices in planes parallel to the faces of the spacecraft deployed from the direction to the Sun. In addition, this effect is also expected to be achieved by using the area of radiators necessary and sufficient to solve the problem of heat removal from selected specific components and assemblies of the spacecraft.

Для обеспечения сущности изобретения далее предоставлены фиг.1-4.To ensure the essence of the invention are further provided by figures 1-4.

На фиг.1, 2 показан КА с регулярной ориентацией относительно Солнца, при нахождении на рабочей геостационарной орбите.Figure 1, 2 shows a spacecraft with a regular orientation relative to the Sun, while in a working geostationary orbit.

На фиг.3 показана структурная блочно-модульная схема КА.Figure 3 shows the structural block-modular diagram of the spacecraft.

На фиг.4 показано место установки на КА корпусов металл-водородных аккумуляторных батарей.Figure 4 shows the installation location on the spacecraft bodies of metal-hydrogen storage batteries.

На фиг.1, 2 изображен КА связи и телевещания на рабочей геостационарной орбите. При этом введены нижеследующие обозначения:Figure 1, 2 shows the spacecraft communications and broadcasting in a working geostationary orbit. The following notation is introduced:

1 - КА;1 - spacecraft;

2 - солнечные батареи (СБ) КА;2 - solar batteries (SB) KA;

3 - антенны-ретрансляторы;3 - antenna repeaters;

4, 5 - корпусные панели-радиаторы КА, "северная" и "южная" соответственно;4, 5 - body panels-radiators of the spacecraft, "north" and "south", respectively;

6 - радиаторы-излучатели.6 - radiators, emitters.

СБ2 установлены вдоль продольной оси OZ КА со стороны "южной" и "северной" сотопанелей радиаторов, при этом "+" OZ направлен в сторону южного полюса Земли. Антенны-ретрансляторы КА размещены вдоль продольной оси OY КА со стороны "восточной" и "западной" панелей КА. Кроме этого, на фиг.2 условно показан угловой диапазон падения солнечного излучения относительно плоскости ГСО ±23,5°. Как видно из представленных фигур, радиаторы-излучатели устанавливаются в плоскостях, параллельных плоскостям расположения "северного" и "южного" радиаторов. В частном случае они могут находиться в тех же плоскостях, не затеняя при этом сами панели-радиаторы. Место радиаторов-излучателей должно быть определено таким образом, чтобы они находились вне зон затенения панелями СБ и антеннами ретрансляторов открытого космоса. В случаях установки на КА не ретрансляторов, а другой полезной нагрузки не должно происходить затенение радиаторов-излучателей другими выступающими относительно корпуса конструктивными элементами.SB2 are installed along the longitudinal axis OZ of the spacecraft from the side of the "southern" and "northern" honeycomb panels of radiators, while the "+" OZ is directed towards the south pole of the Earth. Spacecraft repeater antennas are placed along the longitudinal axis of the spacecraft OY from the "eastern" and "western" side of the spacecraft panels. In addition, figure 2 conventionally shows the angular range of incidence of solar radiation relative to the GSO plane ± 23.5 °. As can be seen from the figures, radiators-radiators are installed in planes parallel to the planes of location of the "northern" and "southern" radiators. In the particular case, they can be in the same planes without obscuring the radiator panels themselves. The location of the radiators-emitters should be determined so that they are outside the shading zones by the SB panels and the antennas of outer space repeaters. In cases of installation on the spacecraft not of repeaters, but of another payload, shading of radiators-radiators by other structural elements protruding relative to the hull should not occur.

При выполнении указанных условий хладопроизводительность конденсаторов хладогена ТТ, расположенных внутри радиаторов-излучателей, будет максимальной.When these conditions are met, the refrigerating capacity of TT refrigerant condensers located inside the radiators-radiators will be maximum.

Это следует из того, что в зависимости от времени года угол между плоскостью орбиты и направлением на Солнце меняется в пределах ±23,5°, а при углах ±8,7° орбита проходит через "тень" Земли. Период обращения по орбите 24 часа. Ориентация КА в процессе полета - осью "X" вдоль радиуса-вектора к Земле, при этом ось "У" находится в плоскости орбиты и направлена по вектору скорости, а ось "Z" перпендикулярна ей и направлена в сторону Южного полюса.This follows from the fact that, depending on the time of the year, the angle between the plane of the orbit and the direction to the Sun varies within ± 23.5 °, and at angles ± 8.7 ° the orbit passes through the “shadow” of the Earth. The orbit is 24 hours. The orientation of the spacecraft during the flight is with the “X” axis along the radius vector to the Earth, while the “Y” axis is in the orbit plane and directed along the velocity vector, and the “Z” axis is perpendicular to it and directed towards the South Pole.

