RU2243135C2 - Method of heat and vacuum tests of spacecraft - Google Patents

Abstract

FIELD: space engineering; ground development of heat control systems of spacecraft.

SUBSTANCE: proposed method includes separation of spacecraft into fragments, testing these fragments and creating the adequate mathematical model on basis of results of tests for description of spacecraft operation in orbit. All tubes are located in spacecraft fragments horizontally. Fragments which are in thermal coupling are grouped together and their thermal tubes are also located horizontally during tests. In the course of tests of these groups, magnitudes of thermal coupling among fragments of group are obtained, thus indicating real magnitudes of these couplings. Then, mathematical models are plotted according to magnitudes obtained during tests of fragments and entire spacecraft.

EFFECT: enhanced information capacity.

Description

Изобретение относится к космической технике, а именно к тепловакуумным испытаниям космических аппаратов.The invention relates to space technology, namely to thermal vacuum tests of spacecraft.

Известен способ комплексных испытаний объекта, в результате которых создают адекватную математическую модель объекта, используемую для получения характеристик объекта в различных условиях его эксплуатации (RU n.2027246 H 01 H 49/00, G 01 M 19/00 от 01.04.92 - аналог).There is a method of complex testing of an object, as a result of which they create an adequate mathematical model of the object used to obtain the characteristics of the object in various conditions of its operation (RU n.2027246 H 01 H 49/00, G 01 M 19/00 from 01/01/92 - analogue) .

Известен способ комплексных испытаний космического аппарата, отличающийся тем, что аппарат разделяют на несколько фрагментов в зависимости от того, в вакууме или при атмосферном давлении требуется проводить испытания. Фрагменты испытывают независимо друг от друга, а затем результаты испытаний фрагментов математически сопрягают для определения состояния объекта в целом (Андрейчук О.Б., Малахов Н.Н. Тепловые испытания космических аппаратов. М.: "Машиностроение", 1982, УДК.629.7.018, с. 114-118) - ближайший аналог.A known method of complex testing of a spacecraft, characterized in that the spacecraft is divided into several fragments, depending on whether in vacuum or at atmospheric pressure, tests are required. Fragments are tested independently of each other, and then the test results of the fragments are mathematically matched to determine the state of the object as a whole (Andreichuk OB, Malakhov NN Thermal tests of spacecraft. M: "Mechanical Engineering", 1982, UDC.629.7. 018, p. 114-118) - the closest analogue.

Основным недостатком аналогов для космических аппаратов, имеющих системы обеспечения теплового режима, построенные на тепловых трубах, является невозможность проведения комплексных, а именно тепловакуумных испытаний полностью функционирующего аппарата или его фрагмента, определенного из условий работы в вакууме или в атмосфере, а дополнительным недостатком ближайшего аналога - сложность математического сопряжения результатов испытаний отдельных фрагментов, испытанных в разных условиях.The main disadvantage of analogues for spacecraft having thermal management systems built on heat pipes is the impossibility of carrying out complex, namely thermal vacuum tests of a fully functioning device or its fragment determined from operating conditions in vacuum or in the atmosphere, and an additional disadvantage of the closest analogue is the complexity of mathematical conjugation of the test results of individual fragments tested under different conditions.

Невозможность проведения тепловакуумных испытаний объясняется тем, что на Земле в условиях действия гравитационного поля тепловые трубы штатно (как в орбитальном полете) работают только в горизонтальном положении. На космическом аппарате или его фрагменте, определенном из условий работы в вакууме или в атмосфере, тепловые трубы, как правило, имеют пространственное положение в разных плоскостях, поэтому их штатная работа в условиях земной гравитации не гарантируется.The impossibility of conducting thermal vacuum tests is due to the fact that on Earth under the influence of the gravitational field, heat pipes work normally (as in orbital flight) only work in a horizontal position. On a spacecraft or its fragment, determined from the operating conditions in a vacuum or in the atmosphere, heat pipes, as a rule, have a spatial position in different planes, so their regular operation in terrestrial gravity is not guaranteed.

Предложенный авторами способ испытаний, сохраняя достоинства аналогов (минимальный объем испытаний, возможность пофрагментно проводить испытания), лишен их недостатков.The test method proposed by the authors, while preserving the advantages of analogues (the minimum volume of tests, the ability to conduct tests on a piece-by-piece basis), is devoid of their disadvantages.

