RU2322375C2 - Method of temperature control of thermal tubes with electric heaters on spacecraft instrument panels - Google Patents
Method of temperature control of thermal tubes with electric heaters on spacecraft instrument panels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2322375C2 RU2322375C2 RU2005140952/11A RU2005140952A RU2322375C2 RU 2322375 C2 RU2322375 C2 RU 2322375C2 RU 2005140952/11 A RU2005140952/11 A RU 2005140952/11A RU 2005140952 A RU2005140952 A RU 2005140952A RU 2322375 C2 RU2322375 C2 RU 2322375C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zones
- devices
- electric heaters
- temperatures
- values
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к космической технике и может использоваться в системах терморегулирования космических аппаратов (КА).The invention relates to space technology and can be used in systems of thermoregulation of spacecraft (SC).
Известны способы терморегулирования радиационных приборных панелей КА при помощи жидкостных трактов теплоносителя, расположенных внутри указанных панелей, см. [1]. Циркулирующий внутри трактов теплоноситель обеспечивает отвод тепла от приборов на радиационную панель, обеспечивающую внешний теплообмен излучением с окружающим космическим пространством. Величина сбрасываемого тепла определяется величиной поверхности панели, ее радиационными характеристиками и температурой теплоносителя. Регулирование сброса тепла осуществляется за счет изменения температуры панели. В свою очередь температура панели регулируется циркуляцией теплоносителя. При высокой тепловой нагрузке циркуляция теплоносителя максимальна, а при низкой - минимальна. Массовый расход теплоносителя в жидкостных трактах регулируется скоростью вращения насосов.Known methods of thermoregulation of radiation dashboards of spacecraft using liquid paths of the coolant located inside these panels, see [1]. The coolant circulating inside the paths provides heat removal from the devices to the radiation panel, which provides external heat exchange by radiation with the surrounding space. The amount of heat discharged is determined by the size of the panel surface, its radiation characteristics and the temperature of the coolant. The heat release is controlled by changing the temperature of the panel. In turn, the panel temperature is controlled by the circulation of the coolant. With a high heat load, the circulation of the coolant is maximum, and with a low - minimum. The mass flow rate of the coolant in the liquid paths is regulated by the speed of rotation of the pumps.
В процессе терморегулирования указанной приборной панели температура в зонах установки приборов относительно равномерно распределяется по поверхности панели. При этом отсутствуют большие градиентные перепады температур в зонах, а вместо них осуществляется постепенный переход от одного температурного поля к другому с постоянным увеличением температуры в местах установки приборов с большим собственным тепловыделением.During thermoregulation of the indicated dashboard, the temperature in the zones of installation of the devices is relatively evenly distributed over the surface of the panel. At the same time, there are no large gradient temperature differences in the zones, and instead a gradual transition from one temperature field to another is carried out with a constant increase in temperature in the places of installation of devices with large intrinsic heat release.
Недостатком является наличие дополнительной массы, прежде всего приходящейся на насосные агрегаты, и понижение отказоустойчивости системы терморегулирования. У систем такого типа существует опасность метеоритного пробоя или разгерметизации всего одной трубки, после чего контур системы терморегулирования в целом выходит из строя.The disadvantage is the presence of additional mass, primarily attributable to pumping units, and a decrease in the fault tolerance of the temperature control system. For systems of this type, there is a danger of meteorite breakdown or depressurization of just one tube, after which the circuit of the temperature control system as a whole fails.
Известен способ терморегулирования тепловых труб с электронагревателями, установленными на приборных панелях КА, см. [2], выбранный в качестве прототипа, при реализации которого не требуется затрат энергии на прокачку теплоносителя; не задействованы движущиеся части, поэтому ТТ более надежны и бесшумны; приборная панель с использованием ТТ более надежна по отношению к внешним воздействующим факторам и способна обеспечить высокую теплопроводность между источниками тепла и стоками, что дает возможность использовать меньшие поверхности и, следовательно, снизить массу панели и КА в целом.A known method of thermoregulation of heat pipes with electric heaters installed on the dashboards of the spacecraft, see [2], selected as a prototype, the implementation of which does not require energy costs for pumping coolant; moving parts are not involved, therefore TTs are more reliable and noiseless; the dashboard using CTs is more reliable with respect to external factors and is able to provide high thermal conductivity between heat sources and drains, which makes it possible to use smaller surfaces and, therefore, reduce the weight of the panel and the spacecraft as a whole.
Способ терморегулирования ТТ с ЭН включает в себя измерение температур в зонах размещения тепловых труб с электронагревателями на приборных панелях КА. Сравнение температур с нижними и верхними значениями их допустимых пределов и подвод тепла в зонах установки приборов на панелях при выходе измеренных температур на предельные нижние значения и до момента достижения указанными температурами верхних предельных значений. При этом регулирование температур осуществляется за счет включения-отключения электронагревателей (ЭН), установленных на тепловых трубах.The method of thermoregulation of CTs with electric motors includes temperature measurement in the areas of placement of heat pipes with electric heaters on the dashboards of the spacecraft. Comparison of temperatures with the lower and upper values of their permissible limits and heat supply in the areas of installation of the panels on the panels when the measured temperatures reach the lower limit values and until the indicated temperatures reach the upper limit values. In this case, temperature control is carried out by turning on / off electric heaters (EH) installed on heat pipes.
При соответствующем проектировании системы терморегулирования (СТР) с тепловыми трубами (ТТ) более эффективны в тепловом отношении, более надежны и имеют меньший вес по сравнению с СТР, содержащими жидкостные контура.With appropriate design, thermal management systems (CTP) with heat pipes (CT) are more efficient in terms of heat, more reliable and have lower weight compared to CTP containing liquid circuits.
К недостаткам способа-прототипа управления терморегулированием ТТ с ЭН на приборных панелях КА можно отнести то, что температурное регулирование производится только в зоне каждой ТТ, при этом не учитываются внешние тепловые потоки и тепловые потоки от самих приборов, а также тепловое влияние соседних зон.The disadvantages of the prototype method for controlling the thermal control of CTs with electric motors on the dashboards of the spacecraft include the fact that temperature regulation is carried out only in the zone of each CTs, while external heat fluxes and heat fluxes from the devices themselves, as well as the thermal effect of neighboring zones, are not taken into account.
За счет этого на приборных панелях могут возникать большие скорости изменения температур на плоскостях установки приборов, с термоциклированием зон установки приборов.Due to this, on the dashboards, large rates of temperature change can occur on the instrument installation planes, with thermal cycling of the instrument installation zones.
Указанные недостатки негативно сказываются на работе приборов, установленных на панелях, приводят к повышенной деградации приборов и способствуют их отказам.These shortcomings adversely affect the operation of devices installed on the panels, lead to increased degradation of devices and contribute to their failures.
Задачей, решаемой в предлагаемом изобретении, является продление срока эксплуатации КА за счет исключения неблагоприятных циклических воздействий температур с высокими градиентами на приборный состав в зонах его установки на панелях и уменьшение тем самым вероятности отказов систем.The problem to be solved in the present invention is to extend the life of the spacecraft by eliminating the adverse cyclic effects of temperatures with high gradients on the instrumental composition in the areas of its installation in panels and thereby reducing the likelihood of system failures.