Таким образом, радиаторы-излучатели будут находиться постоянно в зонах минимального освещения Солнцем, наименее подверженных воздействию внешнего теплового потока солнечного излучения.Thus, radiators-emitters will be constantly in the areas of minimum solar illumination, the least affected by the external heat flux of solar radiation.

На фиг.3 показана структурная блочно-модульная схема КА. Кроме ранее принятых, на фиг.3 введены новые обозначения:Figure 3 shows the structural block-modular diagram of the spacecraft. In addition to the previously adopted, figure 3 introduced new notation:

7 - модуль полезной нагрузки (МПН);7 - payload module (MPN);

8 - модуль служебных систем (МСС);8 - service systems module (MSS);

9 - сотопанель двигательного блока (СДБ);9 - sotopanel engine block (SDB);

10 - корпуса теплонагруженных узлов и приборов;10 - housing heat-loaded nodes and devices;

11 - дополнительные кронштейны крепления корпусов теплонагруженных узлов и приборов.11 - additional brackets for fixing the cases of heat-loaded units and devices.

Как видно из фиг.3, КА выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, состыкованного из двух частей. Одна часть является МЛН 7, где в основном размещается аппаратура бортового ретрансляционного комплекса, вторая - МСС 8.As can be seen from figure 3, the spacecraft is made in the form of a rectangular parallelepiped, docked in two parts. One part is MLN 7, which mainly houses the equipment of the airborne relay complex, the second - MCC 8.

Корпус КА образуют "южные" и "северные" (соответственно, по осям "+Z" и "-Z") панели МСС и МПН, "восточные" и "западные" (соответственно, по осям "+У" и "- У") панели, верхняя торцевая панель по оси "+Х" ОПН и нижняя торцевая панель по оси "-Х" МСС. В стыке между МПН и МСС размещается СДБ 9 с установленными на ней двигателями систем коррекции ориентации и стабилизации, топливными баками и магистралями подачи рабочего тела.The spacecraft body is formed by the "southern" and "northern" (respectively, along the "+ Z" and "-Z" axes) MCC and MPN panels, the "eastern" and "western" (respectively, along the "+ U" and "- U axes) ") panels, the upper end panel along the axis" + X "of the arrester and the lower end panel along the axis" -X "MCC. At the junction between the MPN and MSS is located SDB 9 with installed on it engines of orientation correction and stabilization systems, fuel tanks and supply lines of the working fluid.

Основная тепловыделяющая аппаратура размещается на "северных" и "южных" панелях МПН 7 и МСС 8. В МПН 7 размещается аппаратура полезной нагрузки КА (например, бортового ретрансляционного комплекса), частично аппаратура системы управления движением (СУД) аппарата (например, датчики внешней ориентации КА и т.д.) В МСС 8 размещается бортовой цифровой вычислительный комплекс, инерционные исполнительные органы системы поддержания ориентации КА, логически-преобразующие устройства системы управления бортовой аппаратурой и другие приборы и агрегаты служебных систем КА.The main heat-generating equipment is located on the “northern” and “southern” panels of MPN 7 and MSS 8. The MPN 7 contains spacecraft payload equipment (for example, an onboard relay complex), partially the apparatus of the motion control system (SUD) of the device (for example, external orientation sensors SC, etc.) MCC 8 houses an on-board digital computer complex, inertial executive bodies of the satellite orientation support system, logical-converting devices of the onboard equipment control system, and other devices and assembly s service systems of the spacecraft.

