(57)【要約】【課題】組み込まれた熱交換器を有する、人工衛星用の構造用パネルを提供する。【解決手段】人工衛星の外側にあるように意図された外板（ＰＥ）と、前記外板（ＰＥ）と固定接触して取り付けられる、少なくとも１つの組み込まれたヒートパイプ（ＣＡＬ）を含むコア（ＡＭ）と、衛星の内側にあるように意図された内板（ＰＩ）とを備える、人工衛星用の構造用パネル（ＰＳ）であって、冷却液の循環を用いる熱制御回路と組み合わされるのに適合した、一般的な熱交換器が前記構造用パネル（ＰＳ）に装備され、前記回路はパネルの外側に位置する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工衛星の外側にあるように意図された外板（ＰＥ）と、前記外板（ＰＥ）と固定接触して取り付けられる、少なくとも１つの組み込まれたヒートパイプ（ＣＡＬ）を含むコア（ＡＭ）と、前記衛星の内側にあるように意図された内板（ＰＩ）とを備える、人工衛星用の一般的な構造用パネル（ＰＳ）であって、冷却液の循環を用いる熱制御回路と組み合わされるのに適合した、一般的な熱交換器が装備され、前記回路が前記パネル（ＰＳ）の外側に位置することを特徴とする構造用パネル（ＰＳ）。
【請求項２】
前記熱制御回路が機械的にポンプで送り込まれる二相の熱回路である、請求項１に記載の構造用パネル（ＰＳ）。
【請求項３】
前記熱交換器が、少なくとも１つの蒸発器（ＥＶＡＰ）及び１つの凝縮器（ＣＯＮＤ）を備える、請求項１又は２に記載の構造用パネル（ＰＳ）。
【請求項４】
前記凝縮器（ＣＯＮＤ）が、前記パネル（ＰＳ）の前記コア（ＡＭ）の少なくとも１つのヒートパイプ（ＣＡＬ）に対向している、前記パネルの前記外板（ＰＥ）と接して配置される、請求項３に記載の構造用パネル（ＰＳ）。
【請求項５】
前記凝縮器（ＣＯＮＤ）が、前記パネルの前記コア（ＡＭ）の少なくとも１つのヒートパイプ（ＣＡＬ）と接して配置される、請求項３に記載の構造用パネル（ＰＳ）。
【請求項６】
前記蒸発器（ＥＶＡＰ）が、前記パネル（ＰＳ）の前記内板（ＰＩ）と接して、前記パネルの前記コア（ＡＭ）内に配置される、請求項３〜５のいずれか一項に記載の構造用パネル（ＰＳ）。
【請求項７】
前記パネルの外側の、前記熱制御回路の部分として適合するダクト（ＣＤＴ）により、直列及び／又は並列に接続される、少なくとも１組の凝縮器（ＣＯＮＤ）を備える、請求項３〜６のいずれか一項に記載の構造用パネル（ＰＳ）。
【請求項８】
前記凝縮器（ＣＯＮＤ）及びそれらを接続する前記ダクト（ＣＤＴ）が、硬化された外壁を備える、請求項７に記載の構造用パネル（ＰＳ）。
【請求項９】
前記構造用パネルの前記コア（ＡＭ）が、熱的に絶縁性の、又は熱伝導性の材料を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の構造用パネル（ＰＳ）。
【請求項１０】
１つ以上の別のパネルと直列及び／又は並列に、液圧で接続されるのに適合した、請求項１〜９のいずれか一項に記載の構造用パネル（ＰＳ）。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の、少なくとも１つの構造用パネル（ＰＳ）を備えることを特徴とする人工衛星。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は人口衛星用、とりわけ通信衛星用の構造用パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
人口衛星、とりわけ通信衛星は、特に従来ヒートパイプのネットワークにより形成される、それらの熱制御システムの設計のために、高価な構造を有する。
