ES2366149T3 - Dispositivo de gestión de los flujos térmicos en una nave espacial y nave espacial equipada con un dispositivo de este tipo. - Google Patents
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Abstract
Nave espacial que comprende un dispositivo de gestión de los flujos térmicos, presentando la nave (1) espacial siempre una misma cara (5A) girada hacia la Tierra (4), un par de caras opuestas (6) Norte y (7) Sur paralelas entre sí y perpendiculares al eje Norte-Sur de la Tierra (4) y dos pares de caras opuestas paralelas entre sí (8) Este/(9) Oeste y (5A) Tierra/(5B) anti-Tierra, estando previstos equipos (19) disipadores o transmisores de calor en las paredes (6a, 7a) internas de las caras (6) Norte y (7) Sur, caracterizada porque dicho dispositivo comprende una pluralidad de tubos (13a, 13b, 13c, 21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmicos que conectan las caras (6) Norte y (7) Sur de dicha nave (1) a otro par de caras (5A, 5B, 8, 9) opuestas de dicha nave (1) y que forman un bucle de tubos (13a, 13b, 13c, 21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmicos en contacto de conducción térmica entre sí.
Description
Dispositivo de gestión de los flujos térmicos en
una nave espacial y nave espacial equipada con un dispositivo de
este tipo.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de gestión de los flujos térmicos en una nave espacial
en órbita.
Debido a su desplazamiento en la órbita, las
caras de una nave espacial o satélite están sometidas a variaciones
del flujo de los rayos solares en función de su orientación y de su
alejamiento con respecto al Sol. Así, ciertas caras de la nave no
reciben la misma cantidad de energía térmica a lo largo de un
periodo de veinticuatro horas y a lo largo de las estacio-
nes.
nes.
Por ejemplo, de manera habitual y tal como se
representa de manera más precisa en la figura 1, una nave espacial
del tipo satélite (1) geoestacionario se presenta en forma de una
carcasa (2) paralelepipédica que gira en una órbita (3) alrededor de
la Tierra (4) y que presenta siempre la misma cara dirigida hacia la
Tierra, denominándose esta cara la (5A) Tierra, la cara opuesta y
paralela a la cara (5A) Tierra se denomina por su parte la cara (5B)
anti-Tierra. La cara (6) Norte y la cara (7) Sur de
la carcasa son ambas opuestas una a la otra, paralelas entre sí y
perpendiculares al eje Norte-Sur de la Tierra (4)
mientras que las caras (8) Este y (9) Oeste son otras dos caras
opuestas, paralelas entre sí y perpendiculares a la dirección de
desplazamiento de la nave (1) espacial. Debido a la naturaleza de la
órbita geoestacionaria, las caras (6) Norte y (7) Sur están
relativamente poco expuestas a los rayos emitidos por el Sol (10)
con respecto a las caras (8) Este y (9) Oeste, que se exponen
alternativamente a esos rayos a lo largo de una revolución orbital.
Habitualmente, las caras (6) Norte y (7) Sur son las caras en las
que se fijan paneles (11) solares y las caras (8) Este y (9) Oeste
son las caras en las que se fijan antenas de comunicación.
Las variaciones de temperaturas de una cara a la
otra y de una misma cara a lo largo del tiempo limitan las
capacidades de disipación del calor de esas superficies. Así, una
superficie expuesta al Sol no rechazará o rechazará menos calor con
respecto a una superficie situada a la sombra o que recibe pocos
rayos luminosos.
Debido a ello, con el fin de permitir la
regulación de los flujos térmicos en un satélite, es necesario
prever medios que permitan disipar la energía térmica recibida por
una de las caras calientes del satélite.
Para permitir esta regulación y disipación de la
energía térmica, se prevén paneles radiantes, que tienen la
capacidad de irradiar la potencia disipada hacia el espacio al
tiempo que minimizan los flujos solares absorbidos cuando esos
paneles se exponen al Sol, sobre caras del satélite.
De manera habitual, las caras Norte y Sur se
usan para la disipación de calor debido a que reciben una baja
cantidad de flujo solar que es relativamente constante a lo largo
del tiempo.
Debido a ello, resulta habitual colocar sobre
esas caras Norte y Sur del satélite unidades disipadoras de calor
denominadas "fuentes calientes", tales como un tubo de ondas
progresivas (TOP) u OMUX (multiplexor de salida), que también
conviene regular térmicamente mediante disipación de su energía
térmica con ayuda de estos radiadores o paneles radiantes, cuando
están en servicio.
Con el fin de permitir una disipación más
importante de calor, debería aumentarse la superficie radiante. No
obstante, las superficies utilizables para la radiación térmica
están limitadas por el volumen disponible en el lanzador espacial y
los elementos ya previstos en la superficie del satélite, tales como
las antenas.
Así, debido a que la potencia térmica disponible
es limitada, uno de los principales desafíos para los constructores
de satélites de telecomunicación es llegar a obtener el mejor
equilibrio entre la potencia disipada, las superficies radiantes y
la masa del satélite.
Con el fin de aumentar la cantidad de calor
adecuada para disiparse, resulta habitual prever en el interior del
satélite medios de transferencia del calor de una cara caliente
hacia una cara más fría que puede disipar más calor.
Así, con el fin de permitir la disipación de
calor de una cara del satélite hacia otra, según el documento US
5.806.803, se presenta una red de tubos térmicos ("heat pipe")
que conectan una cara de un satélite a otra cara paralela opuesta
del satélite pasando por un panel transversal interno. No obstante,
esta red es relativamente compleja de poner en práctica y presenta
limitaciones de volumen interno.
Según el mismo principio, a saber, la conexión
directa de dos caras opuestas paralelas entre sí de un satélite
mediante una red de tubos térmicos, se presenta en el documento US
2002/0139512, un sistema de tubos térmicos que conectan
transversalmente la cara Este a la cara Oeste del satélite de manera
que se reparte la carga térmica entre esas dos caras.
