ПАССИВНЫЕ СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА С ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЯМИ ДЛЯ МАЛОГО КА

© С.В.Иосипенко, С.В.Соловьёв, Д.М.Рудковский
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2011 г.

Средства обеспечения теплового режима (СОТР) необходимы для поддержания температур приборов и элементов конструкции в допустимых диапазонах. Важно, чтобы СОТР выполняла свои функции в течение всего срока активного существования, не налагая ограничений на режимы работы космического аппарата (КА), сохраняя при этом такие свойства, как малая масса, высокая надёжность и эффективность.

Анализ отечественных и зарубежных малых КА позволяет выявить ряд общих особенностей, которые значительно усложняют задачу построения СОТР на этих аппаратах. В первую очередь — это малая масса КА (до ста килограммов). Малая масса означает не только жесткие ограничения по массе СОТР, но и малую общую теплоёмкость спутника, следовательно, температуры приборов и элементов конструкции будут чувствительны к самым незначительным изменениям в тепловых потоках. Во-вторых, большая разница по тепловыделениям в дежурном режиме и режиме функционирования по целевому назначению, которая может отличаться более чем в два раза. В-третьих, необходимость адаптивности к различным вариантам орбит, что в целях экономии средств позволяет выводить спутник в качестве попутной нагрузки. При постановке задачи параметры орбиты могут быть заданы в широком диапазоне как по высоте, так и по наклонению, что, в свою очередь, даёт большое количество вариантов возможных внешних тепловых условий. Кроме того, необходимо учитывать, что на ранних этапах проектирования существуют ещё и такие неопределённости, как приборный состав, циклограмма работы, величина тепловыделений и, что очень важно, изменяющаяся конструкция, которые выступают в качестве исходных данных для проектировщика СОТР. На этой стадии очень важно составлять модель для тепловых расчётов так, чтобы, с одной стороны, проведённые вычисления позволяли принимать решения, необходимые для проектирования, а с другой стороны, не перегружать модель настолько, чтобы при изменениях в конструкции приходилось тратить большое количество времени на её корректировку. Необходимо найти баланс между степенью деталировки модели, её достоверностью и временем, необходимым для внесения изменений и проведения расчёта. Ввиду нежелательности использования активных систем терморегулирования на малых КА, обеспечение теплового режима, при перечисленных выше особенностях, с одной стороны, становится сложной задачей, с другой стороны, открывает простор для поиска оптимальных решений при проектировании СОТР.

Предложен вариант построения СОТР с глубокой интеграцией в конструкцию КА. Приборы выполнены в едином конструктивном исполнении, обеспечивая тепловой контакт и передачу тепловых потоков. Их расположение выбирается с учётом тепловыделений и циклограммы работы так, чтобы в периоды функционирования и пиковых нагружений демпфировать резкое изменение температуры использованием теплоёмкостей остальных приборов. Такой подход к проектированию СОТР, включающий участие в построении конструктивной схемы всего КА, начиная с самых ранних этапов, позволяет обеспечить заданный тепловой режим и высокую надёжность, при этом даже выход из строя нерезервированных тепловых труб не приведёт к отказу всего изделия.