МНОГОДОРОЖЕЧНЫЙ ГИБКИЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ
MULTI-TRACK FLEXIBLE ELECTRIC HEATER

Изобретение относится к области космического машиностроения и может быть использовано при изготовлении гибких, плоских, гибко-плоских электронагревателей (ЭН), поддерживающих в работоспособном состоянии (в заданном диапазоне эксплуатационных температур) радиоэлектронную аппаратуру и узлы космического аппарата (КА) при воздействии низких температур космического пространства посредством подогрева радиоэлектронной аппаратуры (узлов), то есть нагреваемых объектов (НО) до значений эксплуатационных температур включением ЭН в течение заданного времени.
Изобретение направлено на увеличение эффективности работы ЭН, путем повышения надежности, расширения функциональных возможностей при эксплуатации в условиях вакуума в составе КА герметичного и негерметичного исполнения.
Изобретение может быть использовано в других областях техники, где изготавливают и применяют ЭН с заданными геометрическими свойствами (размерами), прочностными характеристиками (гибкость, стойкость к механическим и радиационным воздействиям), нормируемой тепловой отдачей, увеличенной надежностью.
В настоящее время известен гибкий электрообогреватель, патент RU C2 2613497, принятый за прототип заявленного изобретения. Устройство содержит резистивный элемент, расположенный между двумя листами электроизоляционного материала и снабжено токоподводящими проводами, дополнительным листом электроизоляционного материала, расположенным между двумя указанными листами, при этом резистивный элемент выполнен из металла или сплава и без перегибов закреплен на дополнительном листе, причем листы электроизоляционного материала состоят из одного или нескольких разнородных гибких термостойких радиационностойких высокоэлектроизоляционных материалов с малым газовыделением в вакууме и имеют плоскую или криволинейную форму.
При работе в составе системы терморегулирования (СТР) ЭН преобразовывает электрическую энергию в тепловую и передает тепловую энергию к НО. В КА нагреваемыми объектами являются узлы космического аппарата, радиоэлектронная аппаратура и прочие, расположенные на панелях КА в условиях открытого космоса (космического вакуума). Обеспечение заданного теплового режима узлов КА является важной технической задачей. От надежности решения этой задачи зависит срок активного существования (САС) КА на заданной целевой орбите. Включение ЭН осуществляется подачей напряжения питания на резистивный слой (резистивную дорожку) ЭН, имеющего высокое омическое сопротивление. При протекании электрического тока по резистивной дорожке ЭН, имеющей большое сопротивление выделяется тепло, которое через основание ЭН передается к НО. В случае повреждения резистивной дорожки или токоподводящих проводов ЭН (перегорание, смещение, повреждение, электрический пробой, нарушение паяного соединения и др.) под воздействием факторов космического пространства или механических воздействий, и при отсутствии возможности дублирования цепей ЭН становится неработоспособным. Таким образом, в известной конструкции электрообогревателя по патенту RU 2613497 при применении в КА герметичного и негерметичного исполнения имеются существенные недостатки: отсутствует возможность резервирования (дублирования) основных цепей ЭН, обусловленного особенностями конструкции ЭН (одна резистивная дорожка, одна пара токоподводящих проводов), что приводит к снижению надежности ЭН; отсутствует возможность ступенчатой регулировки мощности ЭН, особенно на начальных режимах функционирования СТР т.к. в некоторых случаях, (при отрицательных значениях температуры на НО) целесообразно вначале обеспечить максимальную мощность нагрева НО, затем ступенчато снижая ее по мере достижения НО заданных температур; отсутствует возможность обеспечения нагрева различных частей НО одним ЭН в зависимости от функционального и теплового состояния НО. При этом для обеспечения заданной надежности и функциональности системы терморегулирования (СТР), обеспечения САС КА по патенту RU C2 2613497 изготавливается второй ЭН или третий ЭН. Изготовление дополнительных ЭН, установка дополнительных ЭН на НО требует существенных временных затрат, увеличивает технологический цикл изготовления СТР в целом, кроме того резервирование с помощью дополнительных ЭН требует дополнительной площади на НО для их установки, что ограничивает конструктивные возможности по применению ЭН, увеличивает массу СТР.
