Способ минимизации потока солнечного излучения, отраженного от элементов конструкции и воздействующего на внешние элементы космического аппарата

Решетнеескцие чтения. 2015

DIPHASE CIRCUIT BASED ON PARALLEL-CONNECTED CAPILLARY PUMPS

OF VARIOUS DESIGNS

M. M. Popugaew, E. Y. Bakurov, O. V. Shilkin, A. P. Kolesnikov

JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: popugaev@iss-reshetnev.ru

The paper contains the description of the diphase circuit with three parallel mounted capillary pumps of various designs with a mutual radiation panel, manufactured and developed as a prototype of promising thermal control system of spacecraft.

Keywords: capillary pump, biphasic circuit, circuit with capillary pump, circuit heat pipe, thermal processes.

Система обеспечения теплового режима является основной частью космического аппарата (КА), обеспечивающей успешное выполнение им целевой задачи в течение всего периода эксплуатации КА.

В настоящее время на первый план выдвигаются задачи развития и совершенствования систем обеспечения теплового режима КА негерметичного исполнения, в первую очередь - это системы с использованием теплоты межфазового перехода теплоносителя. К таким системам относятся двухфазные системы с капиллярной прокачкой теплоносителя.

В современных КА для сбора и переноса тепла от целевой аппаратуры требуется большое количество капиллярных насосов (КН), для уменьшения массы системы целесообразно объединять КН в общий контур с общей компенсационной камерой (КК) на одном из КН.

Целью работы являлась разработка, изготовление и проведение наземной экспериментальной отработки опытного образца двухфазного контура (ДФК) на базе капиллярных насосов с параллельным включением нескольких насосов различного конструктивного исполнения.

В результате выполнения исследовательских работ был спроектирован, изготовлен и отработан ДФК с тремя параллельно установленными КН с общей радиационной панелью. Отличительной особенностью

ДФК является то, что КК двух КН по объёму (и габаритным размерам) значительно меньше, чем у основного КН. Такое техническое решение позволило значительно уменьшить массу контура.

Результаты испытаний двухфазного контура при окружающих условиях показали следующее:

1) оптимальная доза заправки при максимальной передающей способности контура составляет ±5 г;

2) контур надежно запускается и функционирует при подаче тепловой мощности от 50 до 200 Вт на каждый КН;

3) контур надежно запускается при подаче тепловой мощности, как только на основной КН (с КК большого объема), так и при одновременной подаче тепловой мощности на все КН;

4) контур надежно функционирует при равномерном и неравномерном распределении тепловой нагрузки к КН;

5) контур надежно функционировал при циклическом подводе тепловой мощности к КН.

Таким образом, исходя из положительных результатов проведенных работ при окружающих условиях для подтверждения полученных результатов целесообразно продолжить исследования в условиях вакуума.

© Попугаев М. М., Бакуров Е. Ю., Шилкин О. В., Колесников А. П., 2015

УДК 629.78

СПОСОБ МИНИМИЗАЦИИ ПОТОКА СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, ОТРАЖЕННОГО ОТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ И ВОЗДЕЙСТВУЮЩЕГО НА ВНЕШНИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

А. А. Рудько, Е. В. Юртаев, Е. А. Гордеев, А. П. Колесников, П. А. Шаклеин

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: rudko@iss-reshetnev.ru

Рассмотрен способ минимизации потока солнечного излучения, отраженного от элементов конструкции и воздействующего на внешние элементы космического аппарата.

Ключевые слова: КА, отраженный поток, СТР.

Тепломассообменные процессы в конструкциях ЛА, энергетическихустаноеок,и систем жизнеобеспечения

THE METHOD TO MINIMIZE SOLAR HEAT FLUX REFLECTED FROM THE ELEMENTS OF THE STRUCTURE AND IMPACTING ON EXTERNAL ELEMENTS OF SPACECRAFT

A. A. Rudko, E. V. Yurtaev, E. A. Gordeev, A. P. Kolesnikov, P. A. Shaklein

JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: rudko@iss-reshetnev.ru

The research focuses on method to minimize solar heat flux reflected from the elements of the structure and impacting on external elements of spacecraft.

Keywords: spacecraft, reflected flux, thermal control system.

Основой систем терморегулирования (СТР) современных космических аппаратов (КА) негерметичного исполнения разработки АО «ИСС» является комбинированная СТР, базирующаяся на применении дублированного жидкостного контура (ЖК) и тепловых труб, встраиваемых в приборные и радиационные панели КА [1].

