RU2749928C1 - Космический аппарат - Google Patents
Космический аппарат Download PDFInfo
- Publication number
- RU2749928C1 RU2749928C1 RU2020115711A RU2020115711A RU2749928C1 RU 2749928 C1 RU2749928 C1 RU 2749928C1 RU 2020115711 A RU2020115711 A RU 2020115711A RU 2020115711 A RU2020115711 A RU 2020115711A RU 2749928 C1 RU2749928 C1 RU 2749928C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spacecraft
- heat
- devices
- complex
- mass
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/42—Arrangements or adaptations of power supply systems
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/42—Arrangements or adaptations of power supply systems
- B64G1/44—Arrangements or adaptations of power supply systems using radiation, e.g. deployable solar arrays
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
- F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
- F03G6/02—Devices for producing mechanical power from solar energy using a single state working fluid
- F03G6/04—Devices for producing mechanical power from solar energy using a single state working fluid gaseous
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области космической техники, а более конкретно к космическим аппаратам (КА). КА содержит систему терморегулирования с приборами для отбора, подвода и сброса тепла. Кроме того, КА включает систему электропитания с солнечными батареями, комплексом автоматики и стабилизации напряжения, аккумуляторными батареями. Имеется бортовой комплекс управления с бортовой вычислительной машиной. Между приборами подвода тепла и приборами сброса тепла системы терморегулирования введена микротурбина. К ней подключён электрогенератор, выходные клеммы которого с помощью кабеля соединены с комплексом автоматики и стабилизации напряжения системы электропитания. Достигается уменьшение массы КА.
Description
Изобретение относится к космической технике и может быть использовано, например, при создании телекоммуникационных космических аппаратов (КА).
Известно (см. патент RU № 2574499 [1]), что для обеспечения работоспособности любого элемента КА в космических условиях эксплуатации на орбите необходимо, в первую очередь, обеспечить поддержание их температур в требуемых рабочих диапазонах (в том числе системы электропитания (СЭП)), что в составе КА функционально обеспечивает СТР КА, и в связи с этим СТР является главной обеспечивающей работоспособность КА системой, определяющей его оптимальную конфигурацию и, следовательно, минимально возможную массу: в среднем СТР КА занимают 9% массы КА и удельные массовые затраты на отвод в космическое пространство 1 кВт тепловой выходной нагрузки - 22 кг/кВт.
Также важной обеспечивающей работоспособность КА системой, определяющей минимально возможную массу КА, является СЭП КА (см. патент RU № 2509691 [2]): СЭП в среднем занимают 20% массы КА и удельные массовые затраты на генерацию выходной электрической мощности - 207 кг/кВт.
Анализ, проведенный при создании мощного, например, КА с тепловой нагрузкой ≈18 кВт и соответственно с электрической мощностью СЭП 27÷30 кВт, показал: как СЭП, так и СТР имеют такие конструкции, которые обуславливают относительно повышенные массы их в общей массе КА (и из-за этого отсутствует возможность установки в составе полезной нагрузки дополнительной целевой аппаратуры, что существенно важно для телекоммуникационных КА).
Наиболее близким прототипом предлагаемого изобретения является [2].
Известный космический аппарат содержит СТР с приборами для отбора, подвода и сброса тепла, (например, в случае использования [1] – см. там фигуру 2 - испарители с капиллярными насосами выполняют функции приборов подвода тепла, а раскрываемые панели с их коллекторами выполняют функции приборов сброса тепла), СЭП, включающей солнечные батареи, комплекс автоматики и стабилизации напряжения (КАС), аккумуляторные батареи с устройством их контроля, аппарат также включает бортовой комплекс управления с бортовой вычислительной машиной.
Как выше показано, как СЭП, так и СТР имеют такие конструктивные особенности, которые обуславливают (в первую очередь – СЭП) относительно повышенные массы их в общей массе КА, что является существенным недостатком известного технического решения [2].
Технической проблемой изобретения является устранение вышеуказанного существенного недостатка.
Указанная техническая проблема решается за счет того, что в космический аппарат, содержащий систему терморегулирования с приборами для отбора, подвода и сброса тепла, систему электропитания, включающую солнечные батареи, комплекс автоматики и стабилизации напряжения, аккумуляторные батареи с устройством их контроля, бортовой комплекс управления с бортовой вычислительной машиной, между приборами подвода тепла и приборами отвода тепла системы терморегулирования введена микротурбина с подключённым к её ротору электрогенератором, выходные клеммы которого с помощью кабеля соединены с комплексом автоматики и стабилизации напряжения системы электропитания.
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 проявляет тех же свойств, что в заявляемом изобретении.