Для достижения технического результата в способе терморегулирования тепловых труб с электронагревателями на приборных панелях космических аппаратов, включающем измерение температур в зонах размещения тепловых труб с электронагревателями, сравнение температур с их нижними и верхними допустимыми значениями и подвод тепла к панелям в зонах установки приборов с помощью электронагревателей при достижении измеренными температурами их предельных нижних значений до момента достижения указанными температурами верхних предельных значений, в отличие от известного в моменты времени воздействия на панели пространственных внешних однородных тепловых потоков при выключенных приборах производят выравнивание скоростей изменения температур в зонах приборных панелей вплоть до момента достижения температурами постоянных значений в пределах допустимого диапазона и поддержание их путем включения и выключения электронагревателей, при этом фиксируют мощность включаемых электронагревателей и моменты времени их включения и выключения, перед одновременным включением приборов определяют величину выделяемой ими суммарной тепловой энергии на интервалах их совместной работы, по фиксированной мощности включаемых электронагревателей и определенной по указанным моментам времени продолжительности их работы определяют суммарную тепловую энергию, выделяемую электронагревателями, расположенными в зонах включаемых приборов при поддержании равномерно распределенных тепловых потоков на интервалах совместной работы приборов, сравнивают величины тепловых энергий, выделяемых включаемыми приборами и электронагревателями, и в том случае, если тепловая энергия, получаемая от приборов, превышает или равна тепловой энергии, получаемой от электронагревателей, отключают электронагреватели в зонах установки приборов, а в случае, если тепловая энергия, выделяемая электронагревателями, больше тепловой энергии, выделяемой приборами, определяют разность между значениями указанных энергий и изменяют значения подводимой тепловой энергии на определенную разность с помощью электронагревателей в зонах установки работающих приборов на интервалах совместной работы приборов, кроме того, в процессе работы приборов контролируют измеренные значения температур в зонах их установки и в случае достижения ими верхних предельных значений при включенных электронагревателях производят выравнивание скоростей изменения температур последовательным отключением электронагревателей вплоть до момента достижения температурами постоянных значений в пределах допустимого диапазона, а при отключенных электронагревателях в зонах работающих приборов отключают электронагреватели в соседних зонах до достижения указанных температур, при этом исключают температурные влияния, нарушающие условия термостатирования соседних зон по нижним допустимым значениям температур, далее, для очередных интервалов одновременной работы приборов повторно сравнивают величины тепловых энергий, выделяемых включаемыми приборами и электронагревателями, и по результатам сравнения осуществляют вышеуказанным образом повторные изменения температур с помощью электронагревателей, при этом, в случае изменения значений внешних тепловых потоков, воздействующих на панели, производят повторные циклы выравнивания скоростей изменения температур в зонах установки приборов путем включения и выключения электронагревателей вплоть до достижения выравненными температурами значений в пределах допустимого диапазона и осуществляют вышеуказанные изменения температур электронагревателями с учетом вновь выравненных температур, а при постоянной работе приборов уменьшают подвод тепла в зонах их установки путем отключения электронагревателей в указанных зонах, измеренные значения температур в зонах расположения постоянно работающих приборов сравнивают с их допустимыми верхними и нижними предельными значениями и в случае достижения температурами нижних допустимых значений, производят выравнивание скоростей изменения температур в указанных зонах путем включения электронагревателей до получения температурами постоянных значений в пределах допустимого диапазона, а при достижении температурами верхних допустимых значений уменьшают подвод потока тепловой энергии в зоны установки постоянно работающих приборов путем отключения электронагревателей в соседних зонах до достижения выравненными температурами постоянных значений в пределах допустимого диапазона, при этом исключают температурные влияния, нарушающие условие термостатирования соседних зон по нижним предельно допустимым значениям температур, а в случае попеременного включения приборов одновременно с постоянно работающими приборами, определяют величину тепловой энергии, выделяемой попеременно включаемыми приборами, и на промежуточных интервалах их отключения осуществляют равномерный подвод тепла в зонах расположения попеременно включаемых приборов с помощью расположенных в этих зонах электронагревателей на определенную выше величину, далее измеренные значения температур в зонах установки попеременно включаемых приборов сравнивают с нижними и верхними допустимыми предельными значениями и в случае достижения нижнего значения производят равномерный подвод тепловых потоков в зоны установки работающих приборов на интервалах совместной работы приборов путем включения электронагревателей до достижения выравненными температурами постоянных значений в пределах допустимого диапазона, а в случае достижения верхнего предельного значения уменьшают поток тепловой энергии в зонах путем отключения электронагревателей на промежуточных интервалах их работы, выравнивая температуры до достижения ими постоянных значений в пределах допустимого диапазона, а при последующем повышении температур в зонах, в которых установлены работающие приборы, при отключенных указанных электронагревателях уменьшают поток тепловой энергии путем отключения электронагревателей в соседних зонах до достижения выравненными температурами постоянных значений в пределах допустимого диапазона, при этом исключают температурные влияния, нарушающие условия термостатирования соседних зон по нижним допустимым значениям температур.To achieve a technical result in the method of thermoregulation of heat pipes with electric heaters on the dashboards of spacecraft, which includes measuring temperatures in the areas of placement of heat pipes with electric heaters, comparing temperatures with their lower and upper allowable values and supplying heat to the panels in the zones of installation of devices using electric heaters at when the measured temperatures reach their lower limit values until the indicated temperature reaches the upper limit value d, in contrast to the effects of spatial external homogeneous heat fluxes on the panels when the devices are turned off, they equalize the rates of temperature changes in the zones of the dashboards until the temperatures reach constant values within the permissible range and maintain them by turning on and off electric heaters, This fixes the power of the electric heaters that are turned on and the moments of their on and off time, before turning on the devices simultaneously they determine the amount of total heat energy emitted by them at intervals of their joint operation; the total heat energy emitted by electric heaters located in the zones of switched-on appliances while maintaining uniformly distributed heat fluxes at intervals of joint work is determined by the fixed power of the electric heaters turned on and the duration of their operation determined at the indicated time points devices, compare the values of thermal energies emitted by the included devices and electric heating heaters, and if the heat energy received from the devices exceeds or equal to the heat energy received from the electric heaters, the heaters in the installation areas are turned off, and if the heat energy generated by the electric heaters is greater than the heat energy released by the devices, determine the difference between the values of the indicated energies and change the values of the supplied thermal energy by a certain difference using electric heaters in the zones of installation of working devices at intervals of joint p The operation of the devices, in addition, during the operation of the devices, they control the measured temperature values in the zones of their installation and, if they reach the upper limit values, when the heaters are turned on, they equalize the rates of temperature changes by successively turning off the heaters until the temperatures reach constant values within the allowable range, and when electric heaters are switched off in zones of operating devices, electric heaters in adjacent zones are turned off until These temperatures, in this case, exclude temperature effects that violate the thermostating conditions of neighboring zones at the lower permissible temperatures, then, for the next intervals of simultaneous operation of the devices, the thermal energies released by the switched-on devices and electric heaters are repeatedly compared, and repeated changes are carried out in the above manner temperatures with the help of electric heaters, in this case, in case of a change in the values of external heat fluxes affecting Aneli, perform repeated cycles of balancing the rates of temperature change in the zones of installation of devices by turning on and off electric heaters until the temperature reaches the values within the acceptable range and carry out the above temperature changes by electric heaters taking into account the newly equalized temperatures, and with constant operation of the devices reduce heat supply in the zones their installation by turning off the electric heaters in these zones, the measured temperature values in the zones The lifetimes of constantly operating devices are compared with their permissible upper and lower limit values and, if temperatures reach the lower permissible values, the rates of temperature changes in these zones are equalized by turning on electric heaters until the temperatures reach constant values within the permissible range, and when the temperatures reach the upper permissible values reduce the flow of heat energy into the installation zone of constantly working devices by turning off the electric heaters in neighboring zones until constant temperatures are reached by equalized temperatures within the allowable range, while excluding temperature influences that violate the condition for temperature control of neighboring zones according to the lower maximum permissible temperatures, and in the case of alternating switching on of devices simultaneously with constantly working devices, determine the value of thermal energy, emitted by alternately switched on devices, and at intermediate intervals of their shutdown, uniform heat supply to the heat location of alternately switched on devices with the help of electric heaters located in these zones by the value defined above, then the measured temperature values in the installation zones of alternately switched on devices are compared with the lower and upper permissible limit values and, if the lower value is reached, the heat fluxes are uniformly fed into the installation zones of working devices at intervals of joint operation of devices by turning on electric heaters until reaching equalized temperatures constant values within the allowable range, and if the upper limit value is reached, reduce the flow of thermal energy in the zones by turning off the heaters at intermediate intervals of their operation, equalizing the temperatures until they reach constant values within the allowable range, and with a subsequent increase in temperature in the zones, which operating devices are installed, when these electric heaters are turned off, they reduce the flow of thermal energy by turning off the electric heaters in neighboring x zones until constant temperatures are reached by equalized temperatures within the allowable range, while excluding temperature influences that violate the thermostating conditions of neighboring zones at lower permissible temperatures.