Авторы предлагают способ тепловакуумных испытаний космического аппарата, включающий в себя разделение аппарата на фрагменты, испытания фрагментов, создание с учетом результатов испытаний адекватных математических моделей фрагментов и космического аппарата с дальнейшим использованием адекватной математической модели аппарата для получения его параметров при различных условиях эксплуатации на орбите, отличающийся тем, что аппарат разделяют на штатно функционирующие в наземных условиях фрагменты, образуют из фрагментов, находящихся в тепловой связи в составе аппарата, группы с обеспечением штатного функционирования этих групп в наземных условиях, испытывают группы с определением тепловых связей между фрагментами в группе, а адекватную математическую модель космического аппарата создают с учетом полученных значений тепловых связей между фрагментами в группе.The authors propose a method of thermal vacuum tests of a spacecraft, which includes dividing the spacecraft into fragments, testing the fragments, creating, taking into account the test results, adequate mathematical models of the fragments and the spacecraft with the subsequent use of an adequate mathematical model of the spacecraft to obtain its parameters under various operating conditions in orbit, which differs by the fact that the apparatus is divided into fragments that are normally functioning under ground conditions and are formed from fragments located in thermal communication as a part of the device, providing the group with normal functioning of these groups in the ground conditions, the test group with the determination of thermal bonds between the fragments in the group, and adequate mathematical model of the spacecraft made in view of the obtained values of thermal coupling between the fragments in the group.

Новым в предлагаемом способе является разделение аппарата на фрагменты, штатно функционирующие в наземных условиях, образование из фрагментов, находящихся в тепловой связи в составе аппарата, групп с обеспечением штатного функционирования групп в наземных условиях, испытания групп с определением тепловой связи между фрагментами в группе, создание адекватной математической модели космического аппарата с учетом полученных значений тепловых связей.New in the proposed method is the separation of the apparatus into fragments that are functioning normally in ground conditions, the formation of fragments that are in thermal communication as part of the apparatus, groups to ensure the normal functioning of groups in terrestrial conditions, testing groups to determine the thermal connection between fragments in a group, creating adequate mathematical model of the spacecraft, taking into account the obtained values of thermal bonds.

Сутью предложенного способа является разделение аппарата на такие фрагменты и создание на их основе таких групп фрагментов, которые можно испытать в наземных условиях и создать на базе испытаний адекватную математическую модель аппарата.The essence of the proposed method is to divide the apparatus into such fragments and create on their basis such groups of fragments that can be tested in terrestrial conditions and create an adequate mathematical model of the apparatus based on the tests.

Так, тепловакуумные испытания космического аппарата, имеющего систему терморегулирования (термостатирования), построенную на тепловых трубах, различно ориентированных в пространстве, с достаточной достоверностью в наземных условиях в собранном виде провести невозможно.So, thermal vacuum tests of a spacecraft having a temperature control system (thermostating), built on heat pipes differently oriented in space, with sufficient reliability in ground conditions in assembled form is impossible to carry out.

Но, если такой аппарат разделить на фрагменты, и фрагменты в испытаниях расположить так, чтобы тепловые трубы, размещенные в них, находились в горизонтальном положении, то тепловой режим таких фрагментов отработать в наземных условиях можно с достаточной достоверностью. И также можно создать адекватные математические модели таких фрагментов.But, if such an apparatus is divided into fragments, and the fragments in the tests are arranged so that the heat pipes placed in them are in a horizontal position, then the thermal regime of such fragments can be worked out in ground conditions with sufficient reliability. And you can also create adequate mathematical models of such fragments.

С целью сокращения объема испытаний наиболее целесообразно аппарат разбивать на типовые фрагменты, математические описания (математические модели) которых либо полностью идентичны или имеют несущественные отличия.In order to reduce the volume of tests, it is most expedient to divide the apparatus into standard fragments, mathematical descriptions (mathematical models) of which are either completely identical or have insignificant differences.

Для определения значений тепловых связей между фрагментами образуют группы фрагментов. В группах фрагментов в испытаниях должно быть реализовано горизонтальное положение всех тепловых труб, включая тепловые трубы, обеспечивающие связь между фрагментами в группе. Такие группы можно испытать и получить для них значения тепловых связей. В этом случае наиболее целесообразно аппарат разделить на типовые группы, тепловые связи которых идентичны. При использовании типовых групп число испытаний сводится к минимальному.To determine the values of thermal bonds between fragments, groups of fragments are formed. In groups of fragments in the tests, the horizontal position of all heat pipes must be implemented, including heat pipes, providing communication between the fragments in the group. Such groups can be tested and obtained for them the values of thermal bonds. In this case, it is most expedient to divide the device into typical groups whose thermal bonds are identical. When using typical groups, the number of tests is minimized.

