Brevet FR2811963A1 — publié le 20020125

DISPOSITIF DE DISSIPATION DE CHALEUR D'ENGIN SPATIAL UTILISANT DES CONDUITS DE CHALEUR CONTENANT UN FLUIDE AGISSANT A UNE TEMPERATURE MOYENNE La présente invention se rapporte d'une façon générale aux satellites ou engins spatiaux, et plus particulièrement à un dispositif de dissipation de chaleur comprenant un système de radiateur pour engin spatial ou satellite qui emploie un réseau de conduits de chaleur contenant un fluide agissant à une température moyenne. Le cessionnaire de la présente invention fabrique et déploie des engins spatiaux ou des satellites en orbites terrestres géosynchrones et basses. De tels engins spatiaux comportent des conduits de chaleur qui sont utilisés pour dissiper la chaleur provenant des composants et des sous-systèmes générant de la chaleur. Les conduits de chaleur transfèrent une énergie thermique depuis les composants et les sous-systèmes générant de la chaleur vers les panneaux de radiateur de l'engin spatial à partir desquels elle est rayonnée dans l'espace. Dans des buts de référence, les panneaux de radiateur d'engin spatial classique sont décrits dans le brevet des Etats- Unis N 3 749 156 délivré à Fletcher, le brevet des Etats-Unis N 5 351 746 délivré à Mackey, et le brevet des Etats-Unis N 5 806 803 délivré à Watts, par exemple. Des conduits de chaleur à ammoniac ont été très utilisés sur les engins spatiaux de la technique antérieure pour répartir et transférer de la chaleur depuis des sources de chaleur, telles que le bus d'alimentation et l'équipement HF, par exemple, qui fonctionnent à des températures relatives basses, habituellement dans la plage de -20 C à +70 C. Pour dissiper la chaleur provenant de sources de chaleur qui 2 2811963 fonctionnent au-dessus de cette température, de façon caractéristique dans la plage de températures de +80 C à +180 C, qui est au-dessus du régime de fonctionnement des conduits de chaleur à ammoniac classiques, les solutions de la technique antérieure utilisaient des dissipateurs de chaleur massifs. De tels dissipateurs de chaleur massifs ajoutent un poids inutile à l'engin spatial et sont relativement inefficaces. En conséquence, c'est un but de la présente invention de réaliser un dispositif de dissipation de chaleur comprenant un système de radiateurs d'engin spatial ou de satellite qui emploie un réseau de conduits de chaleur contenant un fluide fonctionnant à température moyenne. Pour atteindre les buts ci-dessus et d'autres, la présente invention fournit un dispositif de dissipation de chaleur destiné à être utilisé dans un engin spatial ou un satellite. Le dispositif de dissipation de chaleur comprend un réseau de conduits de chaleur (un ou plus) contenant un fluide agissant à une température moyenne, tel que le toluène, par exemple. Le dispositif de dissipation de chaleur comprenant le réseau de conduits de chaleur à base de toluène qui est un fluide agissant à une température moyenne dissipe de la chaleur obtenue à partir de sources de chaleur qui fonctionnent à des températures de fonctionnement relativement élevées, de façon caractéristique dans la plage de températures de +80 OC à +180C. Le réseau de conduits de chaleur à base de toluène dissipe de la chaleur vers les panneaux de radiateur de l'engin spatial qui rayonnent la chaleur dans l'espace. Le réseau de conduits de chaleur à base de toluène dissipe efficacement la chaleur générée par un équipement dont les températures de fonctionnement sont au-dessus du régime de température de fonctionnement des conduits de chaleur à ammoniac classiques. 3 2811963 Le réseau de conduits de chaleur à base de toluène fourni par la présente invention n'a jamais été utilisé précédemment dans des applications d'engins spatiaux. La présente invention permet des réductions de masse significatives par rapport aux approches à base de dissipateurs de chaleur, classiques. La présente invention utilise ainsi des conduits de chaleur contenant le fluide agissant à une température moyenne pour répartir et transférer la chaleur obtenue à partir d'un équipement qui fonctionne à des températures relativement élevées, de façon caractéristique dans la plage de +80 OC à +180 OC. En dissipant la chaleur provenant de l'équipement qui fonctionne à ces températures plus élevées en utilisant les conduits de chaleur à base de toluène, le rejet de la chaleur depuis les surfaces de l'engin spatial par l'intermédiaire d'un transfert de chaleur par rayonnement dans l'espace est significativement amélioré et est significativement plus efficace. Les divers avantages et caractéristiques de la présente invention peuvent être plus facilement compris en faisant référence à la