Полученный технический результат позволяет уменьшить вероятность отказов бортовых систем и тем самым продлить срок эксплуатации КА на орбите.The obtained technical result allows to reduce the likelihood of failures of onboard systems and thereby extend the life of the spacecraft in orbit.
Для объяснения сути предлагаемого технического решения введены фиг.1 - фиг.4.To explain the essence of the proposed technical solution introduced figure 1 - figure 4.
На фиг.1 представлен фрагмент радиационной приборной панели КА с ТТ и ЭН.Figure 1 presents a fragment of the radiation dashboard of the spacecraft with TT and EN.
На фиг.2 представлены графики температурных циклов в зонах размещения приборов на радиационной панели, Т (τ).Figure 2 presents graphs of temperature cycles in the areas of placement of devices on the radiation panel, T (τ).
На фиг.3 представлен график высокой скорости изменения температуры в зонах установки приборов на радиационных панелях, Т (τ).Figure 3 presents a graph of the high rate of temperature change in the areas of installation of devices on radiation panels, T (τ).
На фиг.4 представлены графики изменения выравненных температур в зонах размещения приборов, Т (τ).Figure 4 presents graphs of changes in the aligned temperatures in the areas of the placement of devices, T (τ).
На фиг.1 введены обозначения:Figure 1 introduced the notation:
1 - приборная панель;1 - dashboard;
2 - приборы, установленные на панели;2 - devices installed on the panel;
3 - ТТ;3 - TT;
4 - ЭН;4 - EN;
5 - температурные датчики (ДТ).5 - temperature sensors (DT).
Дополнительно введены обозначения 1-й - 4-й зон для установки приборов. Каждая зона определена границами участка расположения группы приборов, а также расположенными в ней ТТ 3 с ЭН 4. В зонах размещения ТТ 3 на приборной панели 1 установлены ДТ 5.In addition, designations of the 1st - 4th zones for the installation of devices are introduced. Each zone is defined by the boundaries of the section where the instrument group is located, as well as the
Тепловая энергия на радиационную панель в зоны размещения приборов может подводиться как при помощи ЭН, установленных на ТТ, так и внешним тепловым потоком от лучистой энергии Солнца на наружную часть радиационной панели с определенными характеристиками ее покрытий (коэффициентом поглощения солнечного излучения (AS) и степенью черноты поверхности (ε)). Площадь радиационной панели, являющейся радиатором системы обеспечения теплового режима, выбирается из условия обеспечения сброса выделяемого приборами тепла при максимально допустимой температуре панелей КА под приборами в конце требуемого периода его штатной эксплуатации (в соответствии с прогнозом деградации на радиаторах с учетом возможного загрязнения в полете при максимальном тепловыделении приборов и максимально возможных внешних тепловых потоков от Солнца).Thermal energy to the radiation panel in the areas where the devices can be placed can be supplied both with the help of electromagnets installed on the TT and the external heat flux from the radiant energy of the Sun to the outer part of the radiation panel with certain characteristics of its coatings (absorption coefficient of solar radiation (A S ) and degree surface blackness (ε)). The area of the radiation panel, which is the radiator of the thermal management system, is selected from the condition of ensuring the discharge of heat generated by the devices at the maximum permissible temperature of the spacecraft panels under the devices at the end of the required period of its normal operation (in accordance with the forecast of degradation on the radiators taking into account possible pollution in flight at maximum heat dissipation of devices and the maximum possible external heat fluxes from the Sun).
Учитывая недостаточную теплопроводность как правило облегченной конструкции сотовых панелей вдоль их плоскостей, они разбиваются на зоны, для которых расчет необходимой площади радиатора производится индивидуально с учетом тепловыделения аппаратуры, установленной в этой зоне. Для повышения эффективности радиаторов и выравнивания поля температур по зоне, в ней внутри панели устанавливаются с определенным шагом ТТ, см. [2]. Затем по результатам тепловакуумных наземных испытаний КА площадь радиаторов уточняется и в случае ее избытка закрывается экрановакуумной тепловой изоляцией (ЭВТИ).Given the insufficient thermal conductivity of the generally lightweight design of the honeycomb panels along their planes, they are divided into zones for which the required radiator area is calculated individually, taking into account the heat emission of the equipment installed in this zone. To increase the efficiency of radiators and equalize the temperature field in the zone, TTs are installed inside the panel with a certain step, see [2]. Then, according to the results of the thermal vacuum ground tests of the spacecraft, the area of the radiators is specified and, in case of excess, the screen vacuum thermal insulation (EVTI) is closed.
ТТ за счет переноса тепловой энергии производят перераспределение неравномерных тепловых потоков, полученных как от приборов, так и от ЭН до выравнивания температуры в зонах на радиационных панелях. Для того чтобы при управлении тепловыми потоками можно было учитывать имеющиеся, как правило, незначительные градиенты температур, распределенные по поверхности и внутри панели, в разных местах зон устанавливается по несколько ТД, см.фиг.1. Число ТД определяется на этапе проектирования панели для контроля степени неравномерности распределения температур. А управление подводом тепла в зону от ЭН осуществляется по среднему температурному значению, рассчитанному по измеренным значениям температур в разных точках зоны.TTs due to the transfer of thermal energy redistribute the uneven heat fluxes received from both the devices and the EH to equalize the temperature in the zones on the radiation panels. In order to take into account the available, as a rule, insignificant temperature gradients distributed over the surface and inside the panel when controlling heat fluxes, several heat exchangers are installed in different places of the zones, see Fig. 1. The number of APs is determined at the design stage of the panel to control the degree of unevenness of the temperature distribution. And the heat supply to the zone from the electric heater is controlled by the average temperature value calculated from the measured temperature values at different points of the zone.
Выбранная мощность нагревателей СТР является необходимой для предельных наиболее «холодных» условий эксплуатации КА. При этом она будет избыточной для промежуточных внешних тепловых условий и режимов работы бортовой аппаратуры. Поэтому предусмотрено активное автоматическое управление работой ЭН ТТ путем их включения и выключения по командам, вырабатываемым бортовым контуром управления СТР. Панели КА условно разбиваются на зоны обогрева с учетом компоновки аппаратуры и ее тепловыделения. В каждой зоне обогрева управление ЭН осуществляется независимо от других зон.The selected power of the STR heaters is necessary for the ultimate “coldest” operating conditions of the spacecraft. At the same time, it will be excessive for intermediate external thermal conditions and on-board equipment operating modes. Therefore, active automatic control of the operation of the ET TT is provided by turning them on and off according to the commands generated by the on-board control circuit of the STR. The spacecraft panels are conventionally divided into heating zones, taking into account the layout of the equipment and its heat generation. In each heating zone, the control of the electric heater is carried out independently of other zones.