Корпус КА, состоящий из установленных вдоль продольной оси модулей, ориентируется в пространстве при помощи СУД, использующей для управления датчики внешней ориентации КА, а в качестве исполнительных органов - реактивные двигатели или силовые гироскопы. При этом обеспечивается регулярная ориентация аппарата относительно Солнца (см. фиг.2), при которой всегда можно выделить две противоположные грани, отвернутые от него (для ГСО это "северная" и "южная" грани), и две грани, регулярно освещаемые Солнцем (для ГСО это "западная" и "восточная" грани). Исходя из указанной ориентации, производится и конструирование модулей КА. Отвернутые от Солнца грани модулей являются радиаторами для сброса тепла с теплонагруженных узлов и приборов КА. На СДБ 9 расположен двигательный блок с двигателями системы коррекции, ориентации и стабилизации, топливными баками, магистралями подачи рабочего тела к реактивным двигателям. Тепловыделяющая аппаратура управления двигательным блоком находится в основном в МСС 8. Поэтому ТТ, размещенные в СДБ 9, имеют, как правило, зону обогрева с целью подвода тепла к отдельным узлам и агрегатам двигательного блока для исключения их переохлаждения и даже возможного замерзания.The spacecraft body, consisting of modules installed along the longitudinal axis, is oriented in space using the SUD, which uses the sensors of the spacecraft's external orientation for control, and jet engines or power gyroscopes as executive bodies. This ensures a regular orientation of the apparatus relative to the Sun (see figure 2), in which you can always distinguish two opposite faces, turned away from it (for GSO it is the "northern" and "southern" faces), and two faces regularly illuminated by the Sun ( for GSO, this is the “western” and “eastern” faces). Based on the indicated orientation, the design of spacecraft modules is also carried out. The faces of the modules, turned away from the Sun, are radiators for discharging heat from heat-loaded nodes and spacecraft devices. On SDB 9 there is an engine block with engines of the correction, orientation and stabilization system, fuel tanks, supply lines for the working fluid to the jet engines. The heat-generating equipment for controlling the engine block is mainly located in MCC 8. Therefore, the heat exchangers located in the SDB 9 have, as a rule, a heating zone with the aim of supplying heat to individual units and assemblies of the engine block to prevent their overcooling and even possible freezing.

Указанные панели выполнены трехслойными - два листа из алюминиевого сплава, между которыми установлен сотовый заполнитель. Трехслойной выполнена также СДБ 9.These panels are made three-layer - two sheets of aluminum alloy, between which a honeycomb is installed. Three-layer is also made SDB 9.

"Западные" и "восточные" панели, нижняя и верхняя торцевые панели представляют собой силовые каркасы, закрываемые однослойными листами из алюминиевого сплава.The “western” and “eastern” panels, the lower and upper end panels are power frames, covered by single-layer sheets of aluminum alloy.

В отличие от прототипа k-e (k=1, 2, ...) корпуса наиболее теплонагруженных узлов и агрегатов 10 крепятся к СДБ 9 (снизу, см. фиг.3) через дополнительные кронштейны 11. Для того чтобы исключить влияние тепловых потоков от указанных корпусов на оборудование n-х узлов и приборов бортовой аппаратуры, где n=1, 2, ..., размещенное внутри КА, указанные корпуса k-e, где k=1, 2, ..., теплоизолированы от окружающих приборов и элементов конструкции при помощи многослойной экранно-вакуумной теплоизоляции (ЭВТИ) (на фиг.3 условно не показано), а также теплоизолирующими прокладками, установленными, в частности, под кронштейнами 11.In contrast to the prototype ke (k = 1, 2, ...), the bodies of the most heat-loaded units and assemblies 10 are attached to the SDB 9 (bottom, see figure 3) through additional brackets 11. In order to exclude the influence of heat fluxes from the indicated buildings for equipment of n nodes and devices of on-board equipment, where n = 1, 2, ..., located inside the spacecraft, the indicated housings ke, where k = 1, 2, ..., are insulated from surrounding devices and structural elements when help multilayer screen-vacuum thermal insulation (EVTI) (not shown conditionally in figure 3), as well as heat-insulating gaskets s established, in particular, under the brackets 11.

