RU2447003C1

RU2447003C1 - Spaceship thermal module

Info

Publication number: RU2447003C1
Application number: RU2010135082/11A
Authority: RU
Inventors: Николай Алексеевич Тестоедов (RU); Николай Алексеевич Тестоедов; Виктор Евгеньевич Косенко (RU); Виктор Евгеньевич Косенко; Владимир Афанасьевич Бартенев (RU); Владимир Афанасьевич Бартенев; Владимир Иванович Халиманович (RU); Владимир Иванович Халиманович; Анатолий Петрович Колесников (RU); Анатолий Петрович Колесников; Василий Владимирович Попов (RU); Василий Владимирович Попов; Роман Петрович Туркенич (RU); Роман Петрович Туркенич; Игорь Васильевич Легостай (RU); Игорь Васильевич Легостай; Георгий Владимирович Акчурин (RU); Георгий Владимирович Акчурин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2012-04-10

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to ground simulation of thermal control system operation, primarily, of telecommunication satellites equipped with duplicate liquid circuits. In testing thermal model in both standard liquid circuits, standard liquid heat carrier circulates. One shared hydraulic accumulator (instead of two) is used to maintain operating pressure in said liquid circuits, accumulator chamber being communicated with liquid lines of both circuits. Electrically driven pump units arranged in every liquid circuit ensure required flow rates of heat carrier. Said pump units comprises one main hydraulic pump, with no standby pump.

EFFECT: simplified design.

2 dwg

Description

Изобретение относится к космической технике, в частности к теплофизическим моделям (тепловым макетам) телекоммуникационных спутников.The invention relates to space technology, in particular to thermophysical models (thermal models) of telecommunication satellites.

Согласно патенту Российской Федерации (РФ) №2139228 [1] известен тепловой макет (теплофизическая модель) космического аппарата (КА), система терморегулирования (СТР) которого, в частности, в части устройств СТР: гидроблока - электронасосного агрегата (ЭНА) и компенсатора объема (гидроаккумулятора), установленных в жидкостном контуре и обеспечивающих соответственно требуемые (штатные) величины расхода и давления циркулирующего в жидкостных трактах теплоносителя, соответствует штатному составу.According to the patent of the Russian Federation (RF) No. 2139228 [1] there is a known thermal model (thermophysical model) of a spacecraft (SC), the thermal control system (CTP) of which, in particular, in the part of CTP devices: a hydraulic unit - an electric pump unit (ENA) and a volume compensator (accumulator) installed in the liquid circuit and providing, respectively, the required (standard) flow rate and pressure of the coolant circulating in the liquid paths, corresponds to the standard composition.

В настоящее время СТР мощных телекоммуникационных спутников с длительным сроком эксплуатации на орбите (не менее 15 лет) и с высокой надежностью (с вероятностью безотказной работы в течение 15 лет не менее 0,99) содержат (см. патент RU 2346861 С2 [2]) два гидравлически независимых друг от друга дублированных жидкостных контура, в каждом из которых применяется по одному гидроаккумулятору и по одному ЭНА, состоящему из двух гидронасосов (основного - работающего и резервного, находящегося в ненагруженном режиме) с автономными электродвигателями, прикрепленными к фланцам общего корпуса ЭНА.Currently, STRs of powerful telecommunication satellites with a long lifetime in orbit (at least 15 years) and high reliability (with a probability of failure-free operation for at least 15 years for at least 0.99) contain (see patent RU 2346861 C2 [2]) two hydraulically independent from each other duplicated liquid circuits, each of which uses one hydraulic accumulator and one ENA, consisting of two hydraulic pumps (the main one - working and standby, in unloaded mode) with autonomous motors, lennymi flanges general ENA body.

В случае разработки теплофизической модели спутника [2] ее СТР согласно [1], в частности, в части ЭНА и гидроаккумуляторов должна быть штатной, т.е. в каждом контуре должны быть по одному штатному ЭНА и штатному гидроаккумулятору.In the case of the development of a thermophysical satellite model [2], its STR according to [1], in particular, in terms of ENA and hydraulic accumulators should be standard, i.e. in each circuit there should be one full-time ENA and a full-time accumulator.