Для внешних элементов негерметичных КА принята автономная концепция терморегулирования, обеспечивающая минимальное тепловое взаимодействие между внешними элементами. Данная концепция даёт возможность увеличить эффективность КА за счет расположения его составных частей (СЧ) в местах, обеспечивающих оптимальное выполнение СЧ всех заданных функций.

Например, расположение элементов двигательной установки на радиаторе СТР, имеющем зеркальное покрытие класса оптический солнечный отражатель (ОСО-С: отражательная способность 90 %, зеркальность 100 %), позволяет значительно уменьшить расход топлива и, следовательно, обеспечить более длительный срок активного существования КА без дополнительных массовых затрат.

Известно, что тепловой режим элементов, располагаемых снаружи КА, существенно зависит от формы (геометрии) и типа терморегулирующего покры-

тия (ТРП) элементов внешнего окружения [2]. Размещение на радиаторе СТР двигательных блоков (ДБ) приводит к дополнительному воздействию на ДБ солнечного излучения вследствие его отражения от радиаторов с ОСО-С и, как следствие, к ухудшению температурных условий эксплуатации.

С целью исключения влияния дополнительных («паразитных») тепловых потоков на ДБ реализована схема с черным покрытием на локальных участках радиатора СТР (схема «чёрный квадрат») в зоне расположения ДБ.

Для выявления на радиаторе СТР зон концентрированных источников «паразитных» потоков была разработана методика, реализованная в программном комплексе ТИБЯМГСА [3], позволяющая выделить участки радиатора СТР с максимальной концентрацией точек отражения солнечных лучей, достигающих внешней поверхностей ДБ.

В выявленных зонах на радиаторе СТР покрытие ОСО-С заменяется на покрытие эмаль АК-512 черная (отражательная способность 8 %, зеркальность 0 %).

На рис. 1 показан результат определения «паразитной» зоны на радиаторе СТР, полученный при тепловом математическом моделировании КА, создаваемых на базе платформы «Экспресс-2000».

Рис. 1. Расположение точек, в которых солнечные лучи, отражаясь от поверхности радиатора СТР при движении КА на орбите, достигают внешней поверхности ДБ

Решетнееские чтения. 2015

время, ч

Рис. 2. Суточное изменение температуры ДБ

Эффективность разработанного способа обеспечения теплового режима для внешних элементов подтверждена в процессе летных испытаний КА разработки АО «ИСС» (рис. 2) - эксплуатационный диапазон температур ДБ сужен на 17 °С.

Библиографические ссылки

1. Пат. 2362713 Российская федерация МПК Б6401/50, Б64в1/22. Способ компоновки космического аппарата / Загар О. В., Колесников А. П., Акчу-рин В. П. и т. д. ; опубл. 27.07.2009.

2. Зигель Р., Хауэлл Дж. Теплообмен излучением / пер. с англ. под ред. д-ра техн. наук Б. А. Хрустале-ва. М. : Мир, 1975.

3. Thermica. Version 4.6.0. User manual. Ref: ASTRI.UM.757138.ASTR, 2013.

References

1. Pat. 2362713 Rossijskaja federacija MPK B64G1/50, B64G1/22. Sposob komponovki kosmicheskogo apparata / Zagar O. V., Kolesnikov A. P., Akchurin V.P. i t.d. / opubl. 27.07.2009.

2. Zigel' R., Khauell Dzh. Teploobmen izlucheniem [Thermal radiation heat transfer]. Per. s angliyskogo pod. red. d-ra tekhn. nauk Khrustaleva B. A. M. : Mir, 1975.

3. Thermica. Version 4.6.0. User manual. Ref: ASTRI.UM.757138.ASTR, 2013.

© Рудько А. А., Юртаев Е. В., Гордеев Е. А., Колесников А. П., Шаклеин П. А., 2015

УДК 629.78

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ЭЛЕМЕНТАХ КОНСТРУКЦИИ КА ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА

Ф. В. Танасиенко, Д. О. Шендалев, Е. В. Юртаев, А. А. Рудько

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева»

Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина,52 E-mail: tanasienko@iss-reshetnev.ru

Рассмотрен процесс теплопередачи в элементах конструкции КА из композиционных материалов на основе углеродных волокон. Разработана методика теплового математического моделирования указанных конструкций, учитывающая анизотропность коэффициента теплопроводности, обусловленную составом и структурой композиционного материала.

Ключевые слова: конструкция КА, теплопроводность, композиционные материалы.