(57)【要約】  人工衛星および他の航空宇宙用途で使用するための受動的熱システムは、第１のチャンバ内に配置されたヒートパイプ作動流体と、第１のチャンバを実質的に取り囲む第２のチャンバ内に配置された相変化物質（ＰＣＭ）を有する容器を含む。第１のチャンバは、ヒートパイプ作動流体を輸送するためのウィックを含む。第１のチャンバの外側は、熱拡散および界面面積の増加のためにＰＣＭ内に延在するフィンなどを有する。
2018511523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受動的熱システムを備える装置であって、前記受動的熱システムは、
ハウジングであって、前記ハウジングは、内側チャンバおよび外側チャンバを有し、前記外側チャンバが前記内側チャンバを実質的に取り囲んでいる、ハウジングと、
ヒートパイプ作動流体であって、前記内側チャンバに収容されているヒートパイプ作動流体と、
相変化物質（ＰＣＭ）であって、前記外側チャンバに収容されている相変化物質（ＰＣＭ）と、
を備える、装置。
【請求項２】
前記内側チャンバは、ウィックをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
内壁をさらに備え、前記内壁が前記内側チャンバを画定する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
突起が前記内壁の表面から前記内側チャンバへ延在している、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
複数のフィンをさらに備え、前記フィンが前記内壁の表面から前記外側チャンバへ突出する、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
各前記フィンが前記内壁の近くの比較的広い幅から前記内壁から遠くの比較的細い幅へ先細になる、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
各前記フィンが前記内壁の長さに沿って延在する、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
外壁をさらに備え、前記外壁は、前記内壁から離間し、前記外壁および前記内壁の間に前記外側チャンバが画定される、請求項３に記載の装置。
【請求項９】
複数のフィンをさらに備え、前記フィンが前記内壁の表面から前記外壁までの距離の少なくとも約４０％突出している、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記受動的熱システムが界面材料を介して少なくとも１つの熱源またはヒートシンクに結合されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記界面材料は、室温加硫シリコーン、感圧接着剤、フィルム接着剤、ガスケット、およびエポキシからなるグループから選択される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記受動的熱システムは、前記受動的熱システムの第１端部の近くの発熱要素に連結され、かつ前記受動的熱システムの第２端部の近くの放熱面に連結されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記装置が人工衛星であり、前記発熱要素が衛星電子機器を含み、かつ前記放熱面が放熱パネルを含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
外部環境へ熱を放出する複数の放熱パネルと、
第２の複数の容器に収容される第１の複数の電子部品と、
受動的熱システムと、
を備える人工衛星であって、前記受動的熱システムが、
ハウジングであって、内側チャンバおよび外側チャンバを有するハウジングと、
ヒートパイプ作動流体であって、前記内側チャンバに収容されているヒートパイプ作動流体と、
相変化物質（ＰＣＭ）であって、前記外側チャンバに収容されている相変化物質（ＰＣＭ）と、
を含み、
前記第２の複数の容器の１つが前記受動的熱システムの第１端部に連結され、かつ
前記放熱パネル１つが前記受動的熱システムの第２端部に連結されている、人工衛星。
【請求項１５】
前記ヒートパイプ作動流体が飽和アンモニアであり、かつ前記ＰＣＭが含水塩である、請求項１４に記載の人工衛星。
【請求項１６】