Анализ, проведенный авторами, показал, что изготовление и тепловые испытания теплофизической модели спутника по продолжительности не превышают 6-9 месяцев и за это время вероятность отказа как работающего гидронасоса, так и гидроаккумулятора пренебрежимо мала и в составе каждого жидкостного контура возможно применять ЭНА, содержащий только основной гидронасос, а для дублированных жидкостных контуров применять один общий гидроаккумулятор, что позволит обеспечить упрощение конструкции теплофизической модели спутника и снизить затраты (трудоемкости, материалов, комплектующих) при изготовлении теплофизической модели спутника.The analysis conducted by the authors showed that the production and thermal tests of the satellite’s thermophysical model do not exceed 6–9 months in duration and during this time the probability of failure of both the working hydraulic pump and the hydraulic accumulator is negligible and it is possible to use an ENA containing only the main hydraulic pump, and for duplicated liquid circuits to use one common hydraulic accumulator, which will allow to simplify the design of the thermophysical model of the satellite and reduce costs (labor, materials, components) in the manufacture of a thermophysical satellite model.

Как показано выше, известное техническое решение [2], которое взято за прототип, в составе теплофизической модели спутника обладает существенными недостатками: сложностью конструкции и повышенными экономическими затратами при изготовлении.As shown above, the well-known technical solution [2], which is taken as a prototype, in the composition of the thermophysical model of the satellite has significant drawbacks: the complexity of the design and increased economic costs in the manufacture.

Теплофизическая модель спутника [2], выполненная на основе известного технического решения [1], включает в себя следующие основные элементы (см. фиг.1):1 - теплофизическая модель спутника; 2 - первый жидкостный контур (с первыми жидкостными трактами); 3 - второй жидкостный контур (со вторыми жидкостными трактами) (в первом и втором жидкостных контурах установлены идентичные элементы; номера позиций элементов второго жидкостного контура условно не показаны - одинаковые элементы в контурах имеют одинаковые номера позиций); 4 - тепловые имитаторы приборов и устройства спутника, установленные на внутренней обшивке сотовой панели 5, общей для контуров 2 и 3, через которую проложены рядом расположенные коллекторы 6 дублированных жидкостных контуров 2 и 3, а на внутренней обшивке рядом с имитаторами 4 установлены тепловые трубы 7, 8; 9 - оптический солнечный отражатель, приклеенный к поверхности наружной обшивки сотовой панели 5; 10 - тепловые имитаторы приборов и устройств спутника, установленные на внутренней обшивке сотовой панели 11, общей для контуров 2 и 3, в которую встроены тепловые трубы 12, 13, а на внутренней обшивке рядом с имитаторами 10 установлены коллекторы 14 дублированных жидкостных контуров 2 и 3; 15 - оптический солнечный отражатель, приклеенный к поверхности наружной обшивки сотовой панели 11; 16 - гидроаккумулятор первого жидкостного контура 2 содержит: жидкостную полость 16.1, соединенную соединительным трубопроводом 16.2 с первым жидкостным трактом контура 2 вблизи входа в ЭНА 17 первого контура, и газовую полость 16.3, разделенную сильфоном 16.4 от жидкостной полости 16.1, заправленную двухфазным рабочим телом; 17 - ЭНА первого жидкостного контура содержит: 17.1 - корпус ЭНА; 17.2 - основной электропривод с крыльчаткой (основной гидронасос); 17.3 - резервный электропривод с крыльчаткой (резервный гидронасос) (при неработающем резервном гидронасосе его выход закрыт перекидным клапаном 17.1.1).The thermophysical model of the satellite [2], made on the basis of the well-known technical solution [1], includes the following main elements (see figure 1): 1 - thermophysical model of the satellite; 2 - the first fluid circuit (with the first fluid paths); 3 - a second liquid circuit (with second liquid circuits) (identical elements are installed in the first and second liquid circuits; the position numbers of the elements of the second liquid circuit are conventionally not shown - the same elements in the circuits have the same position numbers); 4 - thermal simulators of instruments and satellite devices installed on the inner skin of the honeycomb panel 5, common for circuits 2 and 3, through which adjacent collectors 6 of duplicated liquid circuits 2 and 3 are laid, and heat pipes 7 are installed on the inner skin next to the simulators 4 , 8; 9 - an optical solar reflector glued to the surface of the outer skin of the honeycomb panel 5; 10 - thermal simulators of satellite instruments and devices installed on the inner skin of the honeycomb panel 11, common for circuits 2 and 3, in which heat pipes 12, 13 are embedded, and on the inner skin next to the simulators 10, collectors 14 of duplicated liquid circuits 2 and 3 are installed ; 15 is an optical solar reflector glued to the surface of the outer skin of the honeycomb panel 11; 16 - a hydraulic accumulator of the first liquid circuit 2 contains: a liquid cavity 16.1 connected by a connecting pipe 16.2 to the first liquid path of the circuit 2 near the entrance to the ENA 17 of the first circuit, and a gas cavity 16.3 separated by a bellows 16.4 from the liquid cavity 16.1, filled with a two-phase working fluid; 17 - ENA of the first liquid circuit contains: 17.1 - ENA housing; 17.2 - the main electric drive with an impeller (main hydraulic pump); 17.3 - standby electric drive with an impeller (standby hydraulic pump) (when the standby hydraulic pump does not work, its output is closed by a cross over valve 17.1.1).