Según el documento US 6 073 888, se integra un
sistema de gestión de los flujos térmicos colocando radiadores en
las caras Norte, Sur, Este y Oeste y conectándolos a una carga
térmica o a unidades disipadoras con ayuda de tubos térmicos de
conductancia variable ("Variable Conductance Heat Pipes"
(VCHP)) o tubos térmicos de diodo ("Diode Heat Pipe" (DHP)). No
obstante, este sistema también es complejo de poner en práctica y
presenta limitaciones de integración en cuanto a la masa y al
volumen que representan un importante freno a su uso.
En el documento US 6.073.887, se da a conocer un
sistema de gestión de los flujos térmicos a partir de tubos térmicos
en los que circula un fluido caloportador y que conectan
determinadas caras del satélite entre sí y que permiten usar las
caras Este y Oeste como caras radiantes en las que pueden colocarse
equipos electrónicos térmicos, además de las caras Norte y Sur en
las que ya están instalados tales equipos. Así, se prevé realizar un
bucle de tubos térmicos que conectan las caras Este, Oeste, Tierra y
anti-Tierra con objeto de regular la potencia
térmica en el conjunto de esas caras.
No obstante, no se prevé en ese documento
permitir una mayor disipación térmica de las caras Norte y Sur, sino
por el contrario, aumentar la disipación térmica de las caras Este y
Oeste formando un bucle de tubos térmicos que pasan por las caras
Este, Oeste, Tierra y anti-Tierra.
En el documento EP 1 468 911 se presenta un
sistema de gestión de los flujos térmicos que permite disipar esos
flujos por medio de las caras Norte, Sur, Este y Oeste a partir de
un estante que soporta los equipos y los medios de transferencia
térmica para transferir el calor desprendido por los equipos
electrónicos que desprenden calor hacia los paneles radiantes Norte,
Sur, Este y Oeste, estando constituidos los medios de transferencia
térmica por al menos un bucle de fluido difásico de bombeo
capilar.
No obstante, según esta técnica anterior es
necesario añadir una estructura, a saber un estante, para soportar
el sistema de gestión de flujos térmicos, obteniéndose limitaciones
de volumen.
Según el documento US 6 073 888, y más
precisamente del modo de realización ilustrado en la figura 7 de ese
documento, se conoce realizar un dispositivo de gestión de los
flujos térmicos en una nave espacial que presenta siempre una misma
cara girada hacia la Tierra con ayuda de un conjunto de tubos
térmicos colocado o bien en la cara Norte, o bien en la cara Sur,
en el que se fija una carga térmica, y que está curvado y se
prolonga en las caras Este y Oeste de la nave espacial. No obstante,
un dispositivo de gestión de los flujos térmicos de este tipo no es
autónomo y no puede funcionar de manera continua a lo largo del
tiempo. En efecto, es necesario prever interruptores térmicos para
permitir el correcto funcionamiento de ese dispositivo, lo que lo
hace difícil y costoso de poner en práctica.
También se conoce a partir del documento GB 2
270 666 realizar un dispositivo de gestión de flujos térmicos en una
nave espacial con ayuda de tubos térmicos que conectan la cara
Tierra de la nave a las caras Sur y Norte, lo que da como resultado
la formación de un conjunto de tubos térmicos que conectan tres
caras de la nave.
No obstante, este modo de realización tampoco
permite permitir la realización de un dispositivo de gestión de los
flujos térmicos que sea autónomo y que pueda funcionar en todas las
estaciones.
Por tanto, sería particularmente interesante
realizar un sistema de gestión de los flujos térmicos que permita
disipar el calor emitido por equipos electrónicos colocados en las
caras Norte y Sur y que no necesite la adición de un panel
transversal o de un elemento previsto transversalmente entre dos
caras opuestas del satélite.
Por tanto, sería particularmente interesante
realizar un dispositivo de regulación térmica de la potencia
disipada por las caras Norte y Sur de un satélite geoestacionario
que permita aumentar el número de equipos electrónicos térmicos en
esas caras sin conllevar limitaciones de peso y de volumen.
También sería interesante realizar un
dispositivo de regulación de los flujos térmicos que sea autónomo,
que pueda funcionar en todas las estaciones y de manera totalmente
pasiva, es decir, sin necesitar una intervención o una modificación
de su modo de funcionamiento a lo largo del tiempo en función de su
posición en su órbita.
Así, uno de los objetos de la presente invención
es proporcionar una nave espacial que comprende un dispositivo de
gestión de los flujos térmicos que permite mejorar la capacidad de
disipación de los flujos térmicos emitidos por las caras Norte y Sur
al tiempo que funciona de manera autónoma, continua y pasiva.
Otro objeto de la presente invención es realizar
una nave espacial que comprende un dispositivo de gestión de los
flujos térmicos poco voluminoso y con una masa que satisface los
criterios de los lanzadores.
Para ello, la presente invención se refiere a
una nave espacial que comprende un dispositivo de gestión de los
flujos térmicos, presentando la nave espacial siempre una misma cara
girada hacia la Tierra, un par de caras opuestas Norte y Sur
paralelas entre sí y perpendiculares al eje
Norte-Sur de la Tierra y dos pares de caras opuestas
paralelas entre sí: Este/Oeste y Tierra/anti-Tierra,
estando previstos equipos disipadores o transmisores de calor en las
paredes internas de las caras Norte y Sur, caracterizada porque
dicho dispositivo comprende una pluralidad de tubos térmicos que
conectan las caras Norte y Sur de dicha nave a otro par de caras
opuestas de dicha nave y que forman un bucle de tubos térmicos en
contacto de conducción térmica entre sí. De esta manera, es posible
permitir una mayor disipación del calor emitido por las caras Norte
y Sur, ya que el calor emitido se transfiere hacia otras dos caras
de la nave espacial, iluminándose esas caras alternativamente por
los flujos solares y por tanto existe siempre una cara sensiblemente
a la sombra que puede disipar más fácilmente los flujos
térmicos.
Con el fin de permitir la formación de un bucle
de tubos térmicos en contacto unos con otros en cuatro caras
distintas de la nave espacial, el dispositivo comprende al menos un
par de tubos térmicos de conexión con un primer y un segundo ramal,
fijándose el primer ramal de uno de los tubos térmicos de conexión
de dicho par de tubos térmicos de conexión, en contacto de
conducción térmica, sobre un panel radiante de la cara Norte, y
fijándose el primer ramal del otro de los tubos térmicos de conexión
de dicho par de tubos térmicos de conexión, en contacto de
conducción térmica, sobre un panel radiante de la cara Sur.