【０００３】
特に各人工衛星の制御システムが独自であるため、衛星構造の製作もまた高価である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、人工衛星の製作費用を低減し、その熱制御システムを改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様によれば、外板、及び衛星の内側にあるように意図される内板と固定接触して取り付けられる、少なくとも１つの組み込まれたヒートパイプを備える、衛星用の一般的構造用パネルが提案される。その構造用パネルには、冷却液の循環を用いる熱制御回路と組み合わされるのに適合した、一般的な熱交換器が装備され、前記回路はパネルの外側に位置する。
【０００６】
また、そのようなパネルは一般的なもので、衛星の製作費用を低減し、衛星の熱制御システムの生産を容易にできる。これは、より大きなモジュール性を持つこと及び低減された費用を可能にする。
【０００７】
前記熱制御回路は、例えば、機械的にポンプで送り込まれる二相の熱回路である。
【０００８】
１つの実施形態において、前記熱交換器は少なくとも１つの蒸発器及び１つの凝縮器を備える。
【０００９】
従って、機械的にポンプで送り込まれる制御回路又はループ、例えば二相の機械的にポンプで送り込まれるループすなわちＭＰＬ、あるいはヒートポンプシステムすなわちＨＰＳを備える、熱制御システムを容易に製作することが可能である。
【００１０】
１つの実施形態において、前記凝縮器はパネルのコアの少なくとも１つのヒートパイプに対向している、パネルの外板と接して配置される。
【００１１】
代替として、前記凝縮器はパネルのコアの少なくとも１つのヒートパイプと接して配置される。
【００１２】
従ってそのような構成は、熱がヒートパイプによりパネル内に分配されるため、凝縮熱交換器の寸法制限を可能にする。このコンパクトな設計により、凝縮器が微小隕石によって衝突される危険性を最小化できる。
【００１３】
前記蒸発器は、パネルの内板と接するパネルのコア内に配置されることが有利である。
【００１４】
従って散逸装置を構造用パネル上に配置することが相当に容易化される。
【００１５】
１つの実施形態において、構造用パネルは、パネル外側の前記熱制御回路の部分として適合するダクトにより、直列及び／又は並列に接続される、少なくとも１組の凝縮器を備える。
【００１６】
各パネルは従って、容易に熱制御回路内へ取り付けられ得る。
【００１７】
前記複数の凝縮器及びそれらを接続するダクトは、有利には硬化された外壁を備える。
【００１８】
コンパクトな凝縮器は、したがって、とりわけ微小隕石による、衝撃から保護される。
【００１９】
構造用パネルのコアは、熱的に絶縁性の、又は熱伝導性の材料を含む構造を備え得る。
【００２０】
同一の構造用パネル内に組み込まれる交換器、蒸発器、及び凝縮器の熱的分離又は結合が、従ってＭＰＬのループ又はＨＰＳの要求及びタイプに応じて構想され得る。
【００２１】
さらに、熱交換器が装備された構造用パネルは、１つ以上の別のパネルと直列及び／又は並列に、液圧で接続されるのに適合している。
【００２２】
本発明の別の態様によれば、前述の要求事項の１つに記載の、少なくとも１つの構造用パネルを備えることを特徴とする、人口衛星もまた提案されている。
【００２３】
本発明は制限されない例によって記述され、添付図により例証される幾つかの実施形態を調べることによって、より良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の１つの態様による構造用パネルの、第一軸に沿った断面図を概略的に例証する。