Математические описания фрагментов аппарата и связей между ними позволяют создать математическую модель аппарата в целом. Так как математические модели фрагментов со значениями связей между ними, входящие в математическую модель аппарата, адекватны, то будет адекватна составленная на их основе математическая модель аппарата.Mathematical descriptions of fragments of the apparatus and the relationships between them allow you to create a mathematical model of the apparatus as a whole. Since the mathematical models of fragments with the values of the relationships between them that are included in the mathematical model of the apparatus are adequate, the mathematical model of the apparatus based on them will be adequate.

Пример реализации данного способа можно продемонстрировать на тепловакуумных испытаниях космического аппарата, представляющего собой параллелепипед, собранный из четырех силовых сотовых панелей с внутренними тепловыми трубами, расположенными в панелях параллельно продольной оси аппарата. Снаружи аппарат закрыт экранно-вакуумной теплоизоляцией, в окнах которой открытые площади силовых сотовых панелей с нанесенным на них терморегулирующим покрытием образуют поверхности радиационного теплообменника. На силовых сотовых панелях устанавливаются приборы, а сами панели для выравнивания температур связаны друг с другом коллекторными тепловыми трубами, расположенными перпендикулярно тепловым трубам в панелях.An example of the implementation of this method can be demonstrated by thermal vacuum tests of a spacecraft, which is a parallelepiped assembled from four power honeycomb panels with internal heat pipes located in the panels parallel to the longitudinal axis of the spacecraft. Outside, the device is closed by a screen-vacuum thermal insulation, in the windows of which the open areas of the power honeycomb panels with the thermo-regulating coating applied to them form the surfaces of the radiation heat exchanger. Instruments are installed on the power honeycomb panels, and the panels themselves for temperature equalization are connected to each other by collector heat pipes, perpendicular to the heat pipes in the panels.

В общем случае данный аппарат можно разбить на следующие "простые" фрагменты (фрагменты, представляющие собой конкретные изделия с соответствующей сопроводительной документацией, изготавливаемые, как правило, различными разработчиками), штатно функционирующие в наземных условиях силовая сотовая панель, коллекторная тепловая труба, прибор.In the general case, this apparatus can be divided into the following “simple” fragments (fragments representing specific products with the corresponding supporting documentation, manufactured, as a rule, by various developers), a power honeycomb, a collector heat pipe, and a device normally functioning in ground conditions.

Аппарат можно разбить и на более сложные фрагменты, штатно функционирующие в наземных условиях. Например, целая сборка силовых сотовых панелей, в которой тепловые трубы расположены горизонтально, может выступить в качестве фрагмента.The device can also be divided into more complex fragments that are functioning normally in terrestrial conditions. For example, an entire assembly of power honeycomb panels in which heat pipes are arranged horizontally can act as a fragment.

Работу фрагментов штатно в наземных условиях можно обеспечить соответствующей их установкой. Так, силовая сотовая панель устанавливается либо в горизонтальной плоскости, либо в вертикальной, но при условии расположения всех труб в панели горизонтально.The work of fragments regularly in ground conditions can be ensured by their corresponding installation. So, the power honeycomb panel is installed either in the horizontal plane or in the vertical, but subject to the location of all pipes in the panel horizontally.

Коллекторная тепловая труба для ее гарантированной работы (с точки зрения проверки на Земле) выполняется в одной плоскости, а во время испытаний располагается таким образом, чтобы плоскость трубы была горизонтальной.The collector heat pipe for its guaranteed operation (from the point of view of verification on Earth) is carried out in one plane, and during the tests it is positioned so that the plane of the pipe is horizontal.

Для предлагаемого аппарата для испытаний по определению тепловых связей образуют следующие группы из фрагментов силовая сотовая панель - прибор (приборы), силовая сотовая панель - коллекторная тепловая труба (трубы) - силовая сотовая панель.For the proposed apparatus for testing the determination of thermal bonds, the following groups of fragments are formed: a power honeycomb panel - a device (s), a power honeycomb panel - a collector heat pipe (s) - a power honeycomb panel.

Работу групп фрагментов в наземных условиях обеспечивают установкой их труб в горизонтальной плоскости. При этом коллекторные трубы для испытаний изготавливают прямыми, но с тепловыми характеристиками, одинаковыми со штатными коллекторными тепловыми трубами.The work of groups of fragments in terrestrial conditions is provided by installing their pipes in a horizontal plane. In this case, the collector pipes for testing are made direct, but with thermal characteristics, the same as the standard collector heat pipes.

