КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2014, том 52, № 5, с. 423-427
УДК 629.78
СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА КОСМИЧЕСКОГО
РАДИОТЕЛЕСКОПА
© 2014 г. Д. В. Тулин1, И. С. Виноградов2, А. Ф. Шабарчин1, А. С. Привезенцев1, К. А. Гончаров1
1НПО им. С.А. Лавочкина, г. Химки 2Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, г. Москва
vinogradov@asc.rssi.ru Поступила в редакцию 16.12.2013 г.
Представлены результаты разработки системы обеспечения теплового режима бортового комплекса научной аппаратуры космического радиотелескопа изделия Спектр-Р. Представлена структура системы обеспечения теплового режима, которая содержит комплекс автономных систем конструктивных составляющих радиотелескопа. Даны схемы, состав агрегатов и рассмотрены основные принципы работы автономных систем обеспечения теплового режима радиотелескопа.
БО1: 10.7868/80023420614050100
Бортовой комплекс научной аппаратуры космического радиотелескопа (КРТ) космического аппарата Спектр-Р представлен в [1, 2]. Для всех составляющих бортового комплекса научной аппаратуры КРТ заданы требования по температурным условиям их эксплуатации в составе КА Спектр-Р. Температурные требования определяются рабочими температурными диапазонами блоков аппаратуры, а также требованиями по геометрической стабильности конструкции КРТ. Обеспечение заданных температурных условий эксплуатации осуществляется системой обеспечения теплового режима (СОТР) КРТ, которая включает автономные СОТР каждой составляющей бортового комплекса научной аппаратуры.
Система обеспечения теплового режима контейнера научной аппаратуры. СОТР контейнера научной аппаратуры (КНА) обеспечивает поддержание температурных условий функционирования блоков научной аппаратуры, установленных в герметичном контейнере, в диапазоне температур газа на входе в аппаратуру от + 5 до + 35°С. Схема СОТР КНА и состав агрегатов СОТР приведены на рис. 1.
Контейнер научной аппаратуры (2) установлен в полости переходной фермы (3), соединяющей проставку КРТ (4) с базовым модулем КА. Требуемый температурный режим блоков научной аппаратуры, установленной в герметичном контейнере, обеспечивается газо-циркуляционной системой терморегулирования, расположенной внутри контейнера, и средствами обеспечения нормированного теплообмена поверхности КНА с окружающим пространством (терморегулирую-щий экран (1) и теплоизоляция (5)). Давление га-
за в контейнере научной аппаратуры 157 кПа, объемная производительность вентилятора 0.016 м3/с, напор вентилятора не менее 29 Па. Циркуляция газа в контейнере происходит следующим образом. Из вентилятора (6) газ поступает в полость приборной рамы (7). Проходя через распределительные отверстия в раме газ, обеспечивает обдув установленных на приборной раме блоков научной аппаратуры (8). После обдува блоков научной аппаратуры газ поступает в восемь газоводов (9), расположенных внутри на корпусе контейнера. Из газоводов газ попадает в общую заборную зону вентилятора, представляющую собой часть полости КНА, отделенную от общей полости диафрагмой (10) и расположенную в зоне основания контейнера. Далее газ вновь попадает в вентилятор и направляется в приборную раму. Для компенсации дефицита тепла (при неработающей аппаратуре) на газоводах установлен электронагреватель (11). Электронагреватель состоит из шестнадцати секций, установленных по две на каждый газовод. Для управления работой электронагревателем на газоводе установлены управляющие термодатчики (12). При температуре корпуса КНА в зоне установки управляющих термодатчиков ниже + 12°С — все секции электронагревателя включены, при температуре корпуса КНА в зоне установки управляющих термодатчиков выше +20°С — все секции электронагревателя выключены. Выделяемое блоками научной аппаратурой тепло путем конвективного теплообмена отводится к корпусу КНА и далее с корпуса отводится в окружающее пространство путем лучистого теплообмена. Внешние поверхности КНА не имеют теплоизоляции и окрашены эмалью с высокой степенью
10 7
9 11
12
Рис. 1
черноты. Для обеспечения нормированного теплообмена внешней поверхности КНА с окружающей средой снаружи переходной фермы установлен цилиндрический терморегулирующий экран, частично закрытый экранно-вакуумной теплоизоляцией.
Система обеспечения теплового режима фокального контейнера. Система обеспечения теплового режима фокального контейнера (ФК) предназначена для поддержания температурных условий функционирования блоков аппаратуры ФК в диапазоне температур газа на входе в блоки научной аппаратуры от + 5 до +35°С. Схема СОТР и состав агрегатов СОТР ФК приведены на рис. 2.
