СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
METHOD OF MANUFACTURING OF SPACECRAFT THERMAL CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к космической технике и предназначено для использования при изготовлении систем терморегулирования (СТР) космических аппаратов (КА), содержащих общие замкнутые циркуляционные жидкостные контуры для модуля полезной нагрузки (МЛН) и модуля служебных систем (МСС).
Известны такие СТР КА, например, согласно патенту RU 2237600 [1], который (см. фиг.1) включает в себя общий циркуляционный контур для МПН 1 и МСС 2 и содержит: 2.1 - вентиль отсечной; 2.2 -вентиль «ЗАПРАВКА» («НАДДУВ»); 2.3 - вентиль «СЛИВ» («ДРЕНАЖ»); 1.4 - гидромуфты; 2.6 - компенсатор объема; 2.7 - электронасосный агрегат; 2.8 - клапан-регулятор для поддержания температуры работающих приборов, установленных на приборных панелях 2.10, 1.5, 1.6, в более узком диапазоне, чем температуры приборов, установленных на панелях радиаторов 2.9, установленных в вертикальных плоскостях, перпендикулярных к осям +Z и -Z КА; 2.10 - байпасная линия. В настоящее время для мощных КА высота панелей радиаторов 2.9 равна 3-6 м и на них расположены (или встроены) равномерно расположенные вертикальные коллекторы, например, по 10 штук на каждой панели радиатора "+Z" и "-Z", объединенные в один целый жидкостный тракт U-образными переходниками (см. фиг.3, где 2.9.1-2.9.10 - коллекторы; 2.9.11 - U-образные переходники).
В процессе изготовления СТР перед проверкой герметичности жидкостный контур заполняют и промывают чистым растворителем, например изооктаном (например, согласно патенту RU 2307774), затем из жидкостного контура его сливают (при этом при закрытом вентиле 2.1 и промежуточном положении регулирующего органа клапана-регулятора 2.8 на вход вентиля 2.2 подают допустимое избыточное давление газа и через вентиль 2.3 сливают растворитель (в заправщик) и далее продувают сжатым газом до почти полного удаления (например, до 95%, что контролируют измерением слитого объема растворителя) жидкой фазы и далее осуществляют вакуумную сушку жидкостного контура до отсутствия жидкого конденсата растворителя на выходе из СТР.
Однако, как показал опыт, в процессе слива растворителя из жидкостного контура СТР, который в составе панелей радиаторов содержит повышенное количество коллекторов (по 10 штук в каждой панели радиатора "+Z" и "-Z") с увеличенной вертикальной размерностью (H=3-6 м), при допустимом для СТР рабочем избыточном давлении сухого газа на входе (например, ≈0,5 ати ≈50 кПа) в вентиль 2.2 не обеспечивается (см. фиг.2) продувка линий радиаторов газом, и в них остается до ≈50% растворителя (это около 25% от общего объема в СТР), и, следовательно, в этом случае продолжительность вакуумной сушки существенно возрастет, что с точки зрения технологии изготовления неприемлемо.
Таким образом, существенными недостатками известного способа изготовления СТР КА на основе [1] в случае его использования, для изготовления СТР КА с вертикально расположенными с длинноразмерными коллекторами является недостаточная технологичность изготовления СТР, обуславливающая увеличение продолжительности изготовления ее.
Целью предложенного технического решения является устранение вышеуказанных существенных недостатков.
Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления СТР КА, содержащем жидкостный циркуляционный контур с вертикально расположенными последовательно соединенными жидкостными коллекторами и с байпасной им линией с установленным на их входе клапаном-регулятором, включающем предварительную заправку его жидким теплоносителем (растворителем) для наземных испытаний, а затем слив его продувкой сухим газом для последующей вакуумной сушки контура, причем слив теплоносителя из вертикально расположенных последовательно соединенных жидкостных коллекторов продувкой сухим газом осуществляют в последнюю очередь, для чего первоначально обеспечивают продувку всего жидкостного тракта, минуя коллекторы панелей радиаторов, переложив клапан-регулятор в соответствующее положение, а затем - в последнюю очередь перед вакуумной сушкой, переложив клапан-регулятор в другое крайнее положение, продувают с допустимым рабочим давлением газа вертикально расположенные коллекторы радиаторов до полного удаления из всего контура жидкости, что и является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого авторами технического решения.
В результате анализа, проведенного авторами известной патентной и научно-технической литературы, предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого изобретения в известных источниках информации не обнаружено и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемом способе изготовления системы терморегулирования космического аппарата.