前記受動的熱システムが前記外側チャンバに配置された複数の先細のフィンをさらに備える、請求項１４に記載の人工衛星。
【請求項１７】
前記受動的熱システムが
内壁であって、前記内側チャンバを画定する内壁と、
外壁であって、外壁は前記内壁から離間し、前記外壁および前記内壁の間に外側チャンバを画定する、外壁と、
複数の先細のフィンであって、前記内壁の外面から前記外壁へ突出する、複数の先細のフィンと、
をさらに備える、請求項１４に記載の人工衛星。
【請求項１８】
前記フィンが、前記内壁および前記外壁の間の距離の少なくとも４０％延在している、請求項１７に記載の人工衛星。
【請求項１９】
受動的熱システムを備える装置であって、前記受動的熱システムが
内側チャンバに収容されるヒートパイプ作動流体、および
外側チャンバに収容される相変化物質（ＰＣＭ）を備え、
前記内側チャンバおよび前記外側チャンバが、前記ヒートパイプ作動流体および前記ＰＣＭの間で熱が伝達されるように構成されている、装置。
【請求項２０】
前記外側チャンバが前記内側チャンバを実質的に取り囲んでいる、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記内側チャンバが筒状である、請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
内側チャンバおよび前記外側チャンバが同じ長さである、請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地球周回軌道人工衛星に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信人工衛星は、地表面と無線信号を送受信する。地球周回軌道通信人工衛星は長年使用されているが、そのような人工衛星に搭載された熱に敏感な電子部品の適切な冷却と熱分配を提供することは長年の問題である。
【０００３】
人工衛星の熱システムが対処しなければならない２つの主要な熱源がある。１つの熱源は、太陽放射である。太陽放射は、断熱シールドによって吸収されるか、適切に反射する外面を人工衛星に設けることによって、人工衛星から容易に反射される。第２の熱源は、人工衛星に搭載された電子機器である。電子機器が発生する熱の除去は、このような熱が人工衛星内のさまざまな場所から集められ、人工衛星から放出される場所に運ばれて、宇宙空間に放射されなければならないため、より問題が多い。
【０００４】
人工衛星が小型であるほど、熱除去がより問題になってくる。小さい人工衛星は、サイズや質量が限られているため、放熱および熱制御のために使用できる表面積は当然制限される。
【０００５】
ヒートパイプおよび相変化物質（「ＰＣＭ」）は、熱問題に対処するために人口衛星で一般的に使用される２つの技術である。ヒートパイプは、典型的にはチューブの形をした閉鎖チャンバであり、作動流体で満たされた内部毛管構造を有する。人工衛星の動作温度範囲は、作動流体の選択を設定し、アンモニア、エタンおよびプロピレンが典型的な選択肢である。熱入力（すなわち、発熱電子機器からの）は、作動流体を蒸発させる。蒸発した流体は、熱が流体の凝縮に伴って放出される、より冷たい熱出力セクションに向かって熱を運ぶ。放出された熱は、熱出力セクションのより冷たい表面によって吸収され、宇宙空間に放射される。凝縮液は、毛細管力によって熱入力セクション（発熱部品の近く）に戻り、サイクルが完了する。
【０００６】
ＰＣＭは、熱負荷が高いときに熱を蓄え、熱負荷が低いときに熱を放出することによって極度の過渡的な温度を減衰させるために使用される。ＰＣＭは融解の潜熱によって、つまりＰＣＭが溶けることによって熱を吸収する。熱は、感知できるほどの温度上昇なしに吸収される。逆に、この吸収された熱を除去するために、ＰＣＭが再凍結される放熱器、ヒートパイプ、サーマルストラップ、または他の手段が使用される。
【０００７】
ＰＣＭモジュールは、典型的には、関心のある熱源の近くまたは上に取り付けられる。熱源にさらされるＰＣＭモジュールの表面積の広さは、可能な限り最大化される。蓄熱性能は、熱伝導のための界面面積とモジュール内のＰＣＭの深さに直接関係する。必要に応じて、ヒートシンク（例えば放熱器など）に熱を移送するために、ヒートパイプは、ＰＣＭモジュールおよび／または熱源に取り付けられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、単一のハウジング内にヒートパイプとＰＣＭを組み合わせることにより改良された受動的熱システムを提供する。受動的熱システムは、人工衛星での使用に特に適合している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