В настоящее время авторами разработан физический макет, и проведены его экспериментальные исследования. В соответствии с предложенным авторами изобретением применительно к КА с электрической мощностью СЭП 30 кВт, из них израсходуется в виде полезной выходной мощности полезной нагрузки в количестве не менее 12 кВт, а остальная мощность – 18 кВт превращается в тепловую нагрузку на СТР: в опытном образце физического макета КА согласно предложенному авторами изобретению в качестве СТР использована СТР, соответствующая фигуре 2 патента [1], в которой в результате циркуляции теплоносителя по замкнутому жидкостному контуру с помощью ЭНА 11 кВт излучается поверхностями панелей «+Z» и «-Z» МПН и МСС (см. фигуру 2 [1]), а 7 кВт тепла (аккумулированный в теплоносителе ЛЗ-ТК-2 при температуре не менее 60°С) поступает в испарители с капиллярными насосами - приборы подвода тепла (согласно принятому в [2] термину). В испарителях с капиллярными насосами - приборах подвода тепла циркулирующий в двухфазном контуре теплоноситель (ЛЗ-ТК-2) передает 3,5 кВт тепла рабочему телу (аммиаку), циркулирующему в контуре в результате функционирования капиллярного насоса (расход жидкого аммиака ≈ 4 г/с). При этом аммиак нагревается, затем испаряется и превращается полностью в пар высокого давления (≈ 2,31 МПа) с температурой, равной не менее 55°С. Далее вышеуказанный горячий пар аммиака из двух испарителей поступает на микротурбину и совершает работу, раскручивая ротор микротурбины и подключенного к ней электрогенератора, где происходит генерация электрического тока с выходным напряжением не менее 27 В, и по кабелю, соединяющему выходные клеммы электрогенератора с КАС, осуществляется передача электрической мощности, выработанной СТР, СЭП. После микротурбины парообразный аммиак поступает в коллекторы двух раскрываемых панелей - приборы сброса тепла (согласно принятому в [2] термину), где полностью конденсируется в результате излучения остаточного тепла с поверхностей раскрываемых панелей в космическое пространство. Далее полностью сконденсировавшийся аммиак поступает в капиллярные насосы, и в испарителях происходит снова кипение аммиака, и цикл заново повторяется.
Анализ предварительных опытных данных показывает, что реализация предложенных авторами изобретения обеспечивает:
1) из подведенных к двум раскрываемым панелям радиатора 7 кВт тепла, на выходе электрогенератора получена электрическая мощность ≈ 0,6 кВт с напряжением не менее 27 В и осуществлена подача этой мощности СЭП, т.е. коэффициент полезного действия предложенного технического решения обеспечивает не менее 8%;
2) при этом масса турбины с электрогенератором и кабелем, соединяющим его с СЭП, составляет не более 12 кг;
3) в результате уменьшения отводимой в космическое пространство двумя раскрываемыми панелями радиатора тепловой мощности с 7 кВт до (7 - 0,6) = 6,4 кВт уменьшается требуемая площадь раскрываемых панелей и, следовательно, уменьшается их масса суммарно на 14 кг;
4) в результате подвода к СЭП 0,6 кВт электрической мощности обеспечивается снижение требуемой площади СБ: согласно данным таблицы 4 источника информации “УДК 629.783. М.В.Лукьяненко, В.С.Кудряшов. Энерговооруженность космических аппаратов и бортовые источники электроэнергии” для существующих в настоящее время СЭП при К.П.Д. фотогенерирующей части СБ (26,5 - 29)% 1 кг массы СБ (фотогенерирующая часть и каркас панелей) обеспечивает ≈104 Вт/кг, т.е. обеспечивается снижение массы СЭП на (600 : 104) ≈ 6 кг. (Cледует отметить: из-за уменьшения нагрузки на СЭП также дополнительно уменьшится масса кабелей в составе СЭП).
Таким образом достигается технический результат, заключающийся в общем снижении массы КА: обеспечивается снижение массы СЭП на 6 кг, и массы СТР на 2 кг, и обеспечит повышение массы МПН на 8 кг, что существенно для телекоммуникационных КА.
