Поэтапный метод системы теплового регулирования космического аппарата для дальнего космоса

Двирный В.В.; Юртаев Е.В.; Морозов Е.А.; Двирный Г.В.; Лазарев В.М.

Решетнеескцие чтения. 2015

По результатам, полученным при проведении испытаний, были проанализированы тепловое состояние и достаточность параметров средств обеспечения теплового режима двигательной установки «МКА ФКИ (ПН4)», скорректирована расчётная модель, также выданы рекомендации по дальнейшему совершенствованию стендовых систем [4] в части их приближения к условиям штатной эксплуатации [5], которые получат реализацию при проведении подобных огневых испытаний двигательной установки космического аппарата «Луна-Глоб» («Луна-25»).

Библиографические ссылки

1. Малоземов В. В. Тепловой режим космических аппаратов. М. : Машиностроение, 1980. 232 с.

2. Землянский Б. А., Лунев В. В., Власов В. И. и др. Руководство для конструкторов. Конвективный теплообмен изделий РКТ / под ред. Б. А. Землянского. Королев : ЦНИИмаш, 2010. 397 с.

3. Адрианов В. Н. Основы радиационного и сложного теплообмена. М. : Энергия, 1972. 464 с.

4. Галеев А. Г. Основы устройства испытательных стендов для отработки жидкостных ракетных двигателей и двигательных установок. Пересвет Мо-

сковской области : Изд-во ФКП «НИЦ РКП», 2010. 178 с.

5. Авдуевский В. С., Галицейский Б. М., Глебов Г. А. и др. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике / под ред. В. К. Кошкина. М. : Машиностроение, 1992. 528 с.

References

1. Malozemov V. V. Teplovoj rezhim kosmicheskih apparatov. M. : Mashinostroenie, 1980. 232 p.

2. Zemlyanskij B. A., Lunev V. V., Vlasov V. I. i dr. Rukovodstvo dlya konstruktorov. Konvektivnyj teploobmen izdelij RKT / Pod red. B. A. Zemlyanskogo. Korolev : TsNIImash, 2010. 397 p.

3. Adrianov V. N. Osnovy radiatsionnogo i slozhnogo teploobmena. M. : Energiya, 1972. 464 p.

4. Galeev A. G., Osnovy ustrojstva ispytatel'nyh stendov dlya otrabotki zhidkostnyh raketnyh dvigatelej i dvigatel'nyh ustanovok. g. Peresvet, Moskovskoj oblasti: Izd-vo FKP "NITs RKP", 2010. 178 p.

5. Avduevskij V.S., Galitsejskij B.M., Glebov G.A. i dr. Osnovy teploperedachi v aviatsionnoj i raketno-kosmicheskoj tehnike / pod red. V.K. Koshkina. M. : Mashinostroenie, 1992. 528 p.

УДК 629.78

ПОЭТАПНЫЙ МЕТОД СИСТЕМЫ ТЕПЛОВОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ДЛЯ ДАЛЬНЕГО КОСМОСА

В. В. Двирный, Е. В. Юртаев, Е. А. Морозов, Г. В. Двирный, В. М. Лазарев

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

E-mail: [email protected]

Рассмотрены вопросы обеспечения температурной устойчивости конструкции космического аппарата для дальнего космоса. Уточнена математическая модель тепловых расчётов фермы космического аппарата для дальнего космоса.

Ключевые слова: КА, температура, СТР.

STAGE-BY-STAGE METHOD OF SPACECRAFT THERMAL REGULATION SYSTEM

FOR DEEP SPACE

V. V. Dvirniy, E. V. Iurtaev, E. A. Morozov, G. V. Dvirniy, V. M. Lazarev

JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]

The research investigates the matters to ensure temperature stability of a spacecraft design for deep space. The authors specify mathematical model of thermal calculations of the spacecraft farm for deep space.

Keywords: spacecraft, temperature, thermal control system.

Космический аппарат (КА) для дальнего космоса р<

принципиально возможно применить и для обнару- ц]

жения сигналов внеземных цивилизаций (В.ц.), при з!

этом необходимо решить задачу распознавания при- в]

роды сигналов, которая несколько упрощается, если цивилизация посылает специальные сигналы, предназначенные для установления контакта с другими цивилизациями [5].