例示的な実施形態によれば、ヒートパイプ作動流体が容器の第１チャンバに配置され、ＰＣＭが第１チャンバを実質的に取り囲む第２チャンバに収容される。第１チャンバは、通常のヒートパイプ設計による熱輸送用のウィックを収容する。第１チャンバの外面は、熱拡散および界面面積の増加のために、ＰＣＭ内に延在するフィンなどを有する。
【００１０】
このヒートパイプおよびＰＣＭの合成は、以下の利点を提供する。（ｉ）消散源へのＰＣＭの近接性が、すべてではないがほとんどの状況において改善される。（ｉｉ）界面面積は、典型的には、ヒートパイプが熱を拡散する（輸送する）の能力を利用することにより著しく改善される。（ｉｉｉ）熱源（すなわち電気部品）とヒートシンクとの間の直接の熱経路から低熱伝導率ＰＣＭを保つことによって、ヒートシンク（例えば、放熱パネル）への熱結合を改善する。
【００１１】
本教示によるいくつかの実施形態は、受動的熱システムを含む装置を提供し、受動的熱システムは、
‐  内側チャンバと外側チャンバとを有するハウジングであって、外側チャンバが内側チャンバを実質的に取り囲んでいる、ハウジングと、
‐  ヒートパイプ作動流体であって、内側チャンバに収容されているヒートパイプ作動流体と、
‐  相変化物質（ＰＣＭ）であって、外側チャンバに収容されているＰＣＭと、
を含む。
【００１２】
本教示によるいくつかの実施形態は、受動的熱システムを備える装置を提供し、受動的熱システムは、
‐  内側チャンバに収容されるヒートパイプ作動流体と、
‐  外側チャンバに収容される相変化物質（ＰＣＭ）であって、ヒートパイプ作動流体およびＰＣＭの間で熱が伝達されるように、内側チャンバおよび外側チャンバが配置されている、相変化物質と、
を含む。
【００１３】
本教示によるいくつかの実施形態は、人工衛星を提供し、人工衛星は、
‐  外部環境に熱を放射する複数の放熱パネルと、
‐  第２の複数の容器に収容される第１の複数の電子部品と、
‐  受動的熱システムと、
を備え、受動的熱システムは、
（ａ）内側チャンバと外側チャンバとを含むハウジングと、
（ｂ）内部チャンバに収容されているヒートパイプ作動流体と、
（ｃ）外側チャンバに収容されている相変化物質（ＰＣＭ）と、
を含み、
（ｉ）第２の複数の容器のうちの１つは、受動的熱システムの第１端部に結合され、
（ｉｉ）放熱パネルの１つは、受動的熱システムの第２端部に結合される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本教示による人工衛星を示す。
【図２】図１の人工衛星の一部の分解図を示す。
【図３】本発明の例示的な実施形態による、図１及び図２の人工衛星と共に使用する改善された受動的熱システムを示す。
【図４Ａ】人工衛星電子機器から人工衛星放熱パネルに熱を伝達する構成の図３の改善された受動的熱システムを側面図によって示す。
【図４Ｂ】図４Ａの線Ａ−Ａを通る、図４Ａの構成の断面図を示す。
【図４Ｃ】図４Ａの線Ｂ−Ｂを通る、図４Ａの構成の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態は、すべてのタイプの人工衛星（例えば、ＬＥＯ、ＧＥＯなど）に使用することができる。本願の受動的熱システムの詳細を記載する前に、そのようなシステムを使用することができる人工衛星を記載する。
【００１６】
人工衛星：図１は、本教示による人工衛星１００を示す。図２は、人工衛星１００の顕著な特徴のうちのいくつかの「分解」図を示す。図１および図２に示すように、人工衛星１００は、図のように配置された統合ペイロードモジュール１０２、推進モジュール１１４、ペイロードアンテナモジュール１２２、バスコンポーネントモジュール１３２、およびソーラーアレイシステム１４０を含む。図１および図２の人工衛星１００の向きは、図１および図２に示すアンテナ１２４が、使用時には、図面において「上に」向いているアンテナ１２４が地球に向かって「下向き」に面しているという意味で「逆さま」である。
【００１７】
統合ペイロードモジュール１０２は、パネル１０４，１０６、および１０８を備える。いくつかの実施形態では、パネルは、既知の方法で様々なコネクタなどを使用して共に接合される。ブレース１０９は、接続されたパネルの構造的な補強を提供する。
【００１８】