Как показано выше, известное техническое решение [2] в составе теплофизической модели спутника обладает существенными недостатками: сложностью конструкции и повышенными экономическими затратами при изготовлении.As shown above, the known technical solution [2] in the composition of the thermophysical model of the satellite has significant drawbacks: the complexity of the design and increased economic costs in the manufacture.

Целью предлагаемого авторами нового технического решения является устранение вышеуказанных существенных недостатков.The aim of the proposed new technical solution is to eliminate the above significant disadvantages.

Поставленная цель достигается тем, что в теплофизической модели космического аппарата, содержащей сотовые панели, на внутренних обшивках которых установлены тепловые имитаторы приборов и устройств аппарата, а поверхности внешних обшивок выполняют функции радиатора, и систему терморегулирования, включающую тепловые трубы, часть из которых встроена в сотовые панели, а другая часть установлена на них, и дублированные жидкостные контуры с жидкостными трактами с коллекторами, часть из которых встроена в сотовые панели, а другая часть установлена на внутренних обшивках панелей, и устройствами, обеспечивающими требуемые величины расходов и давлений циркулирующего по контурам теплоносителя, в системе терморегулирования установлен один общий для дублированных жидкостных контуров гидроаккумулятор, при этом точки соединения жидкостной полости гидроаккумулятора с дублированными жидкостными трактами на входах в электронасосные агрегаты выполнены на одном уровне относительно уровня Земли, причем фланцы корпусов электронасосных агрегатов для монтажа резервных электродвигателей с крыльчатками герметично закрыты крышками, что и является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого авторами технического решения.This goal is achieved by the fact that in the thermophysical model of the spacecraft containing honeycomb panels, on the inner shells of which are installed heat simulators of devices and devices of the apparatus, and the surfaces of the outer shells act as a radiator, and a temperature control system, including heat pipes, some of which is built into the cellular panels, and the other part is installed on them, and duplicated liquid circuits with liquid paths with collectors, some of which are built into the honeycomb panels, and the other part is installed it is mounted on the inner panel skins, and with devices providing the required flow rates and pressures circulating along the coolant circuits, the thermal control system has one hydraulic accumulator common to duplicated liquid circuits, while the connection points of the hydraulic accumulator cavity with duplicated liquid paths at the inlets of electric pump units are made one level relative to the level of the Earth, and the flanges of the housings of the electric pump units for the installation of backup electric motors Ateliers with impellers are hermetically sealed with covers, which, according to the authors, are essential distinguishing features of the technical solution proposed by the authors.

В результате анализа, проведенного авторами известной патентной и научно-технической литературы, предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого технического решения в известных источниках информации не обнаружено и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемой теплофизической модели космического аппарата.As a result of the analysis conducted by the authors of the well-known patent and scientific and technical literature, the proposed combination of significant distinguishing features of the claimed technical solution was not found in the known information sources and, therefore, the known technical solutions do not exhibit the same properties as in the claimed thermophysical model of the spacecraft.