Según una primera forma de realización del bucle
de tubos térmicos, dicho primer ramal de dicho tubo térmico de
conexión se fija sobre al menos una parte de una extensión del panel
radiante o bien de la cara Norte, o bien de la cara Sur que
sobresale de dicho otro par de caras opuestas.
Según una segunda forma de realización del bucle
de tubos térmicos, dicho primer ramal de dicho tubo térmico de
conexión se fija sobre la pared interna de dicho panel radiante o
bien de la cara Norte, o bien de la cara Sur, en el volumen interior
delimitado por las caras de dicha nave espacial.
Para permitir la disipación de calor a partir de
las caras de dicho par de caras opuestas, dicho segundo ramal de
dicho tubo térmico de conexión se fija sobre la pared externa de una
de las caras que pertenecen a dicho otro par de caras opuestas.
Con el fin de aumentar la superficie de
disipación de las caras de dicho par de caras opuestas, un panel
radiante se fija sobre dichos segundos ramales de dicho par de tubos
térmicos de conexión.
Ventajosamente, dichos ramales primero y segundo
de dicho tubo térmico de conexión son de la misma longitud.
De manera alternativa, con el fin de permitir la
formación de un bucle de tubos térmicos en contacto de conducción
térmica entre sí, dicho segundo ramal de dicho tubo térmico de
conexión de dicho par de tubos térmicos de conexión se fija en
contacto de conducción térmica sobre otro segundo ramal de otro tubo
térmico de conexión de dicho par de tubos térmicos de conexión que a
su vez se fija sobre la pared externa de una de las caras que
pertenecen a dicho otro par de caras opuestas.
Ventajosamente, dicho segundo ramal de dicho
tubo térmico de conexión tiene una longitud mayor que dicho primer
ramal de dicho tubo térmico de conexión.
Según un modo de realización particular, y con
el fin de aumentar la superficie radiante de las caras del par de
caras opuestas, una placa, preferiblemente de aluminio, se fija
sobre los segundos ramales de dichos tubos térmicos de conexión de
una misma cara que pertenecen a dicho otro par de caras opuestas y
que están en contacto de conducción térmica con un segundo ramal de
otro tubo térmico de conexión.
Según un modo de realización particular
alternativo, y con el fin de aumentar la superficie radiante de las
caras del par de caras opuestas, dicho segundo ramal de dicho tubo
térmico de conexión que se fija sobre el segundo ramal de otro tubo
térmico de conexión comprende un par de aletas tangenciales a un
elemento tubular en el que circula un fluido caloportador, siendo
una de las aletas de dimensión transversal mayor que la otra
aleta.
De manera ventajosa, se prevé en las caras Norte
y Sur al menos un panel radiante con una estructura de panal de
abejas sobre, o dentro de, la cual están asociadas redes de tubos
térmicos.
Según un modo de realización particular de un
panel radiante, la estructura de panal de abejas comprende una
primera red de tubos térmicos alojados en alveolos de dicho panal de
abejas y una segunda red de tubos térmicos colocados exteriormente
sobre una superficie de dicho panal de abejas y perpendicularmente a
los tubos térmicos de la primera red.
Según un modo de realización particular
alternativo de un panel radiante, la estructura de panal de abejas
comprende una primera red de tubos térmicos alojados en alveolos de
dicho panal de abejas y una segunda red de tubos térmicos que
atraviesan dichos alveolos perpendicularmente a los tubos térmicos
de dicha primera red.
La presente invención se describe a continuación
con ayuda de ejemplos únicamente ilustrativos y en absoluto
limitativos del alcance de la presente invención y a partir de las
ilustraciones adjuntas en las
que:
que:
- la figura 1 es una representación esquemática
de una nave espacial o satélite geoestacionario en su órbita;
- la figura 2 es una vista esquemática superior
de las redes de tubos térmicos presentes en un panel radiante de
estructura de panal de abejas;
- la figura 3 es una vista en sección
esquemática de una primera forma de realización de un panel radiante
de panal de abejas;
- la figura 4 es una vista en sección
esquemática de una segunda forma de realización de un panel radiante
de panal de abejas;
- la figura 5A es una vista en sección
esquemática de una primera forma de realización de un tubo
térmico;
- la figura 5B es una vista en sección
esquemática de una segunda forma de realización de un tubo
térmico;
- la figura 6 es una vista en sección
esquemática de una primera forma de realización según la invención
del dispositivo de gestión de los flujos térmicos entre las caras
Norte y Sur de un satélite geoestacionario;
- la figura 7 es una vista en sección
esquemática detallada del dispositivo de la figura 6 en el que las
redes de tubos térmicos están conectadas al panel radiante de panal
de abejas ilustrado en la figura 3;
- la figura 8 es una vista en sección
esquemática del dispositivo de la figura 6 en el que las redes de
tubos térmicos están conectadas al panel radiante de panal de abejas
ilustrado en la figura 4;
- la figura 9 es una vista frontal de una cara
vertical del satélite que comprende la primera forma de realización
del dispositivo según la invención ilustrado en la figura 6;
- la figura 10 es una vista en sección
esquemática de una segunda forma de realización de un dispositivo de
gestión de los flujos térmicos según la inven-
ción;
ción;
- la figura 11 es una vista en sección
esquemática detallada de una forma de realización de la segunda
forma de realización del dispositivo de la figura 10 en el que las
redes de tubos térmicos están conectadas al panel radiante de panal
de abejas ilustrado en la figura 3;
- la figura 12 es una vista frontal de una cara
vertical del satélite según la segunda forma de realización del
dispositivo según la invención ilustrado en la figura 11;
- la figura 13 es una vista en sección
esquemática de un par de tubos térmicos colocados sobre una cara
vertical del satélite según la forma de realización de la invención
ilustrada en la figura 11;
- la figura 14 es una vista frontal de una forma
de realización alternativa de la segunda forma de realización del
dispositivo según la invención ilustrado en la figura 10;
- la figura 15 es una vista en sección
esquemática de un par de tubos térmicos colocados sobre una cara
vertical del satélite según la forma de realización alternativa de
la segunda forma de realización ilustrada en la figura 14;
- la figura 16 es una vista en sección
esquemática de un satélite que comprende el dispositivo según la
primera forma de realización de la invención;
- la figura 17 es una vista en sección
esquemática de otro satélite que comprende el dispositivo según la
primera forma de realización de la invención;
- la figura 18 es una vista en perspectiva de
una tercera forma de realización del dispositivo según la invención,
y
- la figura 19 es una vista en sección
esquemática de la tercera forma de realización del dispositivo según
la invención.