【図２】本発明の１つの態様による構造用パネルの、第一軸に直角な、第二軸に沿った断面図を概略的に例証する。
【図３】本発明の１つの態様による構造用パネルの、内板の正面図を概略的に例証する。
【図４】本発明の１つの態様による構造用パネルの、外板の正面図を概略的に例証する。
【図５ａ】ＭＰＬである二相ループ・タイプの熱制御システムの構成要素としての、本発明の１つの態様による構造用パネルを例証する。
【図５ｂ】ＨＰＳであるヒートポンプ・タイプの熱制御システムの構成要素としての、本発明の１つの態様による構造用パネルを例証する。
【００２５】
全ての図において、同じ参照記号を有する要素は同様である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、人工衛星の外側にあるように意図されている外板又は壁ＰＥと、外板ＰＥの近くに配置された少なくとも１つのヒートパイプＣＡＬを備える、この例ではハニカム構造を有するコアＡＭと、衛星の内側にあるように意図されている内板又は壁ＰＩとを含む、衛星のための構造用パネルＰＳの、第一軸に沿った断面図を示す。そのような構造用パネルＰＳはまた、サンドイッチ・タイプのパネルとも称され得る。この場合、２つの取付け金具ＰＦ１及びＰＦ２を備える装置ＥＱＰＴは、２つのねじ穴付きのインサートＩＮＳ１とＩＮＳ２及び、それぞれがねじ穴付きのインサートＩＮＳ１とＩＮＳ２内、及び取付け金具ＰＦ１及びＰＦ２内へと、ねじ止めされる２つのねじＶ１とＶ２を用いて、構造用パネルＰＳに固定されている。この場合、内板ＰＩの付近にあるコアＡＭ内に配置された蒸発器ＥＶＡＰと、パネルＰＳの外部における外板ＰＥ上、又は直接ヒートパイプＣＡＬ上に配置された凝縮器ＣＯＮＤである、パネルＰＳ内へ組み込まれた熱交換器が示されている。
【００２７】
図２は第一軸に直角な、第二軸に沿った断面図を示す。コアＡＭは例えば厚さ０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの中間の壁又は板Ｐｉｎｔを含むことができ、コアはアルミニウムか、ガラス繊維のような絶縁材料から作られるハニカム構造であり得る。
【００２８】
図３は、衛星の内側に相当する、パネルＰＳの外側から見た、すなわちパネルＰＳの外側にある内板ＰＩの面の側から見た、パネルＰＳの内板ＰＩの正面図を示し、そこには例えば、幾つかの構造用パネルＰＳを一緒に取り付けることを容易にする、入口及び出口を有するコイルタイプの蒸発器ＥＶＡＰが見られる。例えば、コイルタイプの蒸発器ＥＶＡＰは、例として２つの異なる温度レベルＴ１及びＴ２に規定される、第一の装置ＥＱ１及び第二の装置ＥＱ２から熱を取り出すことができ、Ｔ１は約６５℃でＴ２は約８５℃である。代替として、その他の直列及び／又は並列の構成が想定され得る。
【００２９】
図４は、衛星の外側に相当する、パネルＰＳの外側から見た、すなわちパネルＰＳの外側にある外板ＰＥの面の側から見た、パネルＰＳの外板ＰＥの正面図を示し、そこには例えば２つの整列した一連の凝縮器ＣＯＮＤとして配置された、一組の凝縮器ＣＯＮＤが見られる。各々の一連において、複数の凝縮器ＣＯＮＤはダクトＣＤＴにより接続されている。パネルは任意の組数の凝縮器ＣＯＮＤを含み得る。図４は、冷却液を循環している、パネルの外側の熱制御回路と組み合わされ得る構造用パネルＰＳを示す。
【００３０】