パネル１０４，１０６及び１０８は、他の機能の中でも、人工衛星１０２からの熱を放射する放熱器として機能する。いくつかの実施形態では、パネルは熱除去を容易にするための改造を含む。いくつかの実施形態では、パネルは、表面シートによって挟まれたコアのような複数の材料を含む。パネルに使用するのに適した材料には、航空宇宙産業で一般的に使用されているものが含まれる。例えば、いくつかの実施形態では、コアは、軽量アルミニウムハニカムを含み、表面シートは、６０６１−Ｔ６アルミニウムを含む。
【００１９】
推進モジュール１１４は、パネル１１２上に配置され、パネル１１２は、いくつかの実施形態では、パネル１０４，１０６、および１０８（例えば、アルミニウムハニカムコアおよびアルミニウム表面シートなど）と同様の方法で構成される。図１では不明瞭なパネル１１２は、統合ペイロードモジュール１０２のパネル１０４，１０６に当接している。
【００２０】
推進モジュール１１４は、燃料タンク１１６および推進制御システム１１８を含む。推進制御システムは、１または複数のバルブ（図示せず）を用いて、パネル１１４の外向きの面に配置された推進ノズル（図示せず）を介して推進ガスを放出するように制御する。推進制御システムは、地上のコマンドまたは制御プロセッサからオンボードで生成されたコマンドに応答するために適切に実装されている（つまり、ソフトウェアとハードウェア）。
【００２１】
ペイロードアンテナモジュール１２２は、複数のアンテナ１２４を備える。例示的な実施形態では、１６個のアンテナ１２４が、４×４配列で配置されている。いくつかの他の実施形態では、アンテナ１２４を異なる構成に編成することができ、および／または異なる数のアンテナを使用することができる。アンテナ１２４は、支持ウェブ１２０によって支持される。いくつかの実施形態では、支持ウェブは、アンテナ１２４を受け入れ支持するための適切な数の開口部（例示的実施形態では１６個）を有する炭素繊維を含む湾曲パネルである。
【００２２】
いくつかの実施形態では、アンテナ１２４は、電磁スペクトルの１２ＧＨｚから１８ＧＨｚの部分であるＫｕバンドで送信する。例示的な実施形態では、アンテナ１２４は、人工衛星通信によく使用される指数ホーンとして構成される。当技術分野で周知のように、ホーンアンテナは、一端で閉じられ、他端の開放端ホーンに向かって広がる（例示的な実施形態では円錐形）、典型的には短い矩形または円筒形の金属チューブとして実装された導波管から電波を送信する（またはそれらに集める）。図１では、各アンテナ１２４の導波管部分が不明瞭である。各アンテナ１２４の閉端部は、増幅器（図１および図２では図示せず；これらはパネル１０４または１０８の内面に位置する）に連結される。
【００２３】
バスコンポーネントモジュール１３２は、統合ペイロードモジュール１０２の底部に（図１および図２の観点から）取り付けられるパネル１３０に配置される。パネル１３０は、パネル１０４，１０６、および１０８（例えば、アルミニウムハニカムコアおよびアルミニウム表面シートなど）と同様の方法で構成することができる。いくつかの実施形態では、パネル１３０は熱除去のための特定の改造を含まない。
【００２４】
モジュール１３２は、メインソーラーアレイモーター１３４と、４つのリアクションホイール１３６と、メイン制御プロセッサ１６４とを含む。リアクションホイールは、人工衛星１００が、角運動量の保存によって、推進剤を使用せずに宇宙空間内で回転することを可能にする。遠心質量（図示せず）を含む各リアクションホイール１３６は、関連する駆動モーター（および制御電子機器）１３８によって駆動される。当業者には理解されるように、人工衛星１００をｘ、ｙ、ｚ方向に回転させるためには、３つのリアクションホイール１３６だけが必要である。４つ目のリアクションホイールはスペアとして機能する。このようなリアクションホイールは、通常、この目的のために人工衛星で使用される。
【００２５】
メイン制御プロセッサ１６４は、地上から受信されたコマンドを処理し、姿勢指示制御、推進制御、および電力システム制御を含むがこれに限定されない人工衛星１００の多くの機能を自律的に実行する。
【００２６】