A continuación en la descripción, la expresión
"unidad disipadora de calor" o "unidad transmisora de
calor" debe comprenderse respectivamente como cualquier elemento
de la nave (1) espacial adecuado para disipar calor o adecuado para
transmitir calor, entendiéndose que la expresión "fuente
caliente" es equivalente a esas dos expresiones. Por otro lado,
las expresiones "nave espacial" y "satélite" deben
considerarse como equivalentes.
Además, las nociones de "verticalidad" y
"horizontalidad" que se usan en la descripción se definen
únicamente con respecto al modo de representación del satélite en
las figuras y no deben comprenderse en ningún caso como nociones
limitativas. Debido a ello, un elemento horizontal es un elemento
sensiblemente paralelo o que coincide con el eje
Este-Oeste mientras que un elemento vertical es un
elemento sensiblemente paralelo o que coincide con el eje
Norte-Sur.
Así, en el caso de la figura en la que el
satélite (1) se presenta con la forma general de un paralelepípedo,
entonces la cara (6) Norte y la cara (7) Sur del satélite se
consideran como que son superficies horizontales y la cara (8) Este,
la cara (9) Oeste, la cara (5A) Tierra y la cara (5B)
anti-Tierra (cara opuesta y paralela a la cara (5)
Tierra) se consideran como que son superficies verticales,
entendiéndose que, según el modo de realización preferible de un
satélite, el conjunto de estas caras forma un conjunto
paralelepipédico, pero que también es posible prever, y tal como se
ilustra en las figuras 17 y 18, satélites que presentan determinadas
caras inclinadas con respecto a otras.
La figura 2 es una vista esquemática superior de
un panel radiante que tiene una estructura de soporte de panal (12)
de abejas adecuada para integrarse al menos parcialmente en una de
las caras (5-9) del satélite (1).
A ese panel radiante de panal (12) de abejas se
le asocian dos redes de tubos (13a, 13b) térmicos (o "heat
pipe") perpendiculares entre sí, presentándose cada tubo (13a,
13b) térmico en forma de un elemento tubular sensiblemente
longitudinal cuyo orificio interior está lleno con un fluido
caloportador, preferiblemente amoniaco.
Según una primera forma de realización de un
panel radiante de panal (12) de abejas, se prevé una primera red
(13a) de tubos térmicos integrados en los alveolos (14) del panal
(12) de abejas y una segunda red (13b) de tubos térmicos previstos
en contacto perpendicularmente con los tubos térmicos de la primera
red (13a), colocándose los tubos térmicos de la segunda red (13b)
exteriormente sobre una superficie del panal (12) de abejas,
ventajosamente sobre la superficie del panal (12) de abejas
destinada a dirigirse hacia el interior de la nave (1) espacial.
Con el fin de permitir la reflexión de los
flujos luminosos recibidos por las caras (5-9) del
satélite (1) sobre las cuales están instalados los paneles radiantes
de panal (12) de abejas, se prevé que la superficie exterior del
panal (12) de abejas, es decir, la superficie del panal (12) de
abejas destinada a dirigirse hacia el espacio, esté recubierta por
una placa(15) de aluminio revestida por un revestimiento (16)
reflectante, preferiblemente del tipo OSR ("Optical Solar
Reflector", reflector óptico solar) o, alternativamente, una capa
de pintura blanca.
Según una segunda forma de realización de un
panel radiante de panal (12) de abejas ilustrado en sección
esquemática en la figura 4, la segunda red de tubos (13c) térmicos
está prevista directamente integrada en la estructura de panal (12)
de abejas con los tubos (13c) térmicos de esa segunda red en
contacto perpendicularmente con los tubos térmicos de la primera red
(13a).
Puede por tanto preverse que los tubos (13c)
térmicos de esta forma de realización de la segunda red atraviesen
los alveolos (14) en los que se alojan los tubos (13a) térmicos de
la primera red.
Las figuras 5A y 5B representan respectivamente
dos vistas en sección esquemática de una forma de realización
posible de un tubo (13) térmico.
Según la primera forma de realización ilustrada
en la figura 5A, el tubo (13) térmico, de tipo conocido en sí mismo,
está constituido por un elemento (17) tubular hueco lleno con un
fluido caloportador, ventajosamente amoniaco, y que presenta un par
(18) de aletas tangenciales, paralelas entre sí y sensiblemente de
igual longitud.
Según la segunda forma de realización ilustrada
en la figura 5B, se prevé una aleta (18a)de longitud superior
a la longitud de la otra aleta (18b).
Las aletas (18) permiten ventajosamente disipar
calor almacenado por el fluido caloportador contenido en el tubo
(13) térmico. Así, cuanto mayor es la longitud de las aletas (18),
mayor es la cantidad de calor que puede disiparse por el tubo (13)
térmico.
La figura 6 es una vista en sección esquemática
de una primera forma de realización del dispositivo según la
invención de gestión de los flujos térmicos entre las caras (6)
Norte y (7) Sur de un satélite (1) geoestacionario.
Se prevé sobre la pared (6a) interna de la cara
(6) Norte y sobre la pared (7a) interna de la cara (7) Sur al menos
una fuente (19) caliente, tal como un tubo de ondas progresivas
(TOP) u OMUX (multíplexor de salida), colocado y fijado en contacto
de conducción térmica sobre un panel radiante de panal (12) de
abejas y más precisamente sobre los tubos (13a, 13b, 13c) térmicos
conectados a ese panel radiante.
La fuente (19) caliente es o bien un equipo
disipador de calor, o bien un elemento transmisor de calor.