description détaillée suivante prise conjointement aux dessins annexés, dans lesquels des références numériques identiques désignent des éléments de structure identiques, et dans lesquels: La figure 1 illustre un dispositif de dissipation de chaleur conforme aux principes de la présente invention, comprenant un exemple de système de radiateurs d'engin spatial disposé sur un engin spatial ou satellite à corps stabilisé sur trois axes caractéristique, et La figure 2 illustre des détails d'un exemple de mode de réalisation du dispositif de dissipation de chaleur de la présente invention. En se référant aux figures des dessins, la figure 1 illustre un dispositif de dissipation de chaleur 10 conforme aux principes de la présente invention, 4 2811963 comprenant un exemple de système de radiateurs d'engin spatial 10 employé dans un engin spatial 30 ou un satellite 30 à corps stabilisé sur trois axes caractéristique. L'exemple de dispositif de dissipation de chaleur 10 ou système de radiateurs d'engin spatial 10 comprend des premier et second panneaux de radiateur lla, llb qui comprennent chacun un ou plusieurs conduits de chaleur 14, 15 qui constituent un réseau de conduits de chaleur 13. Les emplacements des panneaux de radiateur lla, llb ne sont que des exemples, et peuvent être situés sur une surface quelconque de l'engin spatial 30. Par exemple, les panneaux de radiateur lla, llb peuvent être situés sur des côtés ou surfaces de l'engin spatial 30 situés à l'Est et à l'Ouest, au Nord et au Sud et/ou orientés vers ou à l'opposé de la Terre. Dans un premier mode de réalisation de la présente invention illustré sur la figure 1, le réseau de conduits de chaleur 13 est incorporé entre des revêtements des panneaux intérieur et extérieur 17, 18 des panneaux de radiateur respectifs lia, llb. Une partie centrale en nid d'abeilles 24 est disposée entre les revêtements de panneaux intérieur et extérieur 17, 18 et entoure les réseaux de conduits de chaleur respectifs 13 qui sont incorporés entre ceux-ci. La partie centrale en nid d'abeilles 24 relie thermiquement et structurellement les réseaux de conduits de chaleur 13 aux revêtements opposés 17, 18. Chaque réseau de conduits de chaleur 13 comprend des premier et second conduits de chaleur 14, 15 ou des premier et second ensembles de conduits de chaleur 14, 15 disposés sous forme d'une matrice, par exemple, et qui sont en communication thermique. Le premier ensemble de conduits de chaleur 14 (ou les conduits de chaleur latéraux 14) est approximativement perpendiculaire au second ensemble de conduits de chaleur 15 (ou conduits de chaleur de tête 15). Dans le premier mode de réalisation, 2811963 l'équipement de dissipation de chaleur 25 est monté de façon adjacente au premier ensemble de conduits de chaleur latéraux 14 sur les revêtements de panneaux intérieurs 17 des premier et second panneaux de radiateur lia, llb. Le second ensemble de conduits de chaleur de tête 15 est utilisé pour répartir efficacement la chaleur obtenue à partir de l'équipement de dissipation de chaleur 25 vers les revêtements de panneau extérieur respectifs 18. La figure 2 illustre des détails d'un exemple d'un second mode de réalisation du dispositif de dissipation de chaleur 10 de la présente invention. Dans le second mode de réalisation, comme cela est représenté sur la figure 2, le réseau de conduits de chaleur 13 est fixé à une surface extérieure des panneaux de radiateur lia, llb. Dans le second mode de réalisation, l'équipement de dissipation de chaleur 25 est fixé à une surface intérieure des panneaux de radiateur lia, llb (la surface arrière du panneau de radiateur lia représentée sur la figure 2). Les réseaux de conduits de chaleur 13 contiennent un fluide agissant à une température moyenne, tel que le toluène, par exemple. D'autres exemples du fluide agissant à une température moyenne comprennent le méthanol, l'eau, le butane, l'heptane et le pentane, par exemple. Le dispositif de dissipation de chaleur 10 comprenant les réseaux de conduits de chaleur à base de toluène comme fluide fonctionnant à température moyenne 13 dissipe efficacement la chaleur obtenue à partir de l'équipement de dissipation de chaleur 25. L'équipement de dissipation de chaleur 25 comprend des sources de chaleur qui fonctionnent à des températures de service relativement élevées, de façon caractéristique dans la plage de températures de +80 C à +180 OC. Les réseaux de conduits de chaleur à base de toluène 13 dissipent de la chaleur vers le revêtement de panneau 6 2811963 extérieur 18 des panneaux de radiateur lia, 11b, qui rayonnent à leur tour la chaleur dans l'espace. Les réseaux de conduits de chaleur à base de toluène 13 dissipent