Применяемая модульная структура КА с регулярной ориентацией позволяет провести разделение его конструкции на силовую и тепловую части. Все теплонагруженные приборы полезной нагрузки и служебных систем скомпонованы на двух радиационных панелях "северной" и "южной" гранях указанных модулей. Предлагаемое техническое решение в существующей структуре модульного деления объединяет в себе обе указанные функции, так как с одной стороны корпуса теплонагруженных узлов и приборов, установленные на кронштейнах СДБ 9, используются в качестве силовых элементов конструкции (например, усиливая ее жесткость), с другой стороны они является теплопередающими элементами СОТР аппарата.The applied modular structure of the spacecraft with a regular orientation allows the separation of its structure into power and thermal parts. All heat-loaded payload devices and service systems are arranged on two radiation panels of the "northern" and "southern" faces of these modules. The proposed technical solution in the existing structure of modular division combines both of the above functions, since on the one side of the case of heat-loaded units and devices installed on the brackets of SDB 9, they are used as structural elements of the structure (for example, enhancing its rigidity), on the other hand, they is the heat transfer elements of the COTP apparatus.

Выделение отдельных теплонагруженных узлов и приборов из всей аппаратуры КА и помещение их специальным образом в отдельные корпуса, позволяет создать для них "особые условия" работы, обеспечивающие повышенный теплоотвод, увеличить локально хладопроизводительность системы обеспечения теплового режима (СОТР).Separation of individual heat-loaded components and devices from all spacecraft equipment and their special placement in separate hulls makes it possible to create “special working conditions” for them, providing increased heat dissipation, and to increase the locally cooling capacity of the thermal management system (COTP).

В качестве одного из наиболее типичных можно рассматривать пример обеспечения теплового режима модулей металл-водородных аккумуляторных батарей (МВАБ).As one of the most typical, we can consider an example of ensuring the thermal regime of modules of metal-hydrogen storage batteries (MVAB).

Так, в соответствии с техническими условиями на эксплуатацию при работе в составе КА температура корпусов МВАБ должна быть в диапазоне от 5 до 25°С при заряде и не более 45°С при разряде.So, in accordance with the technical conditions for operation when operating as a part of the spacecraft, the temperature of the MBAB hulls should be in the range from 5 to 25 ° C for charging and not more than 45 ° C for discharge.

На фиг.4 показано, каким образом обеспечивается тепловой режим работы теплонагруженных корпусов, в частности МВАБ, при этом введены нижеследующие дополнительные обозначения:Figure 4 shows how the thermal mode of operation of heat-loaded buildings, in particular MVAB, is provided, while the following additional notation is introduced:

12 - корпуса МВАБ;12 - MVAB corps;

13 - аксиальные тепловые трубы (АТТ);13 - axial heat pipes (ATT);

14 - испарители контурных тепловых труб (ИКТТ);14 - evaporators of loop heat pipes (ICTT);

15 - контурные тепловые трубы (КТТ).15 - contour heat pipes (CTT).

Кроме этого штриховыми линиями обозначены зоны размещения оборудования на "северной" и "южной" панелях КА.In addition, dashed lines indicate the areas of equipment placement on the "northern" and "southern" panels of the spacecraft.

АТТ 13 предлагается выполнить U-образной формы, охватывающими корпуса МВАБ 12 и имеющими тепловой контакт с ИКТТ 14, конденсаторы КТТ 15 помещены в радиаторы-излучатели 6. В свою очередь, установка радиаторов-излучателей указанным выше образом позволяет обеспечить максимальную хладопроизводительность конденсаторов КТТ 15. Таким образом, обеспечивается температурный режим для двух корпусов МВАБ 12. При этом каждый из корпусов выполнен в виде цельной силовой плиты из магниевого сплава МАГ-1. Сама плита представляет собой сотовую конструкцию с цилиндрическими отверстиями для установки металл-водородных аккумуляторов, a U-образные АТТ крепятся между корпусами МВАБ 12 и ИКТТ 14 при помощи клея герметика "Эластосил 137-242".ATT 13 is proposed to be made in a U-shape, covering the MVAB 12 housings and having thermal contact with ICTT 14, the KTT 15 capacitors are placed in the radiators-radiators 6. In turn, the installation of radiators-radiators in the above manner allows for maximum cooling capacity of the KTT 15 capacitors. Thus, the temperature regime is ensured for the two MVAB 12 buildings. Moreover, each of the buildings is made in the form of a solid power plate made of MAG-1 magnesium alloy. The plate itself is a honeycomb structure with cylindrical holes for installing metal-hydrogen batteries, while U-shaped ATTs are attached between the MVAB 12 and IKTT 14 casings using the adhesive sealant "Elastosil 137-242".