Claims (1)
- Космический аппарат, содержащий систему терморегулирования с приборами для отбора, подвода и сброса тепла, систему электропитания, включающую солнечные батареи, комплекс автоматики и стабилизации напряжения, аккумуляторные батареи с устройством их контроля, бортовой комплекс управления с бортовой вычислительной машиной, отличающийся тем, что между приборами подвода тепла и приборами сброса тепла системы терморегулирования введена микротурбина с подключённым к её ротору электрогенератором, выходные клеммы которого с помощью кабеля соединены с комплексом автоматики и стабилизации напряжения системы электропитания.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020115711A RU2749928C1 (ru) | 2020-05-13 | 2020-05-13 | Космический аппарат |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020115711A RU2749928C1 (ru) | 2020-05-13 | 2020-05-13 | Космический аппарат |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2749928C1 true RU2749928C1 (ru) | 2021-06-21 |
Family
ID=76504749
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020115711A RU2749928C1 (ru) | 2020-05-13 | 2020-05-13 | Космический аппарат |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2749928C1 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2376693C2 (ru) * | 2004-12-16 | 2009-12-20 | Анил Ласанта Майкл ПЕРЕРА | Снижение себестоимости многовариантной выработки электроэнергии путем использования наиболее выгодного на данный момент варианта выработки |
US7893390B2 (en) * | 2008-03-13 | 2011-02-22 | Diehl Bgt Defence Gmbh & Co. Kg | Guided missile |
RU2446362C2 (ru) * | 2010-02-25 | 2012-03-27 | Георгий Михайлович Межлумов | Способ и устройство получения электроэнергии |
RU2509691C2 (ru) * | 2012-03-23 | 2014-03-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Космический аппарат |
RU2012158326A (ru) * | 2012-01-04 | 2014-07-10 | Дженерал Электрик Компании | Капсулирование генератора системы использования отходящего тепла |
RU2548992C2 (ru) * | 2013-03-27 | 2015-04-20 | Василий Иванович Котельников | Способ и устройство для генерирования электрической энергии в полевых условиях |
RU2614242C1 (ru) * | 2015-12-22 | 2017-03-24 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Электрохимический генератор |
-
2020
- 2020-05-13 RU RU2020115711A patent/RU2749928C1/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2376693C2 (ru) * | 2004-12-16 | 2009-12-20 | Анил Ласанта Майкл ПЕРЕРА | Снижение себестоимости многовариантной выработки электроэнергии путем использования наиболее выгодного на данный момент варианта выработки |
US7893390B2 (en) * | 2008-03-13 | 2011-02-22 | Diehl Bgt Defence Gmbh & Co. Kg | Guided missile |
RU2446362C2 (ru) * | 2010-02-25 | 2012-03-27 | Георгий Михайлович Межлумов | Способ и устройство получения электроэнергии |
RU2012158326A (ru) * | 2012-01-04 | 2014-07-10 | Дженерал Электрик Компании | Капсулирование генератора системы использования отходящего тепла |
RU2509691C2 (ru) * | 2012-03-23 | 2014-03-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Космический аппарат |
RU2548992C2 (ru) * | 2013-03-27 | 2015-04-20 | Василий Иванович Котельников | Способ и устройство для генерирования электрической энергии в полевых условиях |
RU2614242C1 (ru) * | 2015-12-22 | 2017-03-24 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Электрохимический генератор |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6179984B2 (ja) | 熱エネルギ蓄積装置 | |
JPH03181302A (ja) | 蒸留装置 | |
CN107180657A (zh) | 一种核电站多样化热阱系统传热性能试验系统和方法 | |
RU2749928C1 (ru) | Космический аппарат | |
JP2015516532A (ja) | ガスタービンにより加熱される高温バッテリー | |
JP6812252B2 (ja) | 水素製造設備、発電システム及び水素製造方法 | |
CN204552849U (zh) | 带有抽气回热的卡琳娜和有机郎肯热电联合循环系统 | |
US20150303524A1 (en) | Electrochemical storage of thermal energy | |
RU2614242C1 (ru) | Электрохимический генератор | |
US20020139409A1 (en) | Hybrid combustion power system | |
RU2522971C1 (ru) | Ядерная энергодвигательная установка | |
CN204967540U (zh) | 一种发电电动机的外蒸发式冷却系统 | |
RU2584607C1 (ru) | Автономная система энергоснабжения космических аппаратов | |
KR20200128594A (ko) | 증발 시의 잠열을 리사이클링하여 고효율 에너지 변환 사이클을 위한 시스템 | |
RU2441818C1 (ru) | Система терморегулирования космического аппарата | |
RU2282905C2 (ru) | Способ эксплуатации космической двухрежимной ядерно-энергетической установки с термоэмиссионным реактором-преобразователем и дополнительным преобразователем тепловой энергии в электрическую | |
KR102159718B1 (ko) | 가스-및-스팀 복합 사이클 전력 스테이션을 동작시키기 위한 방법 | |
CN107110571B (zh) | 用于循环运行热电式电池布置系统的方法和装置 | |
RU2806344C1 (ru) | Способ магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в электрическую замкнутого цикла и варианты устройств для его осуществления | |
CN204923541U (zh) | 一种利用发电电动机的余热制冷的冷却系统 | |
RU2086035C1 (ru) | Адиабатически изолированная атомная электростанция | |
CN220629303U (zh) | 基于离网光伏的热交换系统 | |
CN213602170U (zh) | 一种冷却装置 | |
RU2384491C2 (ru) | Система терморегулирования космического аппарата | |
KR20220114308A (ko) | 나노유체를 이용한 복합 발전시스템 |