Таким образом, реализована гибкая возможность настройки режима работы ЭН ТТ, позволяющая управлять минимальной температурой, поддерживаемой в зонах обогрева, частотой включения ЭН, амплитудой колебания температуры в месте установки управляющих ТД, а также позволяющая учитывать и нейтрализовать негативное тепловое влияние приборов и нагревателей в соседних зонах обогрева (если оно проявляется) и исключить аномально работающие ДТ и группы ЭН.Thus, the flexible possibility of setting the operating mode of the TT heaters is realized, which allows controlling the minimum temperature maintained in the heating zones, the frequency of the on-voltage switching, the amplitude of the temperature fluctuation at the installation site of the control heaters, and also allowing for taking into account and neutralizing the negative thermal effect of devices and heaters in neighboring zones heating (if it manifests itself) and exclude abnormally working DTs and EN groups.
В предлагаемом техническом решении принимаются допущения о квазиравномерном распределении температур в зоне размещения ТТ с ЭН. Далее рассматриваются скорости изменения указанных температур 
Допустим, что панель освещена Солнцем и на нее воздействуют однородные внешние тепловые потоки, связанные только с ориентацией ее на Солнце. Тепловыми потоками от других внешних источников энергии пренебрегаем. Такие допущения можно отнести, например, к северной и южной приборным панелям геостационарного спутника связи (ГСС), см. [2].Suppose that the panel is illuminated by the Sun and it is affected by uniform external heat fluxes associated only with its orientation to the Sun. Heat flows from other external energy sources are neglected. Such assumptions can be attributed, for example, to the northern and southern dashboards of a geostationary communications satellite (GSS), see [2].
Мощность поглощаемого теплового потока от лучистой энергии Солнца, приходящегося на единицу площади указанных панелей, можно определить по выражению:The power of the absorbed heat flux from the radiant energy of the Sun per unit area of these panels can be determined by the expression:
где qs - поверхностная плотность теплового потока от лучистой энергии Солнца, (Вт/м2);where q s is the surface density of the heat flux from the radiant energy of the Sun, (W / m 2 );
γ - угол между нормалью к поверхности панели и направлением на Солнце.γ is the angle between the normal to the panel surface and the direction to the Sun.
А мощность излучаемого теплового потока, приходящегося на единицу площади, определяется по выражению:And the power of the radiated heat flux per unit area is determined by the expression:
где σ0 - постоянная Стефана-Больцмана [Вт/(м2·К4)];where σ 0 is the Stefan-Boltzmann constant [W / (m 2 · K 4 )];
Т - температура поверхности панели, К.T is the surface temperature of the panel, K.
Угол γ зависит от угла возвышения Солнца над экватором и изменяется от дат солнцестояния до равноденствия, сезонно попеременно для освещенных панелей в пределах ±66,5...90 угл. градусов.The angle γ depends on the angle of elevation of the Sun above the equator and varies from the dates of the solstice to the equinox, seasonally alternately for illuminated panels within ± 66.5 ... 90 angles. degrees.
Таким образом, при поддержании орбитальной ориентации ГСС для нескольких суток его полета на северной и южной приборных радиационных панелях, находящихся в равновесном тепловом состоянии, температуры в зонах можно принять за постоянные. При этом приборы и электронагреватели ТТ находятся в выключенном состоянии, а внешние тепловые потоки принимаются за неизменные.Thus, while maintaining the orbital orientation of the GSS for several days of its flight on the northern and southern instrument radiation panels in an equilibrium thermal state, the temperatures in the zones can be taken as constant. At the same time, TT devices and electric heaters are in the off state, and external heat fluxes are assumed to be unchanged.
Неосвещенная панель долго находиться в таком состоянии не может, так как она быстро охладится до предельно низких температур. Скорость охлаждения освещенной панели будет зависеть от соотношения AS/ε. Чем меньше указанное соотношение, тем скорость больше. Очевидно, что в таком случае без подогрева поддерживать на приборных панелях заданный диапазон термостатирования невозможно.An unlit panel cannot be in this state for a long time, since it quickly cools to extremely low temperatures. The cooling rate of the illuminated panel will depend on the ratio A S / ε. The smaller the ratio, the greater the speed. Obviously, in this case, without heating, it is impossible to maintain the set temperature control range on the dashboards.
Поэтому производят постоянное измерение температур в i-x зонах установки приборов, где i=1, 2, 3, ..., I - число зон, см. фиг.1, содержащих j-e ТТ с ЭН, где j=1, 2, 3, ..., J - число ТТ в зоне, на к-х приборных панелях КА, где к=1,2,3,..., К - число панелей, сравнение указанных температур с допустимыми их значениями и при достижении определенных нижних уровней температур, включают ЭН. А при достижении верхних допустимых, настраиваемых для ЭН уровней, отключают их.Therefore, they constantly measure temperatures in the ix zones of the installation of devices, where i = 1, 2, 3, ..., I is the number of zones, see Fig. 1, containing je ТТ with ЭН, where j = 1, 2, 3, ..., J is the number of CTs in the zone on the k-dash panels of the spacecraft, where k = 1,2,3, ..., K is the number of panels, comparing the indicated temperatures with their permissible values and when certain lower levels are reached temperatures include EN. And when they reach the upper permissible levels that are configurable for electric power, turn them off.
В предлагаемом способе, при фиксированных внешних тепловых потоках, воздействующих на панели, и выключенных приборах, осуществляют выравнивание температур в i-x зонах приборных панелей 
Для рассматриваемого случая, см. фиг.1, приборы 2, относящиеся к бортовому радиотехническому комплексу (БРК), могут быть выключены в начальный период полета ГСС, когда на спутнике проводятся тестовые проверки служебных систем.For the case in question, see Fig. 1,
Выравнивание температур панели производят путем настройки работы ЭН. При этом для управления каждым j-м ЭН устанавливается номинальное значение температуры его включения и верхнее значение температуры его выключения. Настройкой j-x ЭН 4, установленных на ТТ в i-x зонах, добиваются уменьшения скорости изменения температуры, вплоть до равномерного распределения ее в зонах на панели.Temperature equalization of the panel is carried out by adjusting the operation of the electric heater. Moreover, to control each j-th power supply, the nominal value of the temperature of its inclusion and the upper value of the temperature of its switch-off are set. By setting j-x EN 4 installed on the CT in i-x zones, they achieve a decrease in the rate of temperature change, up to its uniform distribution in the zones on the panel.
Скорости изменения указанных температур зависят от технических возможностей, заложенных в ЭН. При больших мощностях ЭН равномерный подвод тепловой энергии в зоны осуществляется за счет более частого включения - выключения нагревателей, а при меньших мощностях - более продолжительной их работы.The rate of change of these temperatures depends on the technical capabilities inherent in the EH. At high power capacities, the uniform supply of heat energy to the zones is achieved due to more frequent switching on and off of heaters, and at lower powers, their longer operation.
При поддержании равномерно распределенных по поверхности панели в различных ее зонах равновесных температур, фиксируют мощность включаемых электронагревателей 
Перед включением р-х приборов, расположенных в каждой из i-x зон на к-х панелях при n-й ориентации 
где 
Мощность тепловой энергии, выделяемой каждым из указанных приборов, - величина, как правило, известна.The power of thermal energy emitted by each of these devices is, as a rule, known.