Las caras (6) Norte y (7) Sur de la nave (1)
espacial están previstas con extensiones o reborde (20),
preferiblemente en forma de placas rectangulares, que sobresalen del
par de caras (8, 99 verticales opuestas Este y Oeste o del par de
caras (5A y 5B) verticales opuestas Tierra y
anti-Tierra.
Así, cuando la cara (6) Norte (respectivamente
(7) Sur) está prevista con dos extensiones (20) que sobresalen con
respecto a las caras (8) Este y (9) Oeste, entonces el satélite (1)
presenta una primera extensión (20) de la cara (6) Norte
(respectivamente (7) Sur) que sobresale de la cara (8) Este y una
segunda extensión (20) de la cara (6) Norte (respectivamente (7)
Sur) que sobresale de la cara (9) Oeste, siendo las extensiones (20)
primera y segunda de la misma dimensión y de la misma longitud.
De manera similar, cuando la cara (6) Norte
(respectivamente (7) Sur) está prevista con dos extensiones (20)
sobre las caras (5A) Tierra y (5B) anti-Tierra,
entonces el satélite (1) presenta una primera extensión (20) de la
cara (6) Norte (respectivamente (7) Sur) que sobresale de la cara
(5A) Tierra y una segunda extensión (20) de la cara (6) Norte
(respectivamente (7) Sur) que sobresale de la cara (5B)
anti-Tierra, siendo las extensiones (20) primera y
segunda de la misma dimensión y de la misma longitud.
Con el fin de formar un bucle de tubos térmicos
que conectan el par de caras (6) Norte y (7) Sur al par de caras
verticales opuestas (8) Este y (99 Oeste (respectivamente (5A)
Tierra y (5B) anti-Tierra) alternativamente
iluminadas por el Sol, se prevé, sobre cada una de las caras (8)
Este y (9) Oeste (respectivamente (5A) Tierra y (5B)
anti-Tierra), al menos un par de tubos (21) térmicos
de conexión, en forma de L, con un ramal (22) horizontal fijado
sobre la pared interna de la cara (6) Norte o de la cara (7) Sur y
un ramal (23) vertical fijado sobre la pared externa de la cara (8)
Este o de la cara (9) Oeste (respectivamente de la cara (5A) Tierra
o de la cara (5B) anti-Tierra).
Se forma de este modo un bucle cerrado de tubos
térmicos en contacto de conducción térmica sobre cuatro caras del
satélite (1), es decir, que conectan o bien las caras (6) Norte, (7)
Sur, (8) Este y (9) Oeste, o bien las caras (6) Norte, (7) Sur, (5A)
Tierra y (5B) anti-Tierra. Este bucle cerrado
funciona de manera continua en todas las estaciones, y sea cual sea
la posición en la órbita, realizándose la regulación de los
intercambios térmicos de manera autónoma, recibiendo la cara del
satélite (1) el máximo de flujo térmico que transmite la energía
térmica o bien hacia la cara del satélite (1) más fría que recibe el
mínimo de flujo térmico o bien directamente hacia el espacio a
través de las superficies Este u Oeste, en función de la posición en
la órbita.
Según la primera forma de realización de la
invención, el ramal (22) horizontal fijado sobre la pared interna de
la cara (6) Norte o (7) Sur se fija más precisamente sobre la pared
interna de la extensión (20) de la cara (6) Norte o (7) Sur frente a
la pared interna de la otra extensión (20) de la cara (6) Norte o
(7) Sur.
Una placa (24) de panal (12) de abejas que forma
un panel radiante se fija ventajosamente sobre los ramales (23)
verticales de un par de tubos (21) térmicos de conexión colocados
sobre una misma cara vertical de la nave (1) espacial.
La figura 7 es una vista en sección esquemática
detallada del dispositivo de la figura 6 en el que los diferentes
paneles radiantes son tal como los ilustrados en la figura 3.
Con el fin de permitir la disipación del calor
emitido por las fuentes (19) calientes colocadas sobre la pared
interna de las caras (6, 7) Norte y Sur, éstas se fijan sobre la
segunda red (13b) de tubos térmicos colocados en el exterior de la
estructura de soporte de panal (12) de abejas.
La placa (24) de panal (129 de abejas fijada
sobre el al menos un par de tubos (21) térmicos de conexión en L
presenta la estructura tal como se describe en la figura 3. En este
caso, los ramales (23) verticales de los tubos (21) térmicos de
conexión están en contacto directo con los tubos térmicos (13b) de
la segunda red exteriores a la estructura (12) de panal de
abejas.
Según una segunda forma de realización y tal
como se representa en la figura 8, las estructuras de panal (12) de
abejas instaladas sobre la nave (1) espacial son del tipo tal como
se describe en la figura 4. Así, las placas (24) de panal (12) de
abejas colocadas sobre el al menos un par de tubos (21) térmicos de
conexión, así como las estructuras radiantes de panal (12) de abejas
previstas al menos en parte en las caras (6) Norte y (7) Sur, son
del tipo tal como se describe en la figura 4.
Las fuentes (19) calientes se colocan por tanto
directamente sobre los tubos térmicos de la primera red (13a) de
tubos térmicos, red en la que los tubos térmicos están integrados en
los alveolos (14), y los ramales (23) horizontales de los tubos (21)
térmicos de conexión también están directamente en contacto con los
tubos (13a) térmicos de esta primera red.
De manera alternativa, también es posible prever
una combinación de los modos de realización descritos en las figuras
7 y 8, es decir, utilizar los paneles radiantes de panal (12) de
abejas descritos en la figura 3 para las caras (6) Norte y (7) Sur y
los paneles radiantes de panal (12) de abejas descritos en la figura
4 como placa (24) de conexión entre un par de tubos (219 térmicos de
conexión previstos sobre la cara vertical (8) Este, (9) Oeste, (5A)
Tierra o (5B) anti-Tierra.
También es posible utilizar los paneles
radiantes de panal (12) de abejas descritos en la figura 4 para las
caras (6) Norte y (7) Sur y los paneles radiantes de panal (12) de
abejas descritos en la figura 3 como placa (24) de conexión entre un
par de tubos (23) térmicos de conexión previstos sobre la cara (8)
Este, (9) Oeste, (5A) Tierra o (5B) anti-Tierra.