На фиг.2 изображена принципиальная схема предложенной теплофизической модели космического аппарата, где: 1 - теплофизическая модель спутника; 2 - первый жидкостный контур (с первыми жидкостными трактами); 3 - второй жидкостный контур (со вторыми жидкостными трактами); 4 - тепловые имитаторы приборов и устройства спутника, установленные на внутренней обшивке сотовой панели 5, общей для контуров 2 и 3, через которую проложены рядом расположенные коллекторы 6 дублированных жидкостных контуров 2 и 3, а на внутренней обшивке рядом с имитаторами 4 установлены тепловые трубы 7, 8; 9 - оптический солнечный отражатель, приклеенный к поверхности наружной обшивки сотовой панели 5; 10 - тепловые имитаторы приборов и устройств спутника, установленные на внутренней обшивке сотовой панели 11, общей для контуров 2 и 3, в которую встроены тепловые трубы 12, 13, а на внутренней обшивке рядом с имитаторами 10 установлены коллекторы 14 дублированных жидкостных контуров 2 и 3; 15 - оптический солнечный отражатель, приклеенный к поверхности наружной обшивки сотовой панели 11; 16 - гидроаккумулятор, общий для первого и второго жидкостных контуров, содержит: жидкостную полость 16.1, соединенную соединительными трубопроводами 16.2 и 16.5 (выполненные одинаковой длиной или с одинаковыми гидравлическими сопротивлениями, например в случае различных длин 16.2 и 16.5) с первым и вторым жидкостными трактами вблизи входов в ЭНА 17 и 19 первого и второго контуров, и газовую полость 16.3, разделенную сильфоном 16.4 от жидкостной полости 16.1, заправленную двухфазным рабочим телом; 17 - ЭНА первого жидкостного контура содержит: 17.1 - корпус ЭНА; 17.2 - основной электропривод с крыльчаткой (основной гидронасос) (при работе основного гидронасоса выход резервного гидронасоса закрыт перекидным клапаном 17.1.1 (19.1.1)); 17.4 - крышка на фланце для монтажа резервного электродвигателя с крыльчаткой ЭНА 17 (которые в составе ЭНА 17 отсутствуют); 19 - ЭНА второго жидкостного контура содержит: 19.1 - корпус ЭНА; 19.2 - основной электропривод с крыльчаткой (основной гидронасос); 19.4 - крышка на фланце для монтажа резервного электродвигателя с крыльчаткой ЭНА 19 (которые в составе ЭНА 19 отсутствуют).Figure 2 shows a schematic diagram of the proposed thermophysical model of the spacecraft, where: 1 - thermophysical model of the satellite; 2 - the first fluid circuit (with the first fluid paths); 3 - second fluid circuit (with second fluid paths); 4 - thermal simulators of instruments and satellite devices installed on the inner skin of the honeycomb panel 5, common for circuits 2 and 3, through which adjacent collectors 6 of duplicated liquid circuits 2 and 3 are laid, and heat pipes 7 are installed on the inner skin next to the simulators 4 , 8; 9 - an optical solar reflector glued to the surface of the outer skin of the honeycomb panel 5; 10 - thermal simulators of satellite instruments and devices installed on the inner skin of the honeycomb panel 11, common for circuits 2 and 3, in which heat pipes 12, 13 are embedded, and on the inner skin next to the simulators 10, collectors 14 of duplicated liquid circuits 2 and 3 are installed ; 15 is an optical solar reflector glued to the surface of the outer skin of the honeycomb panel 11; 16 - a hydraulic accumulator common to the first and second liquid circuits, contains: a liquid cavity 16.1 connected by connecting pipelines 16.2 and 16.5 (made of the same length or with the same hydraulic resistance, for example in the case of different lengths 16.2 and 16.5) with the first and second liquid paths near entrances to the ENA 17 and 19 of the first and second circuits, and the gas cavity 16.3, separated by a bellows 16.4 from the liquid cavity 16.1, filled with a two-phase working fluid; 17 - ENA of the first liquid circuit contains: 17.1 - ENA housing; 17.2 - the main electric drive with an impeller (the main hydraulic pump) (during operation of the main hydraulic pump, the output of the backup hydraulic pump is closed by the cross over valve 17.1.1 (19.1.1)); 17.4 - cover on the flange for mounting a backup electric motor with an impeller ENA 17 (which are not included in the ENA 17); 19 - ENA of the second liquid circuit contains: 19.1 - ENA housing; 19.2 - the main electric drive with an impeller (main hydraulic pump); 19.4 - a cover on the flange for mounting a backup electric motor with an impeller ENA 19 (which are not included in the ENA 19).

В результате выполнения точек соединения жидкостной полости гидроаккумулятора с дублированными жидкостными трактами на входах в ЭНА 17 и 19 (при этом на одинаковом расстоянии от них или с одинаковыми гидравлическими сопротивлениями) на одном уровне относительно уровня Земли исключается влияние давления столба теплоносителя на величину давления теплоносителя на входах в ЭНА - рабочее давление на входах в ЭНА будет практически одинаковым, равным требуемому давлению.As a result of the connection points of the liquid cavity of the accumulator with duplicated liquid paths at the entrances to the ENA 17 and 19 (at the same distance from them or with the same hydraulic resistances) at the same level relative to the ground level, the influence of the pressure of the coolant column on the value of the pressure of the coolant at the inputs in ENA - the working pressure at the inlet to the ENA will be almost the same, equal to the required pressure.