Если прибор находится в нескольких зонах (см., например, размещение прибора в 3-й и 4-й зонах на фиг.1), его тепловыделение пропорционально делится на число зон.If the device is in several zones (see, for example, the placement of the device in the 3rd and 4th zones in figure 1), its heat generation is proportionally divided by the number of zones.
Пусть в 1-й зоне (i:=1), см. фиг.1, на 1-й панели (к:=1) находятся два прибора (р:=1, р:=2), при заданной 10-й ориентации панели на Солнце. При этом мощность тепловыделения первого прибора составляет 15 Вт, а второго 25 Вт. С учетом введенных обозначений 
Заданные в программе полета КА моменты времени на включение и выключение приборов позволяют, например, определить продолжительности включения первого и второго приборов, составляющую соответственно 30 мин и 50 мин. Тогда с учетом введенных обозначений:The time moments set for turning the instruments on and off set in the spacecraft’s flight program allow, for example, to determine the duration of the first and second instrument’s turning on, which is 30 minutes and 50 minutes, respectively. Then, taking into account the introduced notation:
где m:=1 - первый интервал одновременных включений первого и второго приборов в первой зоне.where m: = 1 is the first interval of simultaneous switching on of the first and second devices in the first zone.
В соответствии с (3) суммарная энергия тепловыделения приборов составляетIn accordance with (3), the total heat energy of the devices is
На последующем интервале (m:=2) будет включен один из приборов с тепловыделениемIn the subsequent interval (m: = 2) one of the devices with heat emission will be turned on
Далее определяют суммарную тепловую энергию, выделяемую j-ми ЭН, расположенными в i-x зонах на к-х панелях при их n-й ориентации на Солнце на интервалах 
В первой зоне, см. фиг.1, установлено на ТТ два ЭН, мощность каждого 20 Вт. Поскольку зона «крайняя» на панели, для поддержания равномерно распределенных температур в зоне и на панели в целом, оба нагревателя были, например, постоянно включены. С учетом ранее принятых обозначений 
В общем случае мощность нагревателей может быть не постоянной, а регулируемой и должна выбираться в зависимости от ориентации панелей на Солнце. При "затененных" панелях мощность выбирается более высокой, а при освещении их Солнцем - должна понижаться.In general, the power of the heaters may not be constant, but adjustable and should be selected depending on the orientation of the panels on the Sun. With "shaded" panels, the power is selected higher, and when illuminated by the Sun, it should decrease.
По (4) определяют суммарную тепловую энергию, выделяемую двумя электронагревателями ТТ, расположенными в 1-й зоне при поддержании равномерно распределенных температур на интервале m=1 одновременного включения приборов:According to (4), the total thermal energy released by two TT electric heaters located in the 1st zone is determined while maintaining evenly distributed temperatures in the interval m = 1 for simultaneously turning on the devices:
Далее сравнивают 
отключают все j-e ЭН в i-x зонах перед включением 
В конкретном примере тепловые энергии, выделяемые ЭН и включаемыми приборами, равны. Следовательно, равномерное распределение (выравненное) температур в зоне будет обеспечиваться за счет тепловой энергии, выделяемой работающими приборами. При этом предполагают, что теплообмен между установочной поверхностью прибора и панелью происходит путем теплопроводности, а теплообмен излучением отсутствует. При укрытии наружных поверхностей приборов ЭВТИ, такие условия могут быть соблюдены.In a specific example, the thermal energies emitted by the EH and the switched-on devices are equal. Consequently, a uniform (equalized) temperature distribution in the zone will be ensured by the thermal energy generated by the operating devices. It is assumed that heat transfer between the mounting surface of the device and the panel occurs through heat conduction, and there is no heat transfer by radiation. When sheltering the outer surfaces of EVTI devices, such conditions may be met.
А если условие (5) не выполняется, определяют разность между указанными величинами энергий и на полученную величину этой разности производят равномерный подвод тепловой энергии в зоны установки работающих приборов на m-х интервалах заданной продолжительности.And if condition (5) is not fulfilled, the difference between the indicated energies is determined, and the resulting value of this difference is used to uniformly supply thermal energy to the installation zones of the working devices at m-intervals of a given duration.
Допустим, что мощность каждого из ранее рассмотренных ЭН составляла 30 Вт.Suppose that the power of each of the previously considered power supplies was 30 watts.
Тогда мощности тепловыделения приборов в рассмотренном ранее примере для поддержания равномерно распределенных температур в зоне становится недостаточно. Указанная разница составляет 20 Вт, а для рассматриваемого интервала дефицит тепловой энергии составляет 10 Вт·час.Then, the heat dissipation power of the devices in the previously considered example to maintain uniformly distributed temperatures in the zone becomes insufficient. The indicated difference is 20 W, and for the interval under consideration, the thermal energy deficit is 10 W · h.
Для поддержания температур в зоне за счет последовательного включения каждого из ЭН продолжительностью ~10 мин, с паузой между включениями ~10 мин, можно ликвидировать указанный недостаток тепловой энергии. Для более равномерного подвода тепла в зону можно увеличить дискретность работы ЭН, сохранив при этом их общую суммарную продолжительность работы ~20 мин.To maintain temperatures in the zone due to the successive switching on of each of the electric motors with a duration of ~ 10 minutes, with a pause between switching ons of ~ 10 minutes, it is possible to eliminate the indicated lack of thermal energy. For a more uniform supply of heat to the zone, it is possible to increase the discrete nature of the operation of the electric motors, while maintaining their total total operating time of ~ 20 minutes.
При работающих приборах в зоне продолжают контроль над температурами. В случае, если при включенных ЭН начинается рост температур в зоне, то при достижении ими верхних предельных значений отключаем ЭН. Указанный рост может быть связан с нестабильностью в тепловыделении работающих приборов. Например, на начальном временном интервале выхода на режим некоторых из приборов происходит большее тепловыделение, чем при установившемся режиме работы. Связано это с тем, что существуют "форсированные" разогревы приборов внутренними ЭН.With operating devices in the zone, temperature control is continued. In the event that, when the power is on, the temperature in the zone begins to increase, then when they reach the upper limit values, we turn off the power. The indicated growth may be due to instability in the heat emission of working devices. For example, at the initial time interval for entering the mode of some of the devices, more heat is generated than with a steady-state operation mode. This is due to the fact that there are “forced” heating ups of devices by internal EH.
В таких случаях верхние предельные температуры могут задаваться несколькими пороговыми значениями, связанными с режимами работы приборов.In such cases, the upper limit temperatures can be set by several threshold values associated with the operating modes of the devices.
А в случае, когда ЭН в зоне отключены и наблюдается рост температур, охлаждение необходимо производить за счет соседних зон.And in the case when the electric power in the zone is turned off and the temperature rises, cooling must be done at the expense of neighboring zones.
Очевидно, что с помощью теплопроводности происходит передача тепловой энергии между зонами, приводящая к изменениям температур, прежде всего в соседних зонах. Поэтому, по мере роста температур в рассматриваемой зоне, необходимо оценивать влияние происходящих процессов на соседние зоны.Obviously, with the help of thermal conductivity, thermal energy is transferred between the zones, leading to temperature changes, especially in neighboring zones. Therefore, as temperatures increase in the considered zone, it is necessary to evaluate the influence of the processes on neighboring zones.