La figura 9 representa una vista esquemática en
perspectiva frontal de una nave espacial con, sobre una cara
vertical, una placa (24) radiante de panal de abejas colocada sobre
al menos un par de tubos (21) térmicos de conexión en L.
El número de tubos (21) térmicos de conexión en
L presentes a nivel de cada extensión (20) de las caras (6) Norte y
(7) Sur depende de las dimensiones de la placa (24) radiante de
panal (12) de abejas así como del número y de la distribución de los
tubos (13a, 13b) térmicos presentes en la estructura (12) de panal
de abejas de las caras (6) Norte y (7) Sur.
La figura 10 es una vista en sección esquemática
de una segunda forma de realización del dispositivo según la
invención de gestión de los flujos térmicos emitidos por fuentes
(19) calientes colocadas en contacto con paneles radiantes de las
caras (6) Norte y (7) Sur de un satélite (1) geoestacionario con al
menos un par de tubos (25) térmicos de conexión entre la cara (6)
Norte y la cara (7) Sur del satélite (19, colocados sobre una misma
cara vertical, que se presentan en forma de tubos térmicos en forma
de L con un ramal (26) principal vertical y un ramal (279 secundario
horizontal, siendo el ramal (269 principal vertical de longitud
mayor que el ramal (27) secundario horizontal.
El ramal (27) secundario horizontal del tubo
(25) térmico de conexión está destinado a colocarse en contacto
contra la superficie interna de la extensión (20) de las caras (6)
Norte y (7) Sur mientras que el ramal (26) principal vertical está
destinado a colocarse o bien en contacto sobre la cara vertical
Este, Oeste, Tierra o anti-Tierra del satélite (1),
o bien sobre un ramal (26) principal vertical de otro tubo (25)
térmico de conexión.
Según el modo de realización particular
ilustrado en la figura 11, se prevé sobre la cara (6) Norte y la
cara (7) Sur un panel radiante en forma de panal (12) de abejas del
tipo tal como se describe en la figura 3. No obstante, también es
posible prever un panel radiante en forma de panal (12) de abejas
del tipo tal como se describe en la figura 4.
De manera más precisa, se prevé sobre la cara
(9) Oeste al menos un par de tubos (25a), (25b) térmicos de conexión
constituido por:
\bullet un primer tubo térmico de conexión
denominado "tubo (25a) térmico inferior" con un ramal (27a)
secundario horizontal colocado sobre la cara interna de la extensión
(20) de la cara (7) Sur que sobresale de la cara (9) Oeste y un
ramal (26a) principal vertical colocado en contacto directo sobre la
cara (9) Oeste;
\bullet un segundo tubo térmico de conexión
denominado "tubo (25b) térmico superior" con un ramal (27b)
secundario horizontal colocado sobre la cara interna de la extensión
(20) de la cara (6) Norte que sobresale de la cara (9) Oeste y un
ramal (26b) principal vertical dispuesto sobre el ramal (26a)
principal vertical del tubo (25a) térmico inferior de conexión.
Por simetría, se prevé entonces sobre la cara
(8) Este al menos un par de tubos (25c), (25d) térmicos de conexión
constituido por:
\bullet un primer tubo térmico de conexión
denominado "tubo (25c) térmico inferior" con un ramal (27c)
secundario horizontal colocado sobre la cara interna de la extensión
(20) de la cara (6) Norte que sobresale de la cara (8) Este y un
ramal (26c) principal vertical en contacto directo con la cara (8)
Este;
\bullet un segundo tubo térmico de conexión
denominado "tubo (25d) térmico superior" con un ramal (27d)
secundario horizontal en contacto sobre la cara interna de la
extensión (20) de la cara (7) Sur que sobresale de la cara (8) Este
y un ramal (26d) principal vertical dispuesto sobre el ramal (26c)
principal vertical del tubo (25c) térmico inferior de conexión.
De manera alternativa, también es posible prever
que las extensiones (20) que se representan que sobresalen de las
caras (8) Este y (9) Oeste sobresalgan de las caras (5A) Tierra y
(5B) anti-Tierra, y que, por consiguiente, los tubos
(25) térmicos de conexión estén entonces colocados en relación con
estas caras (5A) Tierra y (5B) anti-Tierra,
fijándose el ramal (26a), (26c) principal vertical, del tubo (25a),
(25c) térmico de conexión inferior por tanto o bien sobre la cara
(5A) Tierra, o bien sobre la cara (5B)
anti-Tierra.
En función del número y de la distribución de
los tubos (13a), (13b), (13c) térmicos asociados al panel radiante
de panal (12) de abejas previsto en la cara (6) Norte o (7) Sur,
entonces el número y la distribución de los tubos (25) térmicos de
conexión difiere.
A modo únicamente ilustrativo, se representa en
la figura 12 una forma de aplicación del posicionamiento y de la
distribución de los tubos (25) térmicos de conexión sobre una cara
vertical, es decir, una cara (8) Este, (9) Oeste, (5A) Tierra o (5B)
anti-Tierra.
Las caras (6) Norte y (7) Sur presentan cada una
según este modo de realización particular una estructura de panal
(12) de abejas con una red exterior de tubos (13b) térmicos en forma
de dos agrupamientos de tres tubos (13b) térmicos. Se asocian por
tanto a cada uno de estos dos agrupamientos dos tubos (25a), (25c)
térmicos de conexión inferiores sobre los que se colocan dos tubos
(25b), (25d) térmicos de conexión superiores que forman así dos
pares de tubos térmicos de conexión.
Debe entenderse que los tubos (25a)-(25d)
térmicos de conexión inferiores y superiores tienen por objeto
captar el calor almacenado por los tubos térmicos horizontales
integrados en los paneles radiantes de panal (12) de abejas de las
caras (6) Norte y (7) Sur y transferirlo hacia las otras caras de la
nave (1) espacial en las que están fijados permitiendo así obtener
una mejor distribución del calor emitido por las caras (6) Norte y
(7) Sur sobre las otras caras verticales del satélite (1).
Por tanto no es forzosamente necesario, por
limitaciones de peso y volumen, prever para cada tubo (13b) térmico
horizontal exterior de las caras (6) Norte y (7) Sur un par de tubos
(25) térmicos de conexión respectivo constituido por un tubo (25a),
(25c) térmico de conexión vertical inferior y por un tubo (25b),
(25d) térmico de conexión vertical superior.