Наземные тепловые испытания предложенной теплофизической модели космического аппарата (тепловая отработка спутника) осуществляются следующим образом.Ground-based thermal tests of the proposed thermophysical model of the spacecraft (thermal development of the satellite) are carried out as follows.

Теплофизическая модель спутника установлена в термобарокамеру, в которой в процессе испытаний поддерживают вакуум (≈1·10^-5 мм рт.ст.), температуру экранов с жидким азотом на уровне ≈ минус 170°C. В процессе испытаний приборы и устройства функционируют согласно соответствующим циклограммам, включены в работу основные гидронасосы ЭНА, в частности, в обоих жидкостных контурах, и они обеспечивают величины расходов теплоносителя в жидкостных контурах, соответствующие величинам расходов теплоносителя в условиях орбитального функционирования спутника, и транспортируют избыточное тепло с теплонапряженных участков к холодным участкам. Требуемое рабочее давление на входах в ЭНА обоих контуров обеспечивает общий гидроаккумулятор в результате поддержания температуры газовой полости гидроаккумулятора в требуемом рабочем диапазоне и с учетом того, что точки соединения жидкостной полости гидроаккумулятора с дублированными жидкостными трактами на входах (например, на одинаковом расстоянии от ЭНА 17 и 19) расположены на одном уровне относительно уровня Земли, давление в газовой и жидкостных полостях гидроаккумулятора и далее - давления теплоносителя на входах в ЭНА - будет одинаковым и в требуемых рабочих диапазонах.The thermophysical model of the satellite is installed in a thermal chamber, in which during the test the vacuum is maintained (≈1 · 10 ^-5 mm Hg), and the temperature of the screens with liquid nitrogen is ≈ minus 170 ° C. In the process of testing, instruments and devices operate according to the corresponding cyclograms, the main EHA hydraulic pumps are included in the work, in particular, in both liquid circuits, and they provide the flow rates of the coolant in the fluid circuits that correspond to the flow rates of the coolant under the conditions of the satellite’s orbital functioning, and transport excess heat from heat-stressed areas to cold areas. The required working pressure at the entrances to the EIA of both circuits is ensured by a common accumulator as a result of maintaining the temperature of the gas cavity of the accumulator in the required operating range and taking into account that the connection points of the liquid cavity of the accumulator with duplicated liquid paths at the inlets (for example, at the same distance from ENA 17 and 19) are located at the same level relative to the level of the Earth, the pressure in the gas and liquid cavities of the accumulator and then - the pressure of the coolant at the entrances to the ENA - will be about the same and in the required operating ranges.

В настоящее время начата разработка теплофизической модели вновь создаваемого спутника, имеющего конструкцию в соответствии с предложенным авторами новым техническим решением, и анализ показал, что обеспечивается упрощение конструкции (требуется уменьшенное количество комплектующих: один гидроаккумулятор вместо двух; два электропривода ЭНА вместо четырех) и снижение экономических затрат (на 4-5 млн рублей) при изготовлении вышеназванной теплофизической модели, т.е. тем самым достигаются цели изобретения.Currently, the development of a thermophysical model of the newly created satellite, having a design in accordance with the new technical solution proposed by the authors, has begun, and analysis has shown that the design is simplified (a reduced number of components is required: one hydraulic accumulator instead of two; two ENA electric drives instead of four) and reduced economic costs (4-5 million rubles) in the manufacture of the above thermophysical model, i.e. thereby achieving the objectives of the invention.

Claims

A thermophysical model of a spacecraft containing honeycomb panels, on the inner shells of which thermal simulators of devices and apparatuses are installed, and the surfaces of the outer shells act as a radiator, a temperature control system that includes heat pipes, some of which are built into the honeycomb panels, and the other part is installed on them and duplicated fluid circuits with fluid paths having manifolds, some of which are built into the honeycomb panels, and the other part is installed on the inner paneling th, and with devices that provide the required flow rates and pressures of the coolant circulating along the circuits, characterized in that the thermal control system has one common accumulator for duplicated liquid circuits, while the connection points of the liquid cavity of the accumulator with duplicated liquid paths at the inlets of the electric pump units are made at one level relative to the level of the Earth, and the flanges of the housings of the electric pump units for the installation of backup electric motors from the wings glove hermetically sealed with covers.