ソーラーアレイシステム１４０は、ソーラーパネル１４２Ａおよび１４２Ｂ、ならびにそれぞれのｙバー１４８Ａおよび１４８Ｂを含む。各ソーラーパネルは、既知の方法で太陽光を電気エネルギーに変換する複数のソーラーセル（図示せず；ソーラーパネル１４２Ａおよび１４２Ｂの見えない側に配置される）を備える。各ソーラーパネルは、モーター１４４と受動回転ベアリング１４６を含み、ｙバーの一方は、モーター１４４およびベアリング１４６で各ソーラーパネルに取り付けられる。モーター１４４は、ソーラーパネルの各々が軸Ａ−Ａを中心として少なくとも部分的に回転することを可能にする。これにより、ソーラーパネル１４２Ａをパネル１０４に平行な格納位置から、パネル１０４に対して展開することが容易になり、ソーラーパネル１４２Ｂをパネル１０６に平行な格納位置から、パネル１０６に対して展開することが容易になる。モーター１４４はまた、軸Ａ−Ａの周りの前述の回転によって、最適な太陽露出のために、パネル１４２Ａおよび１４２Ｂを適切な角度にするように機能する。
【００２７】
各ｙバー１４８Ａおよび１４８Ｂの部材１５０は、それぞれのパネル１０４および１０６の開口部１５２を通って延在する。統合ペイロードモジュール１０２内で、部材１５０は、バスコンポーネントモジュール１３２と関連して前に説明されたメインソーラーアレイモーター１３４に接続される。メインソーラーアレイモーターは、図示のように、各部材１５０をその軸回りに少なくとも部分的に回転させることができる。これは、最適な太陽露出のためにソーラーパネル１４２Ａおよび１４２Ｂを傾ける目的のためである。いくつかの実施形態では、部材１５０は、互いに独立して回転することができ、いくつかの他の実施形態では、部材１５０は一緒に回転する。ロック・リリース部材１５４は、ソーラーパネル１４２Ａをサイドパネル１０４に、ソーラーパネル１４２Ｂをサイドパネル１０６に結合および解放するために使用される。ロック・リリース部材は、サイドパネル１０４，１０６の開口部１５６に結合する。
【００２８】
人工衛星１００はまた、統合ペイロードモジュール１０２の「下方」の（図１および図２の観点から）パネル１０８に適合するパネル１２６を含む。いくつかの実施形態では、パネル１０８は、航空宇宙等級材料のシート（例えば、６０６１−Ｔ６アルミニウムなど）である。電池モジュール１２８は、パネル１２６の内側に面する面に配置される。バッテリーモジュールは、人工衛星１００に搭載されたさまざまなエネルギー消費機器に電力を供給する。バッテリーモジュール１２８は、ソーラーパネル１４２Ａおよび１４２Ｂによって生成された電気で再充電される。パネルおよびモジュール１２８はこの目的のために電気的に結合される（ソーラーパネル１４２Ａ／Ｂとバッテリーモジュール１２８との間の電気経路は図１および図２には示されていない）。
【００２９】
人工衛星１００はさらに、テレメトリおよび地上ベースコマンドおよび制御のための無指向性アンテナ１５８を含む。
【００３０】
パネル１０８には、２つの「ゲートウェイ」アンテナ１６０が配置されている。ゲートウェイアンテナは、地球上のゲートウェイステーションとユーザデータを送受信する。ゲートウェイステーションはインターネットと通信する。アンテナ１６０は、可動マウント１６２によってパネル１０８に結合され、地上ベースのアンテナとの最適な位置合わせのためにアンテナを２つの軸に沿って移動させることができる。アンテナ１６０は、典型的には２６．５ＧＨｚ〜４０ＧＨｚの範囲の周波数をカバーするＫａバンドで送受信する。
【００３１】
パネル１０６の内側に面する面に配置される変換モジュール１１０は、Ｋａ無線周波数とＫｕ無線周波数との間で変換する。例えば、変換モジュール１１０は、ゲートウェイアンテナ１６０からのＫａバンドのアップリンク信号をアンテナ１２４を介するダウンリンク用のＫｕバンド信号に変換する。変換モジュール１１０は、逆方向、つまりＫｕからＫａにも変換する。
【００３２】
人工衛星１００の運用において、データは、データ要求のために以下のように流れる。
・（取得データ）：要求されたデータは、ゲートウェイステーションでインターネットから取得される。
・（アップリンク）：データ信号は、大型の地上ベースのアンテナを介して人工衛星のゲートウェイアンテナ１６０に送信される（Ｋａバンド）。
・（ペイロード）：データ信号が増幅され、ダウンリンク（Ｋｕ）バンドへの変換のために変換モジュール１１０に送られ、次に再び増幅される。
・ペイロード信号は、ペイロードアンテナ１２４に送られる。
・（ダウンリンク）：アンテナ１２４は、増幅され周波数変換された信号をユーザ端末に送信する。
ユーザが電子メールなどのデータを（要求ではなく）送信する場合、信号は、逆方向だが同じ経路を辿る。
【００３３】
受動的熱システム：図３は、受動的熱システム３７０の断面図を示す。
【００３４】