Для регулировки тепловых потоков от теплонагруженных корпусов КА можно использовать, например, СОТР, выполненную на основе тепловых труб различного типа (транспортных и диодных), конфигурации, внутренней структуры и профиля.To regulate heat fluxes from heat-loaded spacecraft hulls, for example, COTP made on the basis of various types of heat pipes (transport and diode), configuration, internal structure, and profile can be used.

АТТ 13 служит для сбора избыточного тепла от МВАБ 12 и его транспортировки к ИКТТ 14.ATT 13 is used to collect excess heat from MVAB 12 and its transportation to ICTT 14.

В нижней части U-образной АТТ 13 при наземной подготовке размещаются технологический электрический нагреватель, обеспечивающий запуск АТТ.In the lower part of the U-shaped ATT 13 during ground preparation, a technological electric heater is placed, which ensures the start of the ATT.

Каждая КТТ представляет собой герметичное устройство, состоящее из:Each CTT is a sealed device consisting of:

испарителя из пористого никеля со средним диаметром пор ~1,2 мкм с продольными пароотводными каналами;a porous nickel evaporator with an average pore diameter of ~ 1.2 μm with longitudinal vapor channels;

паропровода, изготовленного из тонкостенной нержавеющей трубки, служащего каналом для транспортировки пара от испарителя к конденсатору;a steam line made of a thin-walled stainless tube serving as a channel for transporting steam from the evaporator to the condenser;

байпасной линии с клапаном;bypass line with valve;

конденсатора, выполненного в виде радиатора-излучателя, служащего для конденсации паров теплоносителя и передачи тепла излучающей поверхности;a condenser made in the form of a radiator-emitter, which serves to condense the coolant vapor and transfer heat to the radiating surface;

конденсатопровода, изготовленного из тонкостенной нержавеющей трубки, служащего для транспортировки жидкого теплоносителя от конденсатора к испарителю.a condensate conduit made of a thin-walled stainless tube, which serves to transport the liquid coolant from the condenser to the evaporator.

Принцип работы КТТ 15 основан на использовании фазовых превращений теплоносителя (испарение ↔ конденсация). Тепло, выделяемое источником тепла (МВАБ 12), поступает в испаритель КТТ и расходуется на испарение рабочей жидкости. Образовавшийся пар поступает через паропровод в конденсатор-радиатор, где конденсируется. Выделяемое при конденсации тепло отводится в окружающую среду. Движителем теплоносителя в КТТ является капиллярный насос, который отсасывает сконденсировавшийся теплоноситель в испаритель. Регулирование величины сбрасываемого тепла осуществляется с помощью байпасных линий с клапанами.The principle of operation of KTT 15 is based on the use of phase transformations of the coolant (evaporation ↔ condensation). The heat generated by the heat source (MVAB 12) enters the KTT evaporator and is spent on the evaporation of the working fluid. The resulting steam enters through a steam line into a condenser-radiator, where it condenses. The heat released during condensation is removed to the environment. The mover of the coolant in the CTT is a capillary pump, which sucks the condensed coolant into the evaporator. The amount of heat discharged is controlled by bypass lines with valves.

Напор, который способны развивать современные капиллярные насосы, достигает 0,6 кг/см2, что позволяет поднимать теплоноситель на 6 м против силы тяжести. Таким образом, КТТ могут работать в земных условиях при произвольном расположении панели и испарителя относительно друг друга.The head, which modern capillary pumps are capable of developing, reaches 0.6 kg / cm 2 , which makes it possible to raise the heat carrier by 6 m against gravity. Thus, CTTs can operate in terrestrial conditions with an arbitrary arrangement of the panel and the evaporator relative to each other.

По сравнению с прототипом предложенная конструкция КА имеет целый ряд существенных преимуществ.Compared with the prototype, the proposed design of the spacecraft has a number of significant advantages.

Обеспечивается оптимальное размещение радиационных панелей (радиаторов) для сброса избыточного тепла (являющихся одновременно конденсаторами КТТ) по отношению к внешним тепловым потокам от Солнца и Земли. Указанное размещение радиаторов позволяет минимизировать потребную массу конструкций КА, исключив ту ее часть, которая потребовала бы на установку дополнительных ТТ и защитных шторок на радиаторы.The optimal placement of radiation panels (radiators) is provided for the discharge of excess heat (which are simultaneously CTT condensers) in relation to external heat fluxes from the Sun and the Earth. The indicated arrangement of radiators allows minimizing the required mass of spacecraft structures, excluding that part of it that would require the installation of additional CTs and protective curtains on the radiators.