Авторами было проведено комплексное (теоретическое и опытное) исследование такого явления блокировки растворителя (теплоносителя) в коллекторах радиаторов в количестве до ≈50% от их суммарного объема и установлено, что это обусловлено из-за нестабильного расхода продуваемого воздуха в линиях трактов ввиду продувки одновременно (в прототипе) по двум неравноценным гидравлически (вертикальным 2.9 и горизонтальным 2.10) параллельным трактам 2.9 и 2.10 из-за промежуточного положения клапана-регулятора и из-за сложных: горизонтально расположенных параллельно-последовательных трактов 1.5-1.6 впереди (до) трактов радиаторов 2.9, где (поз.1.5 и 1.6) до 50-60% объема теплоносителя от суммарного объема в СТР (см. фиг.2, где изображены продуваемые газом вертикальные коллекторы - условно три витка из 10, образованные ими:
вх
Р - избыточное давление газа на входе, Па;
i
ΔH - разность высот жидкости в соседних коллекторах, м;
i
ΔP - разность гидравлического давления в витках, Па;
1
2
3
P, Р, Р - давления в витках на границах раздела жидкость - парогазовая смесь:
1. Условия гидростатического равновесия (отсутствия движения жидкости) для каждого витка
ый
1 виток:
вх
1
1
1
P-P=ΔP=ΔH·ρ·q
3
где ρ - плотность жидкости, кг/м;
2
q - ускорение силы тяжести нормальное (9,81 м/с);
ой
2 виток:
1
2
2
2
Р-Р=ΔР=ΔН·ρ·q;
ий
3 виток:
2
3
3
3
Р-Р=ΔР=ΔH·ρ·q; и так далее;
ый
10 виток (рассмотрим для примера 10 витков):
9
10
10
10
Р-P=ΔР=ΔH·ρ·q.
i
2. Сложив левые и правые части выражений п.1 для случая, когда ΔH=idem, получаем следующее условие равновесия - условие блокировки жидкости в коллекторах радиаторов:
вх
10
1
2
3
10
P-P=(ΔH+ΔH+ΔH+…+ΔH)· ρ·q=ΔH·10·ρ·q.
вх
Допустим, что на выходе избыточное давление равно нулю (атмосферное давление), а на входе - Р=50000 Па. Тогда высота столба жидкости в каждом витке получается равной
<mrow><mi>Δ</mi><mi>H</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>в</mi><mi>х</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mn>10</mn></mrow></msub></mrow><mrow><mn>10</mn><mo>⋅</mo><mi>ρ</mi><mo>⋅</mo><mi>q</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>50000</mn></mrow><mrow><mn>10</mn><mo>⋅</mo><mn>700</mn><mo>⋅</mo><mn>10</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>7</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mo>,</mo></mrow>
т.е. получается, что допустимое давление газо-жидкостной смеси (из-за одновременной продувки в промежуточном положении клапана-регулятора) на входе обеспечивает продувку коллекторов, если в них столб жидкости не превышает 0,7 м.
3. В то же время, если обеспечить непрерывное удаление жидкости из коллекторов, подачей на вход только газа (предложение авторов) - тогда столбы жидкости в соседних коллекторах взаимно уравновешиваются и допустимое давление обеспечивает продувку жидкости из 10 коллекторов с высотой в каждом
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>H</mi><mrow><mtext>продувки</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>в</mi><mi>х</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mn>10</mn></mrow></msub></mrow><mrow><mi>ρ</mi><mo>⋅</mo><mi>q</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>50000</mn></mrow><mrow><mn>700</mn><mo>⋅</mo><mn>10</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>7</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mo>.</mo></mrow>
Таким образом, для обеспечения качественной продувки жидкости из коллекторов радиаторов без образования в них блокировки необходимо первоначально обеспечить продувку всего жидкостного тракта, минуя коллекторы панелей радиаторов, переложив клапан-регулятор в соответствующее положение (при этом ≈50% объема теплоносителя сливается сплошным потоком, а остальные 50% - в виде газожидкостного потока, а в конце - в виде газа), а затем - в последнюю очередь, переложив клапан-регулятор в другое крайнее положение, продуть коллекторы радиаторов до полного удаления (см. фиг.3) из СТР жидкости.
Согласно вышеуказанному предложенному авторами техническому решению проведены опытные работы по сливу теплоносителя-растворителя из жидкостного контура с вертикально расположенными коллекторами (по 10 шт.) в радиаторах и установлено, что при продувке их с допустимым рабочим избыточным давлением на входе, равным 50 кПа, гидравлическая блокировка жидкостного контура в радиаторах отсутствовала и происходила свободная продувка жидкости до полного удаления их перед вакуумной сушкой жидкостного контура СТР, т.е. тем самым обеспечивалось достижение цели изобретения.