Según el modo de realización ilustrado en la
figura 12, se prevé por tanto un par de tubos (25) térmicos de
conexión constituido por un tubo (25a), (25c) térmico de conexión
vertical inferior y por un tubo (25b), (25d) térmico de conexión
vertical superior para dos tubos (13b) térmicos horizontales
exteriores conectados al panel radiante de la cara (6) Norte y dos
tubos (13b) térmicos horizontales exteriores conectados al panel
radiante de la cara Sur.
La figura 13 ilustra esquemáticamente una vista
en sección de un ramal (26a) vertical del tubo (25a) térmico de
conexión inferior sobre el que se coloca un ramal (26b) vertical del
tubo (25b) térmico de conexión superior.
Puede observarse por tanto que, para permitir la
disipación de una mayor cantidad de flujo térmico hacia el espacio,
la aleta (18a) superior del ramal (26b) vertical del tubo (25b)
térmico de conexión superior es de mayor dimensión que la aleta
(18b) inferior del mismo ramal (26b) vertical que está en contacto
con la aleta (18a) superior del ramal (26a) vertical del tubo (25a)
térmico de conexión inferior. El ramal (26b) vertical del tubo (25b)
térmico de conexión superior es por tanto del tipo tal como se
describe en la figura 5B mientras que el ramal (26a) vertical del
tubo (25a) térmico de conexión inferior es del tipo tal como se
describe en la figura 5A.
Con el fin de reforzar el efecto de reflexión de
los flujos solares recibidos por la aleta (18a) superior del ramal
(26b) vertical del tubo (25b) térmico de conexión superior, se prevé
recubrir esta aleta (18a) superior por una capa (28) de
revestimiento reflectante, preferiblemente de OSR.
De manera alternativa, es posible prever que el
ramal (26b) vertical del tubo (25b) térmico de conexión superior y
que el ramal (26a) vertical del tubo (25a) térmico de conexión
inferior presenten aletas (18) de la misma dimensión.
En este caso, y tal como se representa en las
figuras 14 y 15, y con el fin de reforzar la disipación hacia el
espacio del calor almacenado en los tubos (25) térmicos de conexión,
se prevé fijar, sobre la pluralidad de las aletas (18b) superiores
de los ramales (26b), (26d) verticales de los tubos (25b), (25d)
térmicos de conexión superior previstos sobre una misma cara
vertical, una placa (29), preferiblemente de aluminio, recubierta
por un revestimiento (30) reflectante, tal como de OSR.
Las figuras 16 y 17 representan dos vistas en
sección esquemática del dispositivo de gestión de los flujos
térmicos según la primera forma de realización de la invención
instalado en dos satélites geoestacionarios que no presentan una
forma general paralelepipédica.
Así, en la nave espacial ilustrada en la figura
16, las caras verticales, por ejemplo (8) Este y (99 Oeste, están
inclinadas con respecto a la vertical y de manera simétrica con
respecto al eje central Norte-Sur.
En este caso, los tubos (21) térmicos de
conexión no están constituidos por dos ramales perpendiculares entre
sí sino por dos ramales no perpendiculares.
Lo mismo sucede para la nave espacial ilustrada
en la figura 17 que presente caras verticales de forma abombada.
Se entiende que el principio de la invención se
aplica a cualquier forma de nave espacial.
La figura 18 es una vista en perspectiva de una
tercera forma de realización del dispositivo según la invención, y
la figura 19 es una vista en sección esquemática de la tercera forma
de realización del dispositivo según la invención.
Según este tercer modo de realización, se prevé
que los tubos (21) térmicos de conexión en forma de L se coloquen y
se fijen interiormente en las paredes internas de las caras del
satélite (1).
Por lo demás, el dispositivo según la invención
permanece idéntico a los dispositivos tal como se describieron
anteriormente, con la excepción del hecho de que el ramal (22)
horizontal de los tubos (21) térmicos de conexión ya no se encuentra
colocado sobre las extensiones (20) de las caras (6) Norte y (7)
Sur, sino sobre la pared interna de las caras (6) Norte y (7) Sur en
el espacio interno del satélite (1) definido por sus seis caras.
Por tanto, también es posible prever según este
tercer modo de realización cualquier tipo de estructura de panel
radiante de panal (12) de abejas.
Así, según la invención, se forma un bucle de
tubos térmicos a partir de los tubos térmicos presentes sobre las
caras (6) Norte y (7) Sur en los paneles radiantes de panal (12) de
abejas y que permiten formar un bucle de tubos térmicos en contacto
de conducción térmica entre sí que conecta las caras Norte y Sur a
otro par de caras opuestas del satélite, es decir, o bien el par de
caras Este/Oeste, o bien el par de caras
Tierra/anti-Tierra. Por tanto, según la invención,
no se prevé ninguna estructura interna al satélite para permitir la
formación de este bucle ya que los tubos térmicos están previstos en
la superficie de las caras del satélite.
Debido a la formación de este bucle, se obtiene
una autorregulación de la disipación del calor emitido por las
fuentes (19) calientes previstas sobre las caras (6) Norte y (7) Sur
y distribuida en los diferentes tubos térmicos de este bucle en
función de la tasa de exposición de las diferentes caras sobre las
cuales se fijan esos tubos térmicos.
La presente invención se aplica preferiblemente
a una nave espacial situada en una órbita geoestacionaria. No
obstante, el principio de la invención permanece idéntico para una
nave espacial colocada en cualquier órbita alrededor de la Tierra,
por ejemplo, las órbitas muy elípticas o HEO ("High Eccentricity
Orbit", órbita de alta excentricidad) o las órbitas
inclinadas.
De manera alternativa a los modos de realización
ilustrados en las figuras en los que los paneles (12) radiantes se
fijan sobre la cara delantera de los segundos ramales (23)
verticales de los tubos (21) térmicos de conexión previstos sobre
las caras (8) Este, (9) Oeste, (5A) Tierra y (5B)
anti-Tierra, también es posible prever que los
paneles (12) radiantes se fijen sobre la cara trasera de los
segundos ramales (23) verticales de los tubos (21) térmicos de
conexión.
