Система терморегулирования космического аппарата

Изобретение относится к системе терморегулирования (СТР) космического аппарата. СТР содержит два замкнутых независимых жидкостных тракта с теплоносителем (один из них служит резервным). Каждый тракт включает в себя терморегулятор расхода теплоносителя с чувствительным элементом, радиатор, газожидкостный теплообменник, компенсатор объема, электронасосный агрегат. При этом оба независимых жидкостных тракта проходят через один газожидкостный теплообменник, имеющий одну общую для обоих трактов теплообменную поверхность по газу. Такое выполнение СТР позволяет повысить ее надежность и одновременно уменьшить ее массу. 2 ил.

 

Изобретение относится к космической технике, в частности, к системе терморегулирования (СТР) космического аппарата (КА), предназначенной для отвода тепла от тепловыделяющих приборов КА и поддержания их температуры в заданных пределах.

Анализ источников информации по патентной и научно-технической информации показал, что наиболее близким по технической сути прототипом предлагаемого технического решения является газожидкостная СТР КА (патент РФ № 2151720).

Известная газожидкостная СТР КА содержит замкнутый жидкостный тракт, заправленный теплоносителем, включающий в себя электронасосный агрегат, терморегулятор расхода теплоносителя с чувствительным элементом, разъёмы гидравлические, радиатор, газожидкостный теплообменник, установленный в герметичном контейнере, компенсатор объема.

Как показал анализ теплового режима создаваемых КА, проведенный авторами, известная СТР обладает существенными недостатками, а именно: вышеуказанная СТР обеспечивает недостаточно высокую надежность при заданном сроке службы в связи с использованием одного жидкостного тракта без применения резервного. При выходе из строя любого из элементов, входящих в состав жидкостного тракта, возможен отказ всего жидкостного тракта, что однозначно снижает степень надежности и срок службы всей СТР. Применение же двух независимых жидкостных трактов повышает степень надежности СТР, но в тоже время существенно увеличивает массу СТР, в связи с необходимостью использования в гермоконтейнере двух газожидкостных теплообменников, и требует увеличения напора вентилятора, из-за увеличения сопротивления при последовательной установке теплообменников, либо требует введения особых средств управления воздушным потоком через теплообменники при их параллельной установке.

Задачей, на которую направлено предлагаемое техническое решение, является повышение степени надёжности СТР КА и снижение её массы.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенной СТР применяются два независимых замкнутых жидкостных тракта с теплоносителем, которые одновременно проходят через один газожидкостный теплообменник, имеющий единую для обоих трактов теплообменную поверхность по газу и один сопряжённый с теплообменником резервированный вентилятор, что и является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого технического решения от прототипа.

В результате проведенного авторами анализа известной патентной и научно-технической литературы, предложенная совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не обнаружена.

Принципиальная схема предлагаемой СТР изображена на фиг. 1.

СТР КА содержит два независимых замкнутых жидкостных тракта 1, заправленных жидким теплоносителем и включающих в себя: два электронасосных агрегата 2 (предназначенных для циркуляции теплоносителя по замкнутому тракту); два терморегулятора 3 расхода теплоносителя с чувствительным элементом (предназначенных для изменения холодопроизводительности радиатора 4 путем изменения расхода теплоносителя через него в зависимости от температуры теплоносителя на выходе из газожидкостного теплообменника 5); радиаторы 4; газожидкостный теплообменник 5, установленный в герметичном контейнере; компенсаторы 7 объема; разъемы гидравлические 8.

Данная СТР применяется в составе КА, имеющих герметичный контейнер с тепловыделяющими приборами 6, работа которых осуществляется в условиях близких к наземным окружающим условиям. В составе СТР КА имеются жидкостные тракты 1 с прокачкой теплоносителя, который охлаждает термоплиты, сопряженные с тепловыделяющими приборами 6, расположенными снаружи и внутри герметичного контейнера. Внутри герметичного контейнера большая часть тепловыделяющих приборов 6 охлаждается газом, продуваемым вентилятором. Тепло от газа отводится к жидкости в газожидкостном теплообменнике 5 и далее всё собранное тепло переносится жидкостью на радиаторы 4. Температура теплоносителя поддерживается на заданном уровне посредством терморегулятора 3, который в зависимости от температуры жидкости, проходящей по его чувствительному элементу, осуществляет перепуск жидкости в обход радиатора 4 при снижении тепловой нагрузки либо увеличивает долю протока жидкости через радиатор 4 при увеличении тепловой нагрузки.

Устройство газожидкостного теплообменника изображено на фиг. 2.

Газожидкостный теплообменник включает в себя следующие элементы:

- два оребренных диска с теплообменными ребрами 9 из алюминиевого сплава АМг6;

- разделительное кольцо 10;

- трубопроводы жидкостных трактов 1;

- конфузор 11;

- фланец 12 для стыковки с вентилятором.

Трубопроводы каждого из двух жидкостных трактов 1 проходят с обеих сторон сборки из оребрённых дисков, благодаря чему оба жидкостных тракта 1 имеют общую теплообменную поверхность с потоком газа. Циркуляция газа обеспечивается вентилятором, установленным на выходном фланце 12 газожидкостного теплообменника 5. В целях обеспечения надёжности вентилятор дублирован, в то же время теплообменная поверхность газожидкостного теплообменника 5 износу не подвержена и в резервировании не нуждается, тем самым при данном устройстве СТР используется возможность снижения её массы одновременно с повышением надежности при заданном сроке службы.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведённой совокупностью признаков, является то, что повышается надежность и срок службы СТР, а также снижается её масса.

Предложенное авторами техническое решение предусмотрено в технической документации на вновь разрабатываемый КА с длительным (15 и более лет) сроком эксплуатации на орбите.

Система терморегулирования космического аппарата, содержащая замкнутые жидкостные тракты с теплоносителем, включающие в себя терморегулятор расхода теплоносителя с чувствительным элементом, электронасосный агрегат, радиатор, компенсатор объема, газожидкостный теплообменник, установленный в герметичном контейнере, отличающаяся тем, что жидкостные тракты стыкуются в герметичном контейнере с газожидкостным теплообменником, имеющим общую поверхность теплообмена.