受動的熱システム３７０は、例示的な実施形態では、壁３７４および壁３７６を含むハウジング３７２を備える。壁３７４は、ヒートシンク／熱源３９６に結合するような寸法および形状になっている。例示的な実施形態では、ヒートシンク／熱源３９６は、放熱パネル１０４，１０６，１０８，１１２などの放熱パネルである。結果として、ヒートシンク／熱源３９６はヒートシンクとして機能する。また、放熱パネルは比較的平坦であるので、壁３７４も平坦である。
【００３５】
内壁３８０は、壁３７４から壁３７６に向かって延びている。壁３８０は、壁３７６の形状を概ね反映する湾曲形状を有する。外側チャンバ３９０は、壁３７６、壁３８０、および壁３７４の一部の間に形成される。内側チャンバ３８６が壁３８０内に形成される。
【００３６】
ヒートパイプ流体３８８は、内側チャンバ３８６に収容される。代表的なヒートパイプ流体には、アンモニア、エタン、プロピレンなどを含む。「ヒートパイプ流体」という語句は、本開示および添付の特許請求の範囲で使用する場合、使用条件下で液体と蒸気との間で相が変化することを意図した流体を意味すると定義される。当業者には周知のように、ヒートパイプは、ウィック構造を含み、その目的は、毛管作用によってヒートパイプの長さを通じてヒートパイプ流体（液体形態の場合）を移動させることである。内側チャンバ３８６内に配置されたウィック構造３８４は、同じ目的のために使用される。例示的な実施形態では、ウィック構造３８４は、壁３８０から内側に延びる複数の突起３８５を含む。突起は、内側チャンバ３８６の長さを延長する。様々なウィック設計が当業界で知られており、そのような設計のいずれも本発明と共に適切に使用することができる。
【００３７】
ＰＣＭまたは相変化物質３９２は、外側チャンバ３９０に収容される。「ＰＣＭ」という用語は、本開示および添付の特許請求の範囲で使用する場合、使用条件下で、固体と液体との間で相が変化することを意図した流体を意味すると定義される。ＰＣＭ３９２として熱負荷や構成材料に適した様々な材料を使用することができる。ＰＣＭ３９２として使用するのに適した典型的な物質には、パラフィンまたは含水塩が含まれる。壁３８０から外側に延在するフィン３８２は、外側チャンバ３９０およびＰＣＭ３９２に突出する。フィン３８２の目的は、壁３８０／フィン３８２とＰＣＭ３９２との間の界面の表面積を可能な限り最大にするために、壁３８０の伝熱面を増加させることである。
【００３８】
ＰＣＭ３９２は（非常に）高粘度の流体であるため、（壁３８０／フィン３８２から）受け取る熱は、そこには十分に伝達されない。結果として、フィンとＰＣＭ３９２直近との間におけるフィンの長さに亘る温度勾配が小さくなる。したがって、フィン３８２の先端部よりも基部（壁３８０に最も近い）がより厚くなるように、フィン３８２を先細にすることが重要である。これは、フィン３８２を横切る温度勾配を維持するのに役立つ（ベースよりも先端のほうが質量が比較的小さいため、先端は、比較的厚い部分よりも速く冷却される）。本開示に照らして、当業者は、上述のように、意図された目的に適したフィン３８２を設計し構築することができるであろう。
【００３９】
壁３８０の外面と壁３７６の内面との間のＰＣＭ３９２の温度勾配を最小にすることが望ましい。前述の理由から、フィン３８２は外側チャンバ３９２内に長く伸びるべきである。様々な考察に基づいて、いくつかの実施形態では、フィン３８２は、壁３８０の外面と壁３７６の内面との間の距離の４０％以上延在する。いくつかの他の実施形態では、フィン３８２は、壁３８０の外面と壁３７６の内面との間の距離の４５％以上延在する。さらにいくつかの実施形態では、フィン３８２は、壁３８０の外面と壁３７６の内面との間の距離の５０％以上延在する。
【００４０】
ハウジング３７２は、界面材料３９４を介して熱源／ヒートシンク３９６に結合される。界面材料３９４の主要な機能は、ハウジング３７２と熱源／ヒートシンク３９６との間の熱抵抗を可能な限り小さくすることである。結果として、界面材料は、高い熱伝導率、薄い結合線を形成する能力、および動作寿命にわたって空隙を形成する傾向がほとんどまたは全くないことによって特徴づけられるべきである。「高い」熱伝導率に関しては、約５００Ｗ／（ｍ２Ｋ）を超える熱伝達係数が望ましい。ハウジング３７２と熱源／ヒートシンク３９６との間の結合は、機械的固定具によって補うことができるが、界面材料３９４が両方の結合表面に良好に接着して（例えば、均一な接触、空隙なしなど）熱抵抗を実用的に低く保つことが重要である。