内板ＰＩの内面と接触する（すなわち構造用パネルＰＳの内板ＰＩと接触する）、これらの構造用パネルＰＳ内に組み込まれた蒸発熱交換器ＥＶＡＰは、この場合（この例に示される）コイル状である、任意の構成において、一定の間隔で通るパイプを備え得る。それらの配置及びそれらの寸法は、衛星の積載荷重の装置ＥＱＰＴの取付けの応力に適合する。装置ＥＱＰＴからの熱は、これらのパイプに伝達され、その内部で循環する冷却液が蒸発する。対流のみの、すなわち二相ではない熱制御システムの幾つかの動作モードにおいて、熱交換が想定され得る。例えば円形、長方形、又は正方形の断面を有するこれらのパイプの内側は、例えば溝又は小さな流路を用いて、熱交換を改善するように構成され得る。この蒸発領域は等温（二相の交換）であり、そしてパイプがパネルＰＳ内へ組み込まれているため、積載荷重の装置ＥＱＰＴの配置から生じる応力は、２つの温度領域（例えば、６５℃に規定される装置の領域と８５℃に規定される装置の領域）へと分離された、ヒートパイプを用いる従来の熱制御システムと比較して、大幅に低減される。この配置の柔軟な形態により、積載荷重の装置ＥＱＰＴ用に必要とされる配線長さが短縮され、そして全体的に衛星の積載荷重に対してより良好な無線周波数の性能を持つことが可能になる。
【００３１】
蒸発熱交換器ＥＶＡＰを微小隕石による衝撃の危険性から保護するために、薄い中間の板又は壁Ｐｉｎｔが、コアＡＭ内でサンドイッチ・タイプの構造用パネルＰＳの、内板ＰＩと外板ＰＥの間に設置され得る。このタイプの遮蔽板は、パネルＰＳを打つ宇宙ごみの衝撃を拡散し、従って蒸発器の導管に穴が開く危険性を最小化出来るようにする。
【００３２】
これらの蒸発熱交換器ＥＶＡＰを組み込んでいる複数のそのようなパネルＰＳは、パイプ内の全体圧力損失を制限するために、任意の直列及び／又は並列の配置で一緒に接続され得る。
【００３３】
使用される凝縮熱交換器ＣＯＮＤは、出来る限り小型である。それらは外側における（すなわち外板ＰＥと接触する）これらのパネルＰＳ内へ組み込まれた、並列ネットワークを形成するヒートパイプＣＡＬに固定される。接触から生じる温度勾配を最小化するため、凝縮熱交換器ＣＯＮＤ及びヒートパイプＣＡＬは、また単一体を形成し得る。熱交換器は、その内部が例えば溝又は小さな流路を用いて熱交換を改善するように構成され得る、一般的に円形、長方形、又は正方形の断面を有するパイプであり得る。凝縮熱交換器ＣＯＮＤは、ダクトＣＤＴを形成する導管により、任意の直列及び／又は並列の構成で接続され、この場合は直列に接続された、整列している組により接続されている。そのような凝縮器ＣＯＮＤの配置は、最良の熱流力の妥協を提供し、ヒートパイプＣＡＬ上の凝縮器ＣＯＮＤの配置は、ヒートパイプ用の必要な直径の制限を可能にし、それゆえそれらの長さを制限し、それは製作費用を制限する（質量効果の最小化）。直径８〜１０ｍｍ、すなわち単位長さ当りで小さい質量を持つヒートパイプＣＡＬの使用が可能である。熱交換器からの熱は、高い赤外線放射能力を持つコーティングのような適切なコーティング及び、光学的太陽反射鏡（ＯＳＲ＝ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｏｌａｒ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）又は裏面ミラー（ＳＳＭ＝ｓｅｃｏｎｄ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｍｉｒｒｏｒ）のような、太陽束の低い吸収率の助けにより、熱を効果的に排出する放熱器として機能する、パネルＰＳの外表面ＰＥにヒートパイプＣＡＬを介して伝達される。放熱コーティングとして白色塗料の使用もまた想定され得る。