И, если температура в рассматриваемых зонах начинает расти при включенных в соседних зонах ЭН, необходимо уменьшить теплоприток от них. Осуществляется это полным или частичным отключением ЭН. Однако указанные отключения не должны нарушать условия термостатирования соседних зон. Прежде всего, здесь может идти речь об охлаждении соседних зон ниже предельно допустимого уровня. Поэтому, по мере достижения указанных нижних температур, включают ЭН и поддерживают равномерное распределение температур в зоне регулирования на достигнутом уровне до завершения работы включенных приборов.And, if the temperature in the zones under consideration starts to increase when the power is switched on in neighboring zones, it is necessary to reduce the heat gain from them. This is accomplished by complete or partial shutdown of the power supply. However, these trips should not violate the temperature conditions of neighboring zones. First of all, here we can talk about the cooling of neighboring zones below the maximum permissible level. Therefore, as soon as the indicated lower temperatures are reached, the power supply is switched on and the temperature distribution in the control zone is evenly distributed at the achieved level until the operation of the switched-on devices is completed.
При одновременном включении приборов в нескольких смежных зонах учитывается взаимное температурное влияние соседних зон. Поскольку каждая радиационная панель рассчитывается на максимальную тепловую нагрузку от включенных приборов при отключенных ЭН, то отключением нагревателей можно достичь температурного уровня ниже верхних предельно допустимых значений.With the simultaneous inclusion of devices in several adjacent zones, the mutual temperature influence of neighboring zones is taken into account. Since each radiation panel is designed for the maximum thermal load from the switched on devices with the power supply switched off, by switching off the heaters it is possible to reach a temperature level below the upper maximum permissible values.
До завершения работы приборов на m-м интервале, оценивают тепловые потоки для (m+1)-го интервала и в зависимости от выполнения условия (5), в начале очередного интервала, производят вышеуказанным образом повторное терморегулирование приборных панелей КА с помощью ЭН, установленных на ТТ.Prior to completing the operation of the devices on the m-th interval, heat fluxes for the (m + 1) -th interval are estimated and, depending on the fulfillment of condition (5), at the beginning of the next interval, re-thermoregulation of the KA dashboards is carried out in the aforementioned manner using the electric motors installed on TT.
В случае изменения внешних тепловых потоков, воздействующих на панели, производят повторные циклы по выравниванию тепловых потоков в зонах на нижних предельных уровнях температур, принадлежащих допустимому диапазону. Далее осуществляют терморегулирование с учетом нового равномерного распределения тепловых потоков на панели.In the event of a change in the external heat fluxes acting on the panels, repeated cycles are performed to equalize the heat fluxes in the zones at the lower limit temperature levels belonging to the permissible range. Next, thermoregulation is carried out taking into account the new uniform distribution of heat fluxes on the panel.
В рассматриваемом примере "существенное изменение внешнего теплового потока", воздействующего на панель, можно считать при изменении угла γ на ~4°, см. [1], а также сезонном изменении qsm на ~3% от текущего значения.In the considered example, a “significant change in the external heat flux” acting on the panel can be considered when the angle γ is changed by ~ 4 °, see [1], and also as the seasonal change in q sm by ~ 3% of the current value.
В случае продолжительной постоянной работы приборов на панелях уменьшают подвод тепла в зоны их установки путем отключения ЭН указанных зон.In the case of continuous continuous operation of the devices on the panels, the heat supply to the zones of their installation is reduced by turning off the electric power of the indicated zones.
Если предположить, что приборный состав, расположенный на панели (см. фиг.1), относится к БРК ГСС, то после тестирования бортовых ретрансляторов их включают на постоянную работу.If we assume that the instrumentation located on the panel (see Fig. 1) refers to the DBK GSS, then after testing the on-board repeaters they are turned on for permanent operation.
Следовательно, указанные приборы самостоятельно, постоянно нагревают панель до определенного равновесного состояния. В таких случаях суточные изменения температур будут зависеть, в основном, от освещенности панели Солнцем, зависящей в годовых циклах от изменяющегося его угла возвышения над экватором.Therefore, these devices independently, constantly heat the panel to a certain equilibrium state. In such cases, daily temperature changes will depend mainly on the illumination of the panel by the Sun, which depends in annual cycles on its elevation angle above the equator.
Поэтому, после отключения ЭН, измеренные температуры в зонах сравнивают с их допустимыми верхними и нижними предельными значениями. В случае достижения температурами нижних допустимых пределов, осуществляют равномерный подвод тепла в зоны путем включения ЭН до получения температур в зонах выше нижних предельных значений, принадлежащих допустимому диапазону. Охлаждение панели до нижних предельных температур при работающих приборах возможно лишь в том случае, если она на продолжительных интервалах времени не освещается Солнцем.Therefore, after switching off the power supply, the measured temperatures in the zones are compared with their permissible upper and lower limit values. If the temperatures reach the lower permissible limits, the heat is supplied evenly to the zones by switching on the electric heater until temperatures in the zones are above the lower limit values belonging to the permissible range. The cooling of the panel to the lower limit temperatures with operating devices is possible only if it is not illuminated by the Sun for long periods of time.
Например, приборы находятся на северной панели ГСС, см. [2], при наклонении Солнца над экватором со стороны южного полушария Земли.For example, the instruments are located on the northern panel of the GSS, see [2], when the Sun tilts above the equator from the southern hemisphere of the Earth.
В таких случаях, за счет тепловых потоков от ЭН выравнивают температуры в зонах на уровнях выше нижнего допустимого значения, соблюдая при этом принцип необходимой достаточности расходования электроэнергии на указанный нагрев.In such cases, due to the heat fluxes from the EH, the temperatures in the zones are equalized at levels above the lower permissible value, while observing the principle of the necessary sufficiency of energy consumption for the specified heating.
По мере роста температур на панели, при переходе наклонения Солнца в северное полушарие, уменьшают тепловые потоки в зоны установки приборов за счет частичного отключения ЭН, вплоть до их полного выключения.As the temperature on the panel rises, when the solar tilt transitions to the northern hemisphere, the heat fluxes to the instrument installation zones are reduced due to the partial shutdown of the electric motors, up to their complete shutdown.
В случаях достижения температурами верхних допустимых пределов в отдельных зонах уменьшают поток тепловой энергии в зону установки работающих приборов путем отключения ЭН в соседних зонах.In cases where the temperatures reach the upper permissible limits in individual zones, the flow of thermal energy to the installation zone of operating devices is reduced by switching off the power supply in neighboring zones.
Для рассматриваемого примера такой случай возможен лишь тогда, когда в соседних зонах ЭН были включены и выключены приборы. Если же приборы были выключены во всех зонах и был достигнут предельный температурный уровень, то указанную ситуацию необходимо рассматривать как нештатную. За собой она влечет принудительное отключение части приборов для уменьшения тепловой нагрузки на приборную панель.For the considered example, such a case is possible only when the devices were turned on and off in neighboring zones of the power supply. If the devices were turned off in all zones and the limit temperature level was reached, then this situation should be considered as an emergency. It entails the forced shutdown of part of the devices to reduce the heat load on the dashboard.
В случае изменения тепловых потоков соседних зон, вышеуказанным образом исключаем влияния, нарушающие их условия термостатирования путем настройки, например, ЭН соседних зон для работы на более низком уровне.In the case of changes in the heat fluxes of neighboring zones, in the above way, we eliminate the effects that violate their thermostating conditions by tuning, for example, the voltage of the neighboring zones to operate at a lower level.