Фокальный контейнер входит в состав фокального модуля. Параметры газа в фокальном контейнере аналогичны параметрам в научном контейнере. Циркуляция газа в фокальном контейнере происходит следующим образом. Из вентилятора (2) газ поступает в полость фокального контейнера и обдувает блоки научной аппаратуры (4), установленные на приборной раме (3). После обдува блоков научной аппаратуры газ поступает в два газовода (5), расположенных внутри на корпусе фокального контейнера. Из газоводов газ попадает в смеситель, установленный на крышке фокального контейнера и далее вновь попадает в вентилятор. Выделяемое блоками научной аппаратурой тепло путем конвективного теплообмена отводится к корпусу фокального контейнера и далее с корпуса отводится в окружающее пространство путем лучистого теплообмена. Для обеспечения нормированного теплообмена корпуса фокального контейнера с окружающим пространством используются внешние поверхности фокального контейнера, на которые не устанавливается теплоизоляция. Радиационные поверхности (7) представляют собой часть цилиндрической поверхности корпуса фокально-
го контейнера и поверхность крышки фокального контейнера. Радиационные поверхности окрашены эмалью с высокой степенью черноты. Для гарантированного отсутствия попадания прямого солнечного излучения на радиационные поверхности ФК при штатной ориентации изделия Спектр-Р на рабочей орбите на корпусе фокального контейнера имеется специальный защитный экран (1). Для компенсации дефицита тепла при эксплуатации фокального контейнера в составе изделия Спектр-Р на поверхности газоводов установлен трехсекционный электронагреватель (6). Управление работой электронагревателя осуществляется управляющими термодатчиками. При температуре в зоне установки управляющих термодатчиков ниже +10° С — все секции электронагревателя включены, при температуре в зоне установки управляющих термодатчиков выше +25°С — все секции электронагревателя выключены. Внешняя поверхность фокального контейнера, кроме радиационных поверхностей, закрыта экранно-вакуумной теплоизоляцией.
Система обеспечения теплового режима холодной плиты. Холодная плита (ХП) с размещенной на ней аппаратурой (малошумящими усилителями (МШУ) и блоком антенных облучателей (БАО)) установлена в фокальном узле КРТ. СОТР ХП предназначена для обеспечения требуемого теплового режима посадочных мест МШУ и БАО — поддержания температуры посадочных мест МШУ в интервале от —123 до —183°C и антенных облучателей в интервале от —73 до —143°C.
Общий вид конструкции СОТР ХП в составе фокального модуля показан на рис. 2. Основными узлами и элементами СОТР ХП являются: радиатор (8), теплопроводы (9), экранно-вакуумная теплоизоляция. Радиатор СОТР ХП размещается на фокальном контейнере с теневой стороны и состоит из трех плоских трапециевидных секций,
4
6
8
СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА КОСМИЧЕСКОГО РАДИОТЕЛЕСКОПА
425
соединенных друг с другом в единое целое. Радиатор размещается на ФК таким образом, чтобы исключить засветку рабочей поверхности радиатора от рефлектора КРТ и относительно "теплых" участков поверхности ФК. Тыльная поверхность радиатора закрыта экранно-вакуумной теплоизоляцией. Для обеспечения необходимой прочности конструкции при выведении с помощью ракеты-носителя радиатор жестко крепится к ФК: в верхней части посередине с помощью кронштейна и сферического шарнира, а также в средних частях боковых трапециевидных секций — с помощью четырех стержней. После участка выведения жесткие связи между радиатором и ФК разрываются. Для этого на концах стержней в местах их стыковки с контейнером имеются шарниры, а с другой стороны в состав стержней входят узлы за-чековки с пироустройствами. После расчековки с помощью пружин стержни опускаются "вниз" (в направлении оси — Х) и ставятся на упоры. Для ограничения кондуктивных теплопритоков к радиатору от ФК термосопротивление верхнего элемента крепления радиатора СОТР ХП к контейнеру (сферический шарнир с кронштейном) нормируется и в конструкции имеются "вставки" из малотеплопроводных материалов. Указанная схема закрепления радиатора позволяет уменьшить усилия со стороны конструкции СОТР ХП на фокальный узел, что необходимо для снижения термодеформаций и обеспечения стабильного положения приемных устройств БАО в геометрическом фокусе рефлектора КРТ Рабочая поверхность радиатора имеет покрытие, имеющее высокую степень черноты и малый коэффициент поглощения солнечного излучения. Материал радиатора и теплопроводов — высокотеплопроводный при низких температурах алюминиевый сплав. Корпуса МШУ имеют покрытия с малой степенью черноты. Конструкции теплопроводов, холодной плиты с установленными МШУ укрываются экранно-вакуумной теплоизоляцией.
Система обеспечения теплового режима платформы радиопередающей аппаратуры. Система обеспечения теплового режима платформы радиопередающей аппаратуры (ПРД) предназначена для поддержания температуры посадочных мест моноблока радиопередающего устройства в диапазоне температур от 0 до +40°С. Платформа ПРД выполнена в виде швеллера, боковые грани которого являются термостабилизированными основаниями (ТСО). На внутренних поверхностях ТСО установлены блоки двух комплектов радиопередающей аппаратуры, электронагреватели СОТР и управляющие термодатчики. При эксплуатации изделия работает только один комплект аппаратуры, второй находится в дежурном режиме. Платформа ПРД изготовлена из алюминиевого сплава с высокой теплопроводностью.
Холодная ТС!, пл
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.