Проектирование системы пассивного охлаждения бортового комплекса космического аппарата

Авиационная и ракетно-космическая техника

Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

2021. Т. 28. № 2. С. 96-106.

DOI: 10.34759/vst-2021-2-96-106

Авторы

Шилкин О. В. 1*, Кишкин А. А. 2**, Зуев А. А. 2***, Делков А. В. 2****, Лавров Н. А. 3

1. Компания «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва», ул. Ленина, 52, Железногорск, Красноярский край, 662972, Россия
2. Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева, проспект им. газеты Красноярский рабочий, 31, Красноярск, 660037, Россия
3. Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1, Москва, 105005, Россия

*e-mail: shilkin61@mail.ru
**e-mail: spsp99@mail.ru
***e-mail: dla2011@inbox.ru
****e-mail: delkov-mx01@mail.ru

Аннотация

Рассматривается метод принятия конструкторского решения по проектированию системы пассивного охлаждения бортового комплекса космического аппарата на основе анализа схем и особенностей теплового расчета системы терморегулирования обсерватории «Миллиметрон». Система охлаждения предназначена для поддержания на рефлекторе обсерватории требуемой рабочей температуры 4,5 К. Ввиду таких низких значений температур данная задача является сложной и требует качественно проработанного проектного решения. При проектировании системы пассивного терморегулирования использованы методы математического моделирования и расчета характеристик системы охлаждения.

В целях обеспечения оптимальных параметров теплового состояния разработана математическая теплофизическая модель, необходимая для инженерных расчетов лучистого и кондуктивного теплообмена между конструкцией пассивных экранов, конструкцией криоэкрана и рефлектором (главным зеркалом).


Ключевые слова:

космический аппарат, космический телескоп, система терморегулирования, рефлектор, гелиевые температуры, криогенный экран, кондуктивный и радиационный теплообмен, криогенные установки, пассивные экраны

Библиографический список

  1. Gorodetsky M.A., Mikhaylovsky K.V., Reznik S.V. Newer approaches to the creation of the thermostable space platforms for the Earth remote sounding // 1st International Conference on Composites: Advances in Composite Science and Technologies (5–8 December 2018). Series: Materials Science and Engineering. Vol. 683. DOI: 10.1088/1757-899X/683/1/012075

  2. Semena N.P., Konovalov A.A. Methods for creating the self-regulating mechanisms of passive systems for ensuring thermal regime of devices for space application // Thermophysics and Aeromechanics. 2007. Vol. 14. No. 1, pp. 81-91. DOI: 10.1134/S0869864307010118

  3. Зиновьев В.И. Испытания теплового макета фотоприемного устройства инфракрасного диапазона с криогенной системой охлаждения для бортового комплекса дистанционного зондирования земли // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2015. Т. 17. № 6-2. С. 498-504.

  4. Донсков А.В. Анализ современных методов оценки и моделирования рисков возникновения нештатных ситуаций на борту космического аппарата // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 4. С. 163-169.

  5. Колбасин И.В. Основные источники и состав излучений, воздействующих на собственную внешнюю атмосферу космического аппарата с ядерной энергетической установкой // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 2. С. 123-130. DOI: 10.34759/vst-2020-2-123-130

  6. Астрокосмический центр. Обсерватория «Миллиметрон». URL: http://asc-lebedev.ru/?dep=20

  7. Andrianov A.S., Baryshev A.M., Falcke H., et al. Simulations of M87 and Sgr A* imaging with the Millimetron Space Observatory on near-Earth orbits // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2021. Vol. 500. No. 4, pp. 4866-4877. DOI: 10.1093/mnras/staa2709

  8. Виноградов И.С., Голубев Е.С., Новиков С.Б., Колесников А.П., Попов А.В. Особенности теплового дизайна конструкции и система терморегулирования бортового комплекса научной аппаратуры КА в проекте «МИЛЛИМЕТРОН» // XL Академические чтения по космонавтике (26–29 января 2016, Москва): Сборник тезисов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. С. 34.

  9. Wild W., Kardashev N.S., Likhachev S.F., et al. Millimetron — a large Russian-European submillimeter space observatory // Experimental Astronomy, pp. 221-244. DOI: 10.1007/s10686-008-9097-6

  10. Виноградов И.С. Радиационное охлаждение зеркала крупногабаритного космического телескопа // Радиоастрономическая техника и методы. М.: ФИАН, 2000. Т. 228. C. 112-128.

  11. Кореновский В.В., Морозов Н.Г., Сильвестров Э.Е. Механизмы поворота антенны космического телескопа // Вестник научно-технического развития. 2012. № 10(62). С. 22-28.

  12. Arkhipov M.Y., Savel’ev V.A., Smirnov A.V., Oberemok Y.A. Solving the Problem of the Deployment Kinematics of a Large Petal Reflector // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2020. Vol. 49. No. 9, pp. 796-801. DOI: 10.3103/S1052618820090034

  13. Nakagawa T., Murakami H. Mid- and far-infrared astronomy mission SPICA // Advances in Space Research. 2007. Vol. 40. No. 5, pp. 679–683. DOI: 10.1016/j.asr.2007.05.009

  14. Nakagawa T. SPICA: space infrared telescope for cosmology and astrophysics // Advances in Space Research. 2004. Vol. 34. No. 3, pp. 645–650. DOI: 10.1016/j.asr.2003.04.044
  15. Sugita H., Sato Y., Nakagawa T., et al. Cryogenic system design of the next generation infrared space telescope SPICA // Cryogenics. 2010. Vol. 50. No. 9, pp. 566-571. DOI: 10.1016/j.cryogenics.2010.02.026

  16. Асланов А.Р., Разносчиков В.В., Стольников А.М. Исследование теплового состояния криогенного топливного бака при колебаниях «зеркала» жидкого топлива // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 3. С. 126-138. DOI: 10.34759/vst-2020-3-126-138

  17. Шаенко А.Ю. Распределенный параллельный расчет радиационно-кондуктивного теплообмена методом Монте-Карло на базе графических ускорителей // Параллельные вычисления и задачи управления: Сборник трудов V Международной конференции PACO — 2010 (26-28 октября 2010; Москва). М.: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН. 2010. С. 281-294.

  18. Разносчиков В.В., Демская И.А. Математическая модель расчета теплофизических свойств синтетического жидкого топлива // Труды МАИ. 2012. № 50. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID =28611

  19. Олейников И.И., Павлов В.П., Ковалева М.В. Методы выявления и оценки параметров опасных ситуаций при обеспечении безопасности полета космических аппаратов в околоземном космическом пространстве // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т. 19. № 5. С. 32-37.

  20. Авдуевский В.Д. (ред.) Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике. — М.: Машиностроение, 1992. — 528 с.

  21. Блох А.Г., Журавлев Ю.А. Рыжков Л.Н. Теплообмен излучением. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 432 с.

  22. Dang H., Tan H., Zhang T., et al. A 1-2 K Cryogenic System with Light Weight, Long Life, Low Vibration, Low EMI and Flexible Cooling Capacity for the Superconducting Nanowire Single-Photon Detector // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2021. Vol. 31. No. 5, 9357943. DOI: 10.1109/TASC. 2021.3060357

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2021