Возможно также в определенных зонах попеременное включение 
где 
В процессе подвода указанной энергии, осуществляют ее равномерное распределение по всему заданному интервалу продолжительностью 
Например, в 1-й зоне, на 1-й панели постоянно работает 1-й прибор мощностью 
Тогда на время отключения 2-го прибора для выравнивания температур в зоне при помощи ЭН необходимо на 4-х часовом интервале подвести 100 Вт·час тепловой энергии. Поскольку в зоне стоит два ЭН, мощностью каждый 20 Вт, то равномерный подвод можно осуществить непрерывной работой одного из них (всего 80 Вт·час), с подключением второго ЭН в дискретном режиме работы при общей продолжительности 1 час. При этом включения второго ЭН производятся в начале каждого часа 
Если указанная дискретность включения-выключения второго ЭН будет приводить к скоростям изменения температур, не соответствующим требованиям по эксплуатации приборов, то частоту включений ЭН можно увеличить при сохранении общей продолжительности его работы. Изменением указанной частоты добиваемся необходимой достаточности включения ЭН для допустимых изменений температур в зоне установки приборов.If the indicated on-off discreteness of the second power supply will lead to temperature changes that do not meet the requirements for the operation of the devices, then the power-on frequency of the power supply can be increased while maintaining the total duration of its operation. By changing the indicated frequency, we achieve the necessary sufficiency of switching on the power supply for permissible temperature changes in the installation zone of the devices.
В процессе управления тепловыми потоками продолжаем контролировать температуры в зонах. Для этого измеренные значения температур сравнивают с верхними и нижними предельными значениями. И в случае достижения температурами нижнего предельного значения включают ЭН и осуществляют равномерный подвод тепловой энергии в зоны установки включенных приборов на m-х интервалах заданной продолжительности до получения значений выравненных температур выше указанного уровня.In the process of controlling heat fluxes, we continue to control temperatures in the zones. For this, the measured temperature values are compared with the upper and lower limit values. And if the temperatures reach the lower limit value, they turn on the EH and carry out a uniform supply of thermal energy to the installation zones of the switched-on devices at m-intervals of a given duration until the values of equalized temperatures above the specified level are obtained.
А в случае достижения верхнего предельного значения уменьшают поток тепловой энергии в зоны установки приборов. Для этого уменьшают продолжительность включения ЭН на промежуточных интервалах отключения приборов, вплоть до их полного отключения. После получения температур ниже верхнего предельного уровня, за счет дискретности включения ЭН, выравниваем температуры в зонах. При этом одновременно добиваются, чтобы скорости изменения температур, вызванные работой ЭН в зонах расположения приборов, не превышали допустимых для них изменений в соответствии с эксплуатационными требованиями.And in case of reaching the upper limit value, reduce the flow of thermal energy into the installation zone of the devices. To do this, reduce the duration of the inclusion of electric power at intermediate intervals off devices, up to their complete shutdown. After obtaining temperatures below the upper limit level, due to the discreteness of switching on the power supply, we equalize the temperatures in the zones. At the same time, they strive to ensure that the rate of temperature change caused by the operation of the electric motors in the areas where the devices are located does not exceed the permissible changes for them in accordance with operational requirements.
В случае дальнейшего повышения температур в зонах после полного отключения ЭН, уменьшают поток тепловой энергии путем отключения ЭН в соседних зонах до получения выравненных температур меньше верхних допустимых значений в пределах допустимого диапазона. Отключение ЭН в соседних зонах проводят с необходимой достаточностью, обеспечивающей их термостатирование. Поскольку уменьшается величина тепловых потоков в соседних зонах, то охлаждение не должно приводить к нарушению нижних предельно допустимых границ.In the case of a further increase in temperature in the zones after a complete shutdown of the EH, the flow of thermal energy is reduced by turning off the EH in the neighboring zones until equalized temperatures are lower than the upper allowable values within the allowable range. Switching off the electric motors in neighboring zones is carried out with the necessary sufficiency, ensuring their thermostating. Since the value of heat fluxes decreases in neighboring zones, cooling should not lead to a violation of the lower maximum permissible limits.
На фиг.2 показаны термоциклические изменения температуры Т (τ) в трех зонах установки приборов. При этом приводятся полученные по телеметрии с борта КА средние измеренные значения температур от трех датчиков 5, установленных в каждой из зон (см. фиг.1) ДТ 1, 2, 3. Из фиг.2 видно, что примерно в каждом часе полетных суток КА температуры в зонах изменяются от ~5°С до ~19°С.Figure 2 shows thermocyclic changes in temperature T (τ) in three zones of installation of devices. In this case, the average measured temperatures obtained from telemetry from the spacecraft are given from three
На фиг.3 показан пример графика с высокой скоростью изменения средней температуры в одной из зон терморегулирования КА. При этом скорость роста температуры с ~18:30 до ~19:30 декретного московского времени составила ~5,5 град/час, а скорость падения - с ~20:30 до ~21:30 составил ~8,5 град/час.Figure 3 shows an example of a graph with a high rate of change in the average temperature in one of the spacecraft thermal control zones. In this case, the rate of temperature increase from ~ 18: 30 to ~ 19: 30 of the Moscow time was ~ 5.5 deg / h, and the rate of fall - from ~ 20: 30 to ~ 21: 30 was ~ 8.5 deg / h.
Необходимо также отметить, что указанные на фиг.2 и фиг.3 изменения температур происходили в пределах допустимого диапазона термостатирования (0...35)°С.It should also be noted that the temperature changes indicated in FIG. 2 and FIG. 3 occurred within the permissible temperature control range (0 ... 35) ° C.
На фиг.4 приведен пример выравненных значений температур, в 4-х зонах на приборной радиационной панели, полученных за счет терморегулирования ТТ с помощью ЭН предлагаемым способом (см. фиг.1). При этом показаны средние значения измеренных температур в зонах Т31, ..., Т34, полученные по телеметрии с борта КА.Figure 4 shows an example of the aligned temperature values in 4 zones on the dashboard radiation panel obtained by thermoregulation of the TT using the EH by the proposed method (see figure 1). At the same time, the average values of the measured temperatures in the zones T 31 , ..., T 34 shown by telemetry from the spacecraft are shown.
Как видно из графиков, относительно своих средних значений, в каждой зоне температуры изменяются на ~(±1°С) со скоростями, зависящими от настройки ЭН, не превышающими 0,5 град/час.As can be seen from the graphs, with respect to their average values, in each zone the temperatures change by ~ (± 1 ° C) with speeds that depend on the settings of the electric motors, not exceeding 0.5 deg / h.
Рассмотренный пример с радиационной приборной панелью является наиболее типичным для терморегулирования ТТ с ЭН. Однако предложенный способ может использоваться и в любых других системах охлаждения авиаэлектроники, снабженных ТТ с ЭН, см. [3].The considered example with a radiation dashboard is the most typical for thermal regulation of CTs with electric motors. However, the proposed method can be used in any other avionics cooling systems equipped with current transformers with electric motors, see [3].
Известно, что ряд приборов содержит в себе свои собственные контура термостатирования. Например, два контура термостатирования содержит гироскопический измеритель вектора скорости: первый контур термостатирования основания прибора и второй контур термостатирования (прецизионный) чувствительного элемента прибора, см. [4].It is known that a number of devices contain their own temperature control circuits. For example, two thermostatic circuits contain a gyroscopic meter of the velocity vector: the first thermostatic circuit of the base of the device and the second thermostatic circuit (precision) of the sensitive element of the device, see [4].