Для заявленного устройства выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: гибкий электронагреватель, содержащий резистивный элемент, расположенный между двумя листами электроизоляционного материала и снабженный токоподводящими проводами, а также дополнительным листом электроизоляционного материала, расположенного между двумя указанными листами, с резистивным элементом, выполненным из металла или сплава и без перегибов, который закреплен на дополнительном листе, причем листы электроизоляционного материала состоят из одного или нескольких разнородных гибких термостойких радиационностойких высокоэлектроизоляционных материалов с малым газовыделением в вакууме и имеющих плоскую или криволинейную форму.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является увеличение эффективности и надежности ЭН для условий штатной работы в составе КА герметичного и негерметичного конструктивного исполнения (в условиях открытого космоса), совершенствование конструкции ЭН, повышение надежности СТР, сокращение технологического цикла изготовления ЭН, обеспечивающего дополнительное функциональное резервирование, ступенчатую регулировку мощности нагрева ЭН.
Задача решается за счет того, что в многодорожечном гибком ЭН, который содержит резистивный элемент, расположенный между двумя листами электроизоляционного материала и снабженный токоподводящими проводами (токовыводами), а также дополнительным листом электроизоляционного материала, расположенного между двумя указанными листами, с резистивным элементом (резистивной дорожкой), выполненным из металла или сплава и без перегибов который закреплен на дополнительном листе, причем листы электроизоляционного материала состоят из одного или нескольких разнородных гибких термостойких радиационностойких высокоэлектроизоляционных материалов с малым газовыделением в вакууме и имеющих плоскую или криволинейную форму, на дополнительном листе основания ЭН формируют вторую и третью резистивные дорожки ЭН каждая из которых снабжена токовыводами. Три дорожки ЭН с токовыводами обеспечивают трехкратное резервирование основных конструктивных элементов в одном ЭН, а так же трехступенчатое регулирование мощности нагрева ЭН. В случае выхода из строя первой резистивной дорожки (обрыв, короткое замыкание резистивного слоя, обрыв токоподводящих проводов, отказ паяных соединений и др.) по команде управления осуществляется снятие напряжения питания с первой дорожки ЭН и подача напряжения питания на вторую и последующие дорожки ЭН, обеспечивая бесперебойное выполнение функции ЭН. Изготовление (формирование) второй и третьей резистивной дорожки ЭН осуществляется одновременно с первой дорожкой, что значительно сокращает технологический цикл изготовления одного ЭН по сравнению с изготовлением трех отдельных ЭН. Трехкратное (многократное) резервирование повышает надежность отдельного ЭН и СТР в целом за счет дублирования основных конструктивных элементов в одном устройстве, сокращают технологический цикл изготовления СТР за счет установки на НО одного ЭН вместо трех, расширяет функциональные возможности ЭН за счет обеспечения трехступенчатого регулирования мощности нагрева ЭН. Кроме того, в многодорожечном ЭН форма и сопротивление резистивных дорожек могут быть различными, что позволяет обеспечить нагрев различных частей НО в зависимости от его функционального и теплового состояния, (задачи, функции, тепловые режимы узлов КА, для которых ЭН обеспечивают заданный тепловой режим, на участках выведения КА, в штатном режиме, в зоне тени Земли, в зависимости от положения Солнца отличаются).
Суть изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан многодорожечный ЭН (трехдорожечный ЭН), содержащий первую дорожку ЭН 1 с токовыводами 6, содержащий вторую дорожку ЭН 3 с токовыводами 4, содержащий третью дорожку ЭН 5 с токовыводами 2. На фиг. 2 отдельно изображен резистивный слой многодорожечного ЭН (трехдорожечный ЭН), содержащий первую дорожку ЭН 1, вторую дорожку ЭН 2, третью дорожку ЭН 3 с контактными площадками 9, 8, 7 для припаивания токовыводов соответственно.
Таким образом, технический результат достигается за счет введения в конструкцию ЭН второй, третьей и последующих дорожек нагрева. Принципиально новым в конструкции ЭН является применение дополнительных резистивных дорожек одинаковой или различной формы, обеспечивающих многократное резервирование основных электрических цепей функций, предоставление дополнительных функциональных возможностей в одном ЭН, что повышает надежность ЭН, сокращает технологический цикл изготовления.