【００３４】
凝縮熱交換器ＣＯＮＤを微小隕石の衝撃の危険性から保護するため、壁は硬化される必要があるが、選ばれる凝縮熱交換器は小型（最小化された露出表面積）であるため、硬化は比較的薄い壁を伴う。複数の凝縮熱交換器ＣＯＮＤを接続するダクトＣＤＴの壁もまた、微小隕石による衝撃に耐えるように硬くされる。構造用パネルの質量に対する、この硬化の影響を制限するため、熱流力応力が尊重され得る限り、小さい断面を有するダクトＣＤＴが好ましい。
【００３５】
これらの凝縮熱交換器ＣＯＮＤを組み込んだ、構造用パネルＰＳの組は、例えば放射の排出条件に関して最適で自然な熱的結合を実現するため、一緒に並列接続され得る。
【００３６】
熱交換器を有するこのタイプのパネルは、ＭＰＬの二相ループ・タイプあるいはＨＰＳのヒートポンプ・タイプの、２つの機械的にポンプで送り込まれる制御回路又はループ用に使用され得る、一般的な寸法を有することができる。
【００３７】
図５ａに例証されるように、ＭＰＬ回路が使用される場合、ポンプＰｐ及び熱流力のアキュムレータ又はタンクＲは、冷却液がループ内を循環する方向に見て、蒸発熱交換器ＥＶＡＰの上流にある熱交換器に接続される。さらに、過冷却器ＳＲが凝縮器ＣＯＮＤとポンプＰｐとの間に配置され、ポンプ入口において流体に対する十分なレベルの過冷却を確実にする（それはキャビテーションを防止する）。パネルＰＳのコアＡＭは、ループが等温で機能するようアルミニウムを含むことができ、それによりパネルＰＳの内板ＰＩと外板ＰＥ間の熱放散の問題が最小限になる。
【００３８】
図５ｂに例証されるように、ＨＰＳ回路が使用される場合、冷却液がループ内を循環する方向に見て、圧縮機ＣＯＭＰが蒸発熱交換器ＥＶＡＰの下流に配置され、減圧弁ＤＥＴが凝縮熱交換器ＣＯＮＤの下流及び蒸発熱交換器ＥＶＡＰの上流に配置される。さらに、冷凍サイクルの効率を高めるため、過冷却器ＳＲが凝縮器ＣＯＮＤと減圧弁ＤＥＴとの間に配置され得る。パネルＰＳの表面積が、ＭＰＬ回路を有する積載荷重の装置ＥＱＰＴにより放出される、熱エネルギー全体の散逸を排出するのに十分ではないとき、ＨＰＳ回路は特に有利である（放熱器の温度上昇の結果としての排出容量の増加）。ＨＰＳ回路が使用されるとき、衛星のパネルＰＳの外板ＰＥの温度は、内板ＰＩの温度よりも高くなり得る。パネルＰＳのコアＡＭは、それゆえ、絶縁効果を伴って設計され、そして例えば、パネルＰＳの２つの板又は壁ＰＩ、ＰＥの間の熱放散を最小化するため、ガラス繊維の設計を有する。
【００３９】
冷却液を形成するアンモニアが、ＭＰＬシステム及びＨＰＳシステムの双方に対して想定され得るため、パネルＰＳ内へ組み込まれる熱交換器の設計は、これら２つのタイプの熱制御に関して同一であり得る。
【符号の説明】
【００４０】
Ｖ１  ねじ
Ｖ２  ねじ
ＥＱＰＴ  装置
ＰＦ１  取付け金具
ＰＦ２  取付け金具
ＩＮＳ１  ねじ穴付きのインサート
ＩＮＳ２  ねじ穴付きのインサート
ＡＭ  コア
ＰＩ  内板
ＰＥ  外板
ＰＳ  構造用パネル
ＣＡＬ  ヒートパイプ
ＣＯＮＤ  凝縮器
ＥＶＡＰ  蒸発器
Ｐｉｎｔ  中間の板又は壁
ＣＤＴ  ダクト
ＥＱ１  第一の装置
ＥＱ２  第二の装置
ＳＲ  過冷却器  
Ｒ  熱流力のアキュムレータ又はタンク
Ｐｐ  ポンプ
ＤＥＴ  減圧弁
ＣＯＭＰ  圧縮機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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