Контур термостатирования основания представляет собой реверсивную систему, работающую в режиме подогрева основания, в диапазоне температур в зоне установки прибора 0-15°С, и в режиме охлаждения основания, в диапазоне температур в указанной зоне 15-35°С.The base temperature control loop is a reversible system operating in the base heating mode, in the temperature range in the installation zone of the device 0-15 ° C, and in the cooling mode of the base, in the temperature range in the specified zone 15-35 ° C.
В каждом цикле изменения температур в зоне установки прибора происходит (см. фиг.2) пересечение пограничной температуры 15°С, при этом в течение 1 часа основание прибора, как минимум, один раз будет подогреваться и охлаждаться. Указанный температурный режим приводит к колебательным температурным процессам внутри прибора. Очевидно, что после нескольких тысяч указанных циклов за время эксплуатации, которым прибор может быть подвергнут, внутри его могут произойти нерасчетные физические изменения.In each cycle of temperature changes in the installation zone of the device (see Fig. 2), the border temperature is crossed at 15 ° C, while the base of the device will be heated and cooled at least once during 1 hour. The specified temperature conditions leads to oscillatory temperature processes inside the device. Obviously, after several thousand of these cycles during the operation that the device can be subjected to, non-calculated physical changes can occur inside it.
Различного рода тепловые переходные процессы, например, могут нарушить схему управления тепловой мощностью системы термостатирования блока чувствительных элементов и привести к ее отказу.Various kinds of thermal transients, for example, can disrupt the control circuit of the thermal power of the temperature control system of the block of sensitive elements and lead to its failure.
К замечаниям могут также привести усталостные дефекты в материалах приборных элементов, вызванные воздействием на них объемного и линейного температурных расширений, а также проявлением «эффекта температурной памяти формы» интерметаллическими соединениями, которые прибор может содержать.Fatigue defects in the materials of instrument elements can also lead to comments, caused by the effect of volumetric and linear temperature expansions on them, as well as the manifestation of the “temperature shape memory effect” by intermetallic compounds that the device may contain.
Указанные изменения будут носить явно нерасчетный характер и могут привести к отказу прибора. Подвергнуть прибор испытаниям на земле с целью проверки на отказоустойчивость, полностью имитируя при этом указанные температурные условия эксплуатации в условиях космического полета, практически невозможно. В этом и заключается нерасчетность ситуации.These changes will be clearly off-design in nature and may lead to device failure. It is practically impossible to test the device on the ground in order to check for fault tolerance, while fully simulating the indicated temperature operating conditions in space flight conditions. This is where the situation is not calculated.
Как показывает опыт эксплуатации, в условиях космического полета электроника бортовой аппаратуры КА, систематически подвергаемая температурным воздействиям, указанным на фиг.2 и фиг.3, более быстро выходит из строя или более быстро ухудшаются ее выходные рабочие характеристики, чем в случаях поддержания в зонах установки приборов выравненных температур (см. фиг.4). Тем самым, убрав указанные негативные температурные факторы, повышаем надежность в работе бортовых систем КА и продлеваем срок его эксплуатации.As the operating experience shows, in space flight, the electronics of the spacecraft onboard equipment, systematically subjected to the temperature influences indicated in Fig. 2 and Fig. 3, more quickly fail or its output performance deteriorates more quickly than in cases of maintenance in the installation zones instruments of equalized temperatures (see figure 4). Thus, removing the indicated negative temperature factors, we increase the reliability of the spacecraft onboard systems and extend its life.
Источники информацииInformation sources
1. Акчурин В.П. и др. Система терморегулирования космического аппарата. Патент РФ 2221733.1. Akchurin V.P. and other spacecraft thermal control system. RF patent 2221733.
2. Ашурков Е.А. и др. Космический аппарат блочно-модульного исполнения. Патент РФ 2092398.2. Ashurkov E.A. and others. Spacecraft block-modular execution. RF patent 2092398.
3. Навигация, наведение и стабилизация в космосе. Москва, Машиностроение, 1970 г.3. Navigation, guidance and stabilization in space. Moscow, Engineering, 1970
4. Гироскопический измеритель вектора угловой скорости КА. РКК «Энергия» им. С.П.Королева, 1999 г.4. Gyroscopic meter of the angular velocity vector of the spacecraft. RSC "Energy" named after S.P. Koroleva, 1999
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005140952/11A RU2322375C2 (en) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | Method of temperature control of thermal tubes with electric heaters on spacecraft instrument panels |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005140952/11A RU2322375C2 (en) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | Method of temperature control of thermal tubes with electric heaters on spacecraft instrument panels |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005140952A RU2005140952A (en) | 2007-07-10 |
| RU2322375C2 true RU2322375C2 (en) | 2008-04-20 |
Family
ID=38316306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005140952/11A RU2322375C2 (en) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | Method of temperature control of thermal tubes with electric heaters on spacecraft instrument panels |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2322375C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2481254C2 (en) * | 2011-08-05 | 2013-05-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Spaceship thermal simulator |
-
2005
- 2005-12-28 RU RU2005140952/11A patent/RU2322375C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЕЛИСЕЕВ А.С. Техника космических полетов. - М.: Машиностроение, 1983, с.189-195. Гироскопический измеритель вектора угловой скорости КА. РКК «Энергия» им. С.П.Королева, 1999. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2481254C2 (en) * | 2011-08-05 | 2013-05-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Spaceship thermal simulator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005140952A (en) | 2007-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gholamibozanjani et al. | Model predictive control strategy applied to different types of building for space heating | |
| US20200149768A1 (en) | Air handling unit and rooftop unit with predictive control | |
| CN102981081B (en) | Evaluation method of thermal vacuum environmental adaptability of elements and components for spacecraft | |
| CN103914092B (en) | System-level thermal vacuum test on-board equipment temperature-controlled process | |
| Sovey et al. | Development of an ion thruster and power processor for New Millennium's Deep Space 1 Mission | |
| RU2322376C2 (en) | Method of temperature control of thermal tubes with electric heaters on spacecraft instrument panels | |
| RU2322375C2 (en) | Method of temperature control of thermal tubes with electric heaters on spacecraft instrument panels | |
| Baars et al. | Thermal control of the IRAM 30-m millimeter radio telescope | |
| Choi | Thermal vacuum/balance test results of swift BAT with loop heat pipe thermal system | |
| RU2304071C2 (en) | Method of control of temperature of spacecraft onboard equipment | |
| RU2586783C1 (en) | Method of controlling thermal control system of radiation panels of spacecraft at failures and failures of temperature sensors | |
| RU2676596C1 (en) | Spacecraft thermal control device | |
| RU2586808C1 (en) | Method of controlling thermal control system of radiation panel spacecraft | |
| RU2711407C1 (en) | Method of spacecraft thermal vacuum testing | |
| CN112462816B (en) | Self-adaptive temperature control method for improving temperature stability of system | |
| JP2005018352A (en) | Temperature control system and method | |
| Fellin et al. | Proposal of cooling plant, for SPIDER and MITICA experiments | |
| Molina et al. | AMS-02 thermal vacuum and thermal balance test in the LSS at ESTEC | |
| RU2310587C2 (en) | Method of temperature control of spacecraft radiation panels | |
| RU2579374C1 (en) | Spacecraft power supply system | |
| KR19990085581A (en) | Thermal Vacuum Chamber Using Heater Plate | |
| Savage et al. | A variable-conductance heat pipe radiator for MAROTS-Type communication spacecraft | |
| RU2543433C2 (en) | Spacecraft | |
| Jakel et al. | The thermal control system of the Faint Object Camera/FOC | |
| Santos et al. | Thermal Balance and Thermal Vacuum Test of the CBERS 4A Satellite Performed at INPE, Brazil. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091229 |