Эффективная хладопроизводительность системы, получаемая за счет предлагаемого расположения радиаторов, позволяет обеспечивать сброс тепла от наиболее теплонапряженных n-х узлов и агрегатов. При этом площади указанных панелей могут быть разные, необходимые и достаточные для обеспечения теплового режима конкретного прибора или агрегата. В прототипе СОТР должна обеспечивать работу КА с максимальным избыточным тепловым потоком от установленных на панелях узлов и агрегатов. В случае, когда не все приборы включены (не все источники тепла задействованы) может потребоваться дополнительный расход энергии для нагрева "приборной" и других указанных в прототипе панелей. Иначе можно переохладить указанные приборы и агрегаты.The effective refrigerating capacity of the system, obtained due to the proposed arrangement of radiators, allows for the release of heat from the most heat-stressed n-nodes and assemblies. Moreover, the areas of these panels can be different, necessary and sufficient to ensure the thermal regime of a particular device or unit. In the prototype, COTP should ensure the operation of the spacecraft with the maximum excess heat flux from the units and assemblies installed on the panels. In the case when not all devices are turned on (not all heat sources are involved), additional energy consumption may be required to heat the “instrument” and other panels indicated in the prototype. Otherwise, it is possible to subcool these devices and assemblies.

Обеспечение размещения корпусов теплонагруженных приборов и агрегатов (в частности корпусов МВАБ) на силовой панели двигательного блока позволяет оптимизировать компоновку отсеков КА, минимизировать при этом массу дополнительных конструкций для установки указанных корпусов и усиление прочности корпуса самого КА.Ensuring the placement of cases of heat-loaded devices and assemblies (in particular, MBAU cases) on the power panel of the engine block allows optimizing the layout of the spacecraft compartments, while minimizing the mass of additional structures for installing these bodies and strengthening the strength of the spacecraft body itself.

Claims (2)

1. Космический аппарат с регулярной ориентацией относительно Солнца, содержащий корпус с выступающими элементами конструкции, состоящий из установленных вдоль продольной оси модулей, две противоположные грани каждого из которых, являющиеся радиаторами со встроенными тепловыми трубами, развернуты от направления на Солнце, при этом в модулях расположены n (n=1, 2, ...) теплонагруженных узлов и приборов бортовой аппаратуры, двигательный блок с двигателями системы коррекции, ориентации и стабилизации, топливными баками и магистралями подачи рабочего тела, отличающийся тем, что к двигательному блоку прикреплены k (k=1, 2, ...) теплонагруженных узлов и приборов бортовой аппаратуры, теплоизолированных экранно-вакуумной теплоизоляцией от n-х теплонагруженных узлов и приборов бортовой аппаратуры, причем указанные k-e узлы и приборы бортовой аппаратуры крепятся к двигательному блоку кронштейнами, устанавливаемыми на теплоизолирующие прокладки, а двигательный блок выполнен в виде трехслойной панели, состоящей из двух установочных плоскостей с сотовым наполнителем, внутри которой проложены тепловые трубы с нагревателями, каждый из k-x узлов и приборов бортовой аппаратуры охвачен аксиальной U-образной тепловой трубой, имеющей тепловой контакт с их корпусами, при этом каждая из аксиальных тепловых труб, в свою очередь, имеет тепловой контакт с испарителем контурной тепловой трубы, выход которого через паропровод соединен с входом радиатора-излучателя, а выход радиатора-излучателя через конденсатопровод контурной тепловой трубы соединен с входом испарителя этой тепловой трубы, при этом радиаторы-излучатели установлены в плоскостях, параллельных граням, развернутым от направления на Солнце, за границами зон затенения выступающими элементами конструкции открытого для радиаторов-излучателей космоса.1. A spacecraft with a regular orientation relative to the Sun, containing a housing with protruding structural elements, consisting of modules installed along the longitudinal axis, two opposite faces of each of which, which are radiators with integrated heat pipes, are deployed from the direction to the Sun, while the modules are located n (n = 1, 2, ...) of heat-loaded units and instruments of on-board equipment, an engine block with engines of a correction, orientation and stabilization system, fuel tanks and supply lines body, characterized in that k (k = 1, 2, ...) of heat-loaded units and devices of on-board equipment insulated by screen-vacuum heat insulation from n-heat-loaded units and devices of on-board equipment are attached to the engine block, and ke and on-board equipment instruments are attached to the engine block with brackets mounted on heat-insulating gaskets, and the engine block is made in the form of a three-layer panel consisting of two mounting planes with honeycomb core, inside of which there is a heat pipes with heaters are provided, each of the kx components and devices of the on-board equipment is covered by an axial U-shaped heat pipe having thermal contact with their bodies, while each of the axial heat pipes, in turn, has thermal contact with the evaporator of the contour heat pipe, the output of which through the steam line is connected to the input of the radiator-emitter, and the output of the radiator-radiator through the condensate line of the loop heat pipe is connected to the input of the evaporator of this heat pipe, while the radiator-emitters are installed in loskostyah parallel faces deployed from the direction to the sun, outside the occluded areas projecting elements for the construction of open space emitters radiators. 2. Космический аппарат по п.1, отличающийся тем, что указанные теплонагруженные узлы выполнены в виде корпусов металлводородных аккумуляторных батарей из цельных силовых плит сотовой конструкции, в цилиндрических отверстиях которых установлены металлводородные аккумуляторы.2. The spacecraft according to claim 1, characterized in that said heat-loaded nodes are made in the form of metal-hydrogen battery packs of solid power plates of a honeycomb design, in which cylindrical openings metal-hydrogen batteries are installed.
RU2003119979/11A 2003-07-01 2003-07-01 Spacecraft at regular orientation relative to sun RU2264954C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003119979/11A RU2264954C2 (en) 2003-07-01 2003-07-01 Spacecraft at regular orientation relative to sun