Тепломассообменные процессы в конструкциях ЛА, энергетическихустаноеок,и систем жизнеобеспечения

КА вырабатывает сообщение S(t) ^ - время), которое поступает в передающее устройство, где оно преобразуется в электрический сигнал x(t) и с помощью передающей антенны A1 излучается в космическое пространство. Скорость передачи информации и надёжность системы связи определяются, в первую очередь, отношением средних мощностей сигнал/ шум на входе приёмника и полосой частот Д/. Надёжность возрастает вместе с отношением сигнал/ шум. Максимальная скорость C передачи информации, или пропускная способность канала, при условии hv ^ (V - частота сигнала) определяется формулой Шеннона:

C = АГ • 1см2 (1 + а),

где а = -

P,„

С измеряется в единицах информации за секунду (бит/ с). Коэффициент а обратно пропорционален шумовой температуре приёмника, поэтому для таких КА требование к температуре антенны порядка 4 К, чтобы обеспечить необходимое соотношение мощности сигнала РС к мощности шума PШ. Соответствующие требования предъявляются и к бортовой аппаратуре, которые необходимо учитывать при её разработке [1; 3; 4; 6].

Что касается особенностей системы терморегулирования (СТР), то решение этой задачи необходимо проводить поэтапно, и на первом этапе после тепловых расчётов, например, в программном продукте «Л№У8», необходим эксперимент. Рассмотрим конструкцию фермы из композиционного материала со спицами.

Конструкция образца фермы с оснасткой установлена в термобарокамеру. На внутренних экранах камеры, за счет прокачки жидкого азота, поддерживалась температура минус 180 °С.

Электрообогреватель, установленный на внутренней поверхности технологической экранно-вакуумной теплоизоляции (ЭВТИ), при подаче мощности разогревает внутреннюю поверхность ЭВТИ. Тепло с внутренней поверхности технологической ЭВТИ за счет переизлучения передаётся на внешний слой первого экрана образца. Далее тепло за счёт кондук-тивного и радиационного теплообмена распределяется по конструкции образца и частично попадает на криоэкран, с которого снимается за счёт прокачки жидкого гелия.

Температурное поле фермы со спицами образца при мощности электрообогревателя = 140 Вт

Целью является определение температур по конструкции образца в условиях сверхнизких температур. Результаты испытаний показаны графически (см. рисунок).

Библиографические ссылки:

1. Дульнев Г. Н., Польщиков Б. В., Ага О. Б. Тепловое моделирование электротехнических устройств // Инженерно-физический журнал. 1981. Т. XL. № 6. С. 1062-1070.

2. Дульнев Г. Н. и др. Методы расчёта теплового режима приборов. М. : Радио и связь, 1990. 312 с.

3. Карабан В. М., Суслов И. О. Возможности проведения расчёта теплового режима печатных плат в системе имитационного моделирования ANSYS Icepak // Материалы XVI Междунар. науч. конф., по-свящ. памяти ген. конструктора ракетно-космических систем академика М. Ф. Решетнёва. Красноярск, 2012. Ч. 1. С. 179-180.

4. Карабан В. М., Сухоруков М. П., Морозов Е. А. Математические модели многослойных печатных плат для теплового моделирования электронных устройств и систем // Доклады ТУСУР. 2013. № 3(29). С. 170-174.

5. Пикельнер С. Б. Маленькая энциклопедия. Физика космоса. М. : Сов. энцикл., 1976.

6. Temmerman W. et. al. Experimental Validation Methods for Thermal Models // Thermal Management of Electronic Systems II.

References

1. Dul'nev G. N., Pol'chikov B. V., Aga О. B.

Teplovoe modelirovanie electrotehnicheskih ustroistv (Thermal modeling of electrotechnical devices) // Inzhenerno-fizicheskii zhurnal (Engineering and physical magazine). 1981. Т. XL. № 6. P. 1062-1070.

2. Dul'nev G. N. i dr. Metodi rascheta teplovogo rezhima priborov (Calculation's methods of the thermal mode of devices). М. : Radio i sviaz' (Radio and communication), 1990. 312 p.

3. Karaban V. M., Suslov I. О. Possibilities of carrying out calculation of the thermal mode of printed-circuit boards in system of imitating modeling ANSYS Icepak // Materiali XVI Mezhdunarodnoi nauchnoi konferencii, posviachennoi pamyati general'nogo konstruktora raketno-kosmicheskih system akademika M. F. Reshetneva. 2012. P. 1. P. 179-180.

4. Karaban V. M., Suhorukov М. P., Morozov Е. А. Mathematical models of multilayered printed-circuit boards for thermal modeling of electronic devices and systems // Dokladi TUSUR. 2013. № 3(29). P. 170-174.

5. Pikel'ner S. B. Malen'kaia enciklopedia. Fizika kosmosa. Izdatel'stvo «Sovetskaia Enciklopedia», Moscow, 1976.

6. Temmerman W. et. al. Experimental Validation Methods for Thermal Models // Thermal Management of Electronic Systems II.

STAGE-BY-STAGE METHOD OF SPACECRAFT THERMAL REGULATION SYSTEM FOR DEEP SPACE

Текст научной работы на тему «Поэтапный метод системы теплового регулирования космического аппарата для дальнего космоса»