Claims (14)
1. Nave espacial que comprende un dispositivo de
gestión de los flujos térmicos, presentando la nave (1) espacial
siempre una misma cara (5A) girada hacia la Tierra (4), un par de
caras opuestas (6) Norte y (7) Sur paralelas entre sí y
perpendiculares al eje Norte-Sur de la Tierra (4) y
dos pares de caras opuestas paralelas entre sí (8) Este/(9) Oeste y
(5A) Tierra/(5B) anti-Tierra, estando previstos
equipos (19) disipadores o transmisores de calor en las paredes (6a,
7a) internas de las caras (6) Norte y (7) Sur, caracterizada
porque dicho dispositivo comprende una pluralidad de tubos (13a,
13b, 13c, 21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmicos que conectan las caras
(6) Norte y (7) Sur de dicha nave (1) a otro par de caras (5A, 5B,
8, 9) opuestas de dicha nave (1) y que forman un bucle de tubos
(13a, 13b, 13c, 21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmicos en contacto de
conducción térmica entre sí.
2. Nave espacial según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicho dispositivo comprende al menos un
par de tubos (21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmicos de conexión con
ramales (22, 27a, 27b, 27c, 27d) primero y (23, 26a, 26b, 26c, 26d)
segundo, fijándose el primer ramal (22, 27a, 27b, 27c, 27d) de uno
de los tubos (21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmicos de conexión de dicho
par de tubos (21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmicos de conexión, en
contacto de conducción térmica, sobre un panel radiante de la cara
(6) Norte, y fijándose el primer ramal (22, 27a, 27b, 27c, 27d) del
otro de los tubos (21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmicos de conexión de
dicho par de tubos (21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmicos de conexión, en
contacto de conducción térmica, sobre un panel radiante de la cara
(7) Sur.
3. Nave espacial según la reivindicación 2,
caracterizada porque dicho primer ramal (22, 27a, 27b, 27c,
27d) de dicho tubo (21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmico de conexión se
fija sobre al menos una parte de una extensión (20) del panel
radiante o bien de la cara (6) Norte, o bien de la cara (7) Sur que
sobresale de dicho otro par de caras (5A, 5B, 8, 9) opuestas.
4. Nave espacial según la reivindicación 2,
caracterizada porque dicho primer ramal (22) de dicho tubo
(21) térmico de conexión se fija sobre la pared interna de dicho
panel radiante o bien de la cara (6) Norte, o bien de la cara (7)
Sur, en el volumen interior delimitado por las caras (5A, 5B, 8, 9)
de dicha nave (1) espacial.
5. Nave espacial según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizada porque dicho segundo
ramal (23, 26a, 26c) de dicho tubo (21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmico
de conexión se fija sobre la pared externa de una de las caras
pertenecientes a dicho otro par de caras (5A, 5B, 8, 9)
opuestas.
6. Nave espacial según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 5, caracterizada porque un panel (12)
radiante se fija sobre dichos segundos ramales (23) de dicho par de
tubos (21) térmicos de conexión.
7. Nave espacial según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 6, caracterizada porque dichos ramales
(22) primero y (23) segundo de dicho tubo (21) térmico de conexión
son de la misma longitud.
8. Nave espacial según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 6, caracterizada porque dicho segundo
ramal (26b, 26d) de dicho tubo (25b, 25d) térmico de conexión de
dicho par de tubos (25a, 25b, 25c, 25d) térmicos de conexión se fija
en contacto de conducción térmica sobre otro segundo ramal (26a,
26c) de otro tubo (25a, 25c) térmico de conexión de dicho par de
tubos (25a, 25b, 25c, 25d) térmicos de conexión que se fija a su vez
sobre la pared externa de una de las caras pertenecientes a dicho
otro par de caras (5A, 5B, 8, 9) opuestas.
9. Nave espacial según la reivindicación 8,
caracterizada porque dicho segundo ramal (26a, 26b, 26c, 26d)
de dicho tubo (25a, 25b, 25c, 25d) térmico de conexión es de
longitud mayor que dicho primer ramal (27a, 27b, 27c, 27d) de dicho
tubo (25a, 25b, 25c, 25d) térmico de conexión.
10. Nave espacial según la reivindicación 8 ó 9,
caracterizada porque una placa (29), preferiblemente de
aluminio, se fija sobre los segundos ramales (26b, 26d) de dichos
tubos (25b, 25d) térmicos de conexión de una misma cara
perteneciente a dicho otro par de caras (5A, 5B, 8, 9) opuestas y
que están en contacto de conducción térmica con un segundo ramal
(26a, 26c) de otro tubo (25a, 25c) térmico de conexión.
11. Nave espacial según una cualquiera de las
reivindicaciones 8 ó 9, caracterizada porque dicho segundo
ramal (26b, 26d) de dicho tubo (25b, 25d) térmico de conexión que se
fija sobre el segundo ramal (26a, 26c) de otro tubo (25a, 25c)
térmico de conexión comprende un par de aletas (18a, 18b)
tangenciales a un elemento (17) tubular en el que circula un fluido
caloportador, siendo una de las aletas (18a) de dimensión
transversal más grande que la otra aleta (18b).
12. Nave espacial según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque se prevé sobre
las caras (6) Norte y (7) Sur al menos un panel radiante con una
estructura (12) de panal de abejas sobre, o en, las que están
asociadas redes de tubos (13a, 13b, 13c) térmicos.
13. Nave espacial según la reivindicación 12,
caracterizada porque la estructura (12) de panal de abejas
comprende una primera red de tubos (13a) térmicos alojados en
alveolos (14) de dicho panal (12) de abejas y una segunda red de
tubos (13b) térmicos colocados exteriormente sobre una superficie de
dicho panal (12) de abejas y perpendicularmente a los tubos (13a)
térmicos de la primera red.
14. Nave espacial según la reivindicación 12,
caracterizada porque la estructura (12) de panal de abejas
comprende una primera red de tubos (13a) térmicos alojados en
alveolos (14) de dicho panal (12) de abejas y una segunda red de
tubos térmicos (13b) que atraviesan dichos alveolos (14)
perpendicularmente a los tubos (13a) térmicos de dicha primera
red.
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