【００４１】
いくつかの実施形態では、界面材料３９４は、室温加硫シリコーン（ＲＴＶ）である。界面材料３９４として使用するための他の適切な材料としては、感圧接着剤、フィルム接着剤、ガスケット、およびエポキシを含むが、これらに限定されない。もちろん、界面材料３９４は、熱源／ヒートシンク３９６およびハウジング３７２の構成材料と適合しなければならない。例示的な実施形態では、熱源／ヒートシンク３９６は、典型的にはアルミニウムで形成された放熱パネルであり、ハウジング３７２は、典型的には上述の界面材料候補と適合するアルミニウムを含む。
【００４２】
図４Ａは、受動的熱システム３７０が衛星電子機器４０１から衛星放熱パネル４０２に熱を伝達するように構成された構成４００を側面図で示す。図４Ｂは、線Ａ−Ａを通る図４Ａの構成の断面図を示し、図４Ｃは、線Ｂ−Ｂを通る図４Ａの構成の断面図を示す。
【００４３】
衛星電子機器４０１は、様々な目的のために衛星１００に搭載された多数の異なる電子システムのいずれかを表す。このような電子機器はすべて、通常、衛星から放出される必要がある熱を発生する。衛星放熱パネル４０２は、図１および図２に示すように、衛星１００の放熱パネル１０４，１０６，１０８，１１２などを表し、衛星電子回路４０１によって生成された熱を放出するために使用することができる。
【００４４】
図４Ａに示すように、衛星電子機器４０１は、受動的熱システム３７０の第１端部の近くに配置され、放熱パネル４０２は、受動的熱システムの第２端部の近くに配置される。受動的熱システム３７０は、前述した界面材料３９４（図３および図４Ｂおよび図４Ｃを参照）を介して衛星電子機器４０１および放熱パネル４０２に結合される。衛星電子機器４０１は、熱Ｑを発生し、熱Ｑは、受動熱システム３７０によって集められて放熱器４０２に運ばれ、そこで熱Ｑが宇宙空間に放出される。
【００４５】
受動的熱システム３７０は以下のように動作する。ヒートパイプ流体３８８は、衛星電子機器４０１から発生した熱を集める。流体３８８は、非常に低い温度で蒸発するように選択される。例えば、代表的なヒートパイプ材料である飽和アンモニアは、−３３℃で蒸発する。ＰＣＭ３９２は、通常、物質の機能として、通常は約２０〜６０℃の範囲のかなり高い温度で相変化（液体／固体）する。結果として、受動的熱システム３７０によって集められた熱Ｑの大部分は、内側チャンバ３８６内のヒートパイプ流体３８８に移動する。ヒートパイプ流体は、直ちに蒸発し始め、内側チャンバ３８６を横切って熱をほぼ音速で伝達する。実際には、この温度範囲において熱伝達が非常に効果的で速いため、内側チャンバ３８６は等温環境とみなすことができる。
【００４６】
この急速な熱伝達の効果は、内側チャンバ３８６のヒートパイプ流体３８８と外側チャンバ３９０のＰＣＭ３９２との間の熱コンダクタンス式［１］における表面積項Ａを増加させることである。
Ｇ＝ｈ×Ａ…［１］
ここで、Ｇは、熱コンダクタンス
ｈは、熱伝達係数
Ａは、接触面積である。
熱コンダクタンスＧが大きい場合には、熱がＰＣＭ３９２にさらに容易に伝達されるため、ＰＣＭがより有効であり、より大量のＰＣＭを使用可能にすることができる。
【００４７】
いくらかの熱が熱源からＰＣＭに直接伝達されることは注目に値する。しかし、典型的なＰＣＭ（例えば、水和塩など）は、非常に弱い熱伝導体であり、特にヒートパイプ流体３８８がない従来技術の構成では、ＰＣＭ３９２の長さに沿って、熱伝達されることがあまりない。
【００４８】
ＰＣＭ３９２がヒートパイプ流体３８８から熱を吸収すると、ＰＣＭ３９２は液化する。ＰＣＭ３９２が溶けると、ヒートパイプ流体３８８の温度は横ばいになる。ＰＣＭ３９２のすべてが溶けると、ヒートパイプ流体３８８の温度は、再び上昇し始める。好ましい実施形態では、ＰＣＭが完全に溶融することがないように、十分な量のＰＣＭ３９２が外側チャンバ３９０に存在する。
【００４９】
ヒートパイプ流体３８８の温度が決してＰＣＭ３９２の相変化温度に達しない場合、ＰＣＭには蓄熱は起こらない。このような場合、受動的熱システム３７０は、従来のヒートパイプのように振る舞う。
【００５０】
一旦衛星電子機器４０１が、ＰＣＭ３２０が（潜在的な融解熱を介して）蓄えるほどの相当量の熱の発生を停止すると、ＰＣＭは、蓄えた熱をゆっくりとチャンバ３８６内のヒートパイプ流体３８８に戻す。その後、ヒートパイプ流体は、放熱器４０２と熱交換し、そこで熱は宇宙空間に放出される。
【００５１】
