МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТЕПЛОВОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ МАЛОРАЗМЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

© В.И.Майорова, Н.А.Муллин
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Симпозиум
2017 г.

Современный малоразмерный космический аппарат (МКА) фактически представляет собой прибор. Это обстоятельство позволяет проводить его ускоренные наземные испытания по упрощенным методикам, что может существенно сократить время и сэкономить средства на их проведение. Такой подход возможен для всех видов наземных испытаний МКА, в том числе, и для тепловых. Тепловые испытания нацелены на проверку способности космического аппарата в целом и всех его составных элементов сохранять работоспособность во всем рабочем диапазоне температур. Тепловой режим находящегося на орбите МКА зависит от потока солнечного излучения, солнечного излучения, отраженного Землей, и собственного ИК излучения Земли в виде падающего теплового потока, что приводит к высокому градиенту температур между освещенной стороной и стороной, находящейся в тени. Важно учитывать все факторы, влияющие на тепловые режимы МКА и иметь возможность «настроить» космический аппарат по результатам теплового моделирования.

В докладе рассмотрен подход к тепловому моделированию, основанный на применении библиотеки Simscape Thermal каталога Simulink программного комплекса MATLAB. Приводится методика уточнения тепловой схемы разрабатываемого МКА за счет расчетно-экспериментального определения кондуктивных тепловых связей конструкции. Для удовлетворения всем требованиям, необходимым для проведения испытаний термоинтерфейсов МКА, была разработана специальная измерительная установка, состоящая из механического вакуумного насоса, термовакуумной камеры (ТВК), термостабилизированного интерфейса, крепления измерительной установки внутри камеры и стенда для измерения полного теплового сопротивления МКА. Приведены результаты экспериментальных исследований термоинтерфейсов. Разработанная методика позволяет увеличить точность тепловых моделей за счет устранения неточностей в определении параметров кондуктивных тепловых связей. Разработанный экспериментальный стенд может быть использован как для измерения контактного теплового сопротивления, так и для определения теплового сопротивления образца в предполагаемых условиях эксплуатации космического аппарата. Конструкция измерительного стенда позволяет адаптировать его под измерения широкого спектра образцов различных размеров, чтобы контролировать их состояние при сжатии. Разработанный стенд может быть применен в любой области машиностроения, где необходим тепловой расчет. Наименьшая погрешность будет у термоинтерфейсов, обладающих высокой теплопроводностью.

Предлагаемый подход является результатом анализа как отечественных, так и зарубежных стандартов, исследования опыта проведения термовакуумной отработки КА в Институте космических исследований РАН, выполнения работ по созданию МКА «Бауманец-2» МГТУ им. Н.Э. Баумана совместно с ОАО «ВПК «НПО машиностроения», анализа данных с МКА «SwissCube» и разработке нового МКА «CubETH» стандарта CubeSat Политехнического университета Лозанны (EPFL, Switzerland).