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003119979/11A RU2264954C2 (en) 2003-07-01 2003-07-01 Spacecraft at regular orientation relative to sun

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003119979A RU2003119979A (en) 2005-01-27
RU2264954C2 true RU2264954C2 (en) 2005-11-27

Family

ID=35138269

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003119979/11A RU2264954C2 (en) 2003-07-01 2003-07-01 Spacecraft at regular orientation relative to sun

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2264954C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2819232C1 (en) * 2024-01-22 2024-05-15 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Spacecraft

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2819232C1 (en) * 2024-01-22 2024-05-15 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Spacecraft

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003119979A (en) 2005-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8240612B2 (en) Device for controlling the heat flows in a spacecraft and spacecraft equipped with such a device
US8616271B2 (en) Thermal control device on board a spacecraft
US8820684B2 (en) Spacecraft heat dissipation system
ES2542201T3 (en) Thermal control device for a space ingenuity
US5823477A (en) Device and method for minimizing radiator area required for heat dissipation on a spacecraft
US9902507B2 (en) Artificial satellite and method for filling a tank of propellent gas of said artificial satellite
US6073888A (en) Sequenced heat rejection for body stabilized geosynchronous satellites
WO2010037872A1 (en) Spaceship heat module
US7118076B2 (en) Satellite comprising means for transferring heat from a shelf supporting equipment to radiator panels
US9889951B1 (en) Spacecraft east-west radiator assembly
US6073887A (en) High power spacecraft with full utilization of all spacecraft surfaces
JPH05193592A (en) Heat controller for space-ship
KR20180114933A (en) Heat dissipation device using heat pipe panel
US10144534B2 (en) Spacecraft
EP3357815B1 (en) Dual condenser loop heat pipe for satellites with sun-normal radiators
RU2463219C1 (en) Space vehicle
JP2002048357A (en) Spacecraft cooling system using heat pump
RU2264954C2 (en) Spacecraft at regular orientation relative to sun
US11299296B2 (en) Spacecraft
RU2369537C2 (en) Method of assembling spacecraft
WO2021117105A1 (en) Cooling apparatus and satellite
CHALMERS et al. Application of capillary pumped loop heat transport systems to largespacecraft
RU2268207C2 (en) Method of temperature control of spacecraft and device for realization of this method
Pantano et al. Utilizing radioisotope power system waste heat for spacecraft thermal management
TORRES et al. LHP as strategic thermal control element for space and planetary missions

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150702