したがって、ＰＣＭ３９２は、地面に解放するまでエネルギーを蓄える大きなコンデンサに似ている。また、ＰＣＭは、ヒートパイプ流体３８８の温度上昇を緩和し、温度制限を超えないようにするセーフティネットを提供する。
【００５２】
本開示は、いくつかの実施形態を記載しており、本発明の多くの変形は、本開示を読んだ後に当業者によって容易に考案され得るものであり、本発明の範囲が特許請求の範囲によって決定されることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【００５３】
１００  人工衛星
１０２  統合ペイロードモジュール
１０４，１０６，１０８，１１２，１２６  パネル
１０９  ブレース
１１０  変換モジュール
１１４  推進モジュール
１１６  燃料タンク
１１８  推進制御システム
１２０  支持ウェブ
１２２  ペイロードアンテナモジュール
１２４  ペイロードアンテナ
１２８  バッテリーモジュール
１３０  パネル
１３２  バスコンポーネントモジュール
１３４  メインソーラーアレイモーター
１３６  リアクションホイール
１３８  駆動モーター
１４０  ソーラーアレイシステム
１４２Ａ，１４２Ｂ  ソーラーパネル
１４４  モーター
１４６  受動回転ベアリング
１４８Ａ，１４８Ｂ  ｙバー
１５０  部材
１５２  開口部
１５４  ロック・リリース部材
１５６  開口部
１５８  無指向性アンテナ
１６０  ゲートウェイアンテナ
１６２  可動マウント
１６４  メイン制御プロセッサ
３２０，３９２  ＰＣＭ
３７０  受動的熱システム
３７２  ハウジング
３７４，３７６  壁
３８０  内壁
３８２  フィン
３８４  ウィック構造
３８５  突起
３８６  内側チャンバ
３８８  ヒートパイプ流体
３９０  外側チャンバ
３９１  端部
３９２  相変化物質
３９２  外側チャンバ
３９４  界面材料
３９６  熱源／ヒートシンク
４０１  衛星電子機器
４０２  衛星放熱パネル
【図１】
2018511523.tif 000003
【図２】
2018511523.tif 000004
【図３】
2018511523.tif 000005
【図４Ａ】
2018511523.tif 000006
【図４Ｂ】
2018511523.tif 000007
【図４Ｃ】
2018511523.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月30日(2017.11.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
【図１】本教示による人工衛星を示す。
【図２】図１の人工衛星の一部の分解図を示す。
【図３】本発明の例示的な実施形態による、図１及び図２の人工衛星と共に使用する改善された受動的熱システムを示す。
【図４Ａ】人工衛星電子機器から人工衛星放熱パネルに熱を伝達する構成の図３の改善された受動的熱システムを側面図によって示す。
【図４Ｂ】図４Ａの線Ａ−Ａを通る、図４Ａの構成の断面図を示す。
【図４Ｃ】図４Ａの線Ｂ−Ｂを通る、図４Ａの構成の断面図を示す。
【図４Ｄ】図３および図４Ａ〜図４Ｃの受動的熱システムの部分切断斜視図を示す。
【図４Ｅ】図４Ｄの受動的熱システムの端部（３９１）の断面図を示す。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
図４Ａは、受動的熱システム３７０が衛星電子機器４０１から衛星放熱パネル４０２に熱を伝達するように構成された構成４００を側面図で示す。図４Ｂは、線Ａ−Ａを通る図４Ａの構成の断面図をし、図４Ｃは、線Ｂ−Ｂを通る図４Ａの構成の断面図を示す。図４Ｄは、受動的熱システム３７０の部分切断斜視図を示す。図４Ｅは、端部３９１における図４Ｄの断面図を示す。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４Ｄ
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図４Ｄ】
2018511523.tif 000009
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４Ｅ
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図４Ｅ】
2018511523.tif 000010
【国際調査報告】
2018511523.tif 000011