ainsi efficacement la chaleur générée par l'équipement 25 dont les températures de fonctionnement sont au-dessus du régime de température de fonctionnement des conduits de chaleur à ammoniac classiques. La présente invention permet des économies significatives par rapport aux approches à dissipateurs de chaleur classiques utilisant les dissipateurs de chaleur massifs présentés dans la description de l'art antérieur. De même, en utilisant les réseaux de conduits de chaleur à base de toluène 13, la présente invention peut dissiper de la chaleur obtenue à partir de l'équipement 25 qui fonctionne à des températures plus élevées par comparaison aux systèmes de conduits de chaleur classiques. Par conséquent, le rejet de la chaleur depuis les surfaces de l'engin spatial par l'intermédiaire d'un transfert thermique par rayonnement dans l'espace est amélioré et est significativement plus efficace. Ainsi, on a décrit un dispositif de dissipation de chaleur comprenant un système de radiateurs d'engin spatial ou de satellite qui emploie un réseau de conduits de chaleur contenant un fluide agissant à une température moyenne. Il doit être compris que les modes de réalisation décrits ci-dessus ne sont qu'illustratifs de certains des modes de réalisation particuliers qui représentent des applications des principes de la présente invention. Evidemment, des agencements nombreux et autres peuvent être facilement envisagés par l'homme de l'art sans s'écarter de la portée de l'invention. 7 2811963 REVENDICATIONS 1. Dispositif de dissipation de chaleur (10) destiné à être utilisé dans un engin spatial (30) comprenant: des premier et second panneaux de radiateur (lla, llb), et un ou plusieurs conduits de chaleur (14, 15) reliés aux premier et second panneaux de radiateur qui contiennent un fluide agissant à une température moyenne. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le fluide agissant à une température moyenne comprend du toluène. 3. Dispositif selon la revendication 1 comprenant en outre un équipement de dissipation de chaleur (25) relié thermiquement aux conduits de chaleur (14, 15). 4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les un ou plusieurs conduits de chaleur (14, 15) comprennent des premier et second réseaux de conduits de chaleur (13) comprenant des premier et second ensembles de conduits de chaleur (14, 15) agencés sous forme d'une matrice et qui sont en communication thermique. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le premier ensemble de conduits de chaleur (14) est généralement perpendiculaire au second ensemble de conduits de chaleur (15). 6. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les premier et second panneaux de radiateur (lia, llb) comprennent chacun: des revêtements de panneau intérieur et extérieur (17, 18), 8 2811963 dans lesquels les un ou plusieurs conduits de chaleur (14, 15) sont incorporés entre les revêtements de panneau intérieur et extérieur (17), et une partie centrale en nid d'abeilles (24) disposée entre les revêtements de panneau intérieur et extérieur qui entourent les conduits de chaleur. 7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les premier et second panneaux de radiateur (lia, 11b) comprennent chacun: des revêtements de panneau intérieur et extérieur (17, 18), une partie centrale en nid d'abeille (24) disposée entre les revêtements de panneau intérieur et extérieur, et dans lequel les un ou plusieurs conduits de chaleur (14, 15) sont montés sur un revêtement sélectionné parmi les revêtements de panneau intérieur et extérieur. 8. Dispositif selon la revendication 1, comprenant une pluralité de conduits de chaleur (14, 15) reliés aux panneaux de radiateur respectifs (lia, l1b). 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel la pluralité de conduits de chaleur (14, 15) est disposée entre les panneaux intérieur et extérieur (lia, l1b). 10. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel la pluralité de conduits de chaleur (14, 15) est montée sur des panneaux sélectionnés parmi les panneaux intérieur et extérieur (lia, l1b). 11. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel la partie centrale en nid d'abeilles (24) relie thermiquement et structurellement les réseaux de conduits de chaleur (13) aux revêtements opposés (17, 18). 9 2811963 12. Dispositif selon la revendication 6, comprenant en outre un équipement de dissipation de chaleur (25) relié thermiquement aux surfaces intérieures des revêtements de panneaux intérieur et extérieur (17, 18). 13. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2 et 6 dans lequel l'équipement de dissipation de chaleur (25) fonctionne à des températures entre +80 OC et +180 C.