Проводят тепловакуумные испытания фрагментов и групп фрагментов и по результатам испытаний создают адекватные математические модели фрагментов. С учетом определенных в испытаниях значений тепловых связей в группах фрагментов создают адекватную математическую модель аппарата, которую затем используют для определения параметров аппарата в различных условиях орбитального полета.Thermal vacuum tests of fragments and groups of fragments are carried out and, based on the test results, they create adequate mathematical models of fragments. Given the values of thermal bonds determined in the tests in groups of fragments, an adequate mathematical model of the apparatus is created, which is then used to determine the parameters of the apparatus under various conditions of orbital flight.

Целесообразно вести испытания типовых фрагментов, под которыми понимаются фрагменты, имеющие одинаковое или близкое математическое описание, и испытания составленных из них типовых групп фрагментов. Это позволяет по мере наработки сокращать объем испытаний, т.к. нет необходимости повторения испытаний типовых фрагментов и типовых групп фрагментов и, таким образом, уменьшить их стоимость.It is advisable to test typical fragments, which are understood as fragments having the same or close mathematical description, and to test the typical groups of fragments composed of them. This allows to reduce the volume of tests as they work. there is no need to repeat tests of typical fragments and typical groups of fragments and, thus, reduce their cost.

Таким образом, предложенный способ испытаний позволяет провести тепловакуумные испытания и определение теплового режима в условиях орбитального полета космических аппаратов, системы обеспечения теплового режима которых не функционируют в условиях земной гравитации.Thus, the proposed test method allows thermal vacuum tests and determination of the thermal regime in the conditions of orbital flight of spacecraft, the thermal regime ensuring systems of which do not function under conditions of Earth's gravity.

Предполагается, что данный способ тепловакуумных испытаний по мере их проведения приведет к снижению затрат на испытания даже по сравнению с ранее проводимыми испытаниями космических аппаратов, системы обеспечения теплового режима которых штатно функционируют на Земле, за счет снижения числа комплектующих, требующих испытаний.It is assumed that this method of thermal vacuum tests, as they are carried out, will lead to lower testing costs even in comparison with previously conducted tests of spacecraft, whose thermal regime support systems are functioning normally on Earth, by reducing the number of components requiring testing.

Так, при проектировании аппаратов из типовых фрагментов и типовых групп фрагментов вся работа сводится к созданию адекватной математической модели и ее использованию для получения параметров аппарата при различных условиях эксплуатации на орбите.So, when designing devices from typical fragments and typical groups of fragments, all the work is reduced to creating an adequate mathematical model and its use to obtain the parameters of the device under various operating conditions in orbit.

Для аппаратов, имеющих новизну, стендовая отработка требуется только для новых фрагментов и их групп, а их количество, как правило, не превышает 20% от состава аппарата.For apparatuses having novelty, bench testing is required only for new fragments and their groups, and their number, as a rule, does not exceed 20% of the apparatus.

Таким образом, способ может позволить в несколько раз снизить стоимость испытаний, т.к. стендовая отработка составляет подавляющую часть их стоимости.Thus, the method can allow several times to reduce the cost of testing, because bench testing is the vast majority of their cost.

На предприятии-заявителе проводятся тепловакуумные испытания космического аппарата по предложенному способу.The applicant company conducts thermal vacuum tests of the spacecraft according to the proposed method.

Claims (1)

Способ тепловакуумных испытаний космического аппарата, включающий в себя разделение аппарата на фрагменты, испытания фрагментов, создание с учетом результатов испытаний адекватных математических моделей фрагментов и космического аппарата в целом с дальнейшим использованием этих моделей для получения параметров космического аппарата в различных условиях его эксплуатации на орбите, отличающийся тем, что разделяют космический аппарат на фрагменты, все тепловые трубы в каждом из которых при испытаниях располагают горизонтально, формируют из фрагментов, находящихся в тепловых связях друг с другом в составе аппарата, группы, все тепловые трубы которых при испытаниях также располагают горизонтально, и при испытаниях данных групп фрагментов получают значения тепловых связей между фрагментами в группе, причем указанные математические модели создают с учетом полученных значений тепловых связей.The method of thermal vacuum tests of a spacecraft, which includes dividing the spacecraft into fragments, testing the fragments, creating, taking into account the test results, adequate mathematical models of the fragments and the spacecraft as a whole with the further use of these models to obtain the parameters of the spacecraft in various conditions of its operation in orbit, which differs the fact that they divide the spacecraft into fragments, all heat pipes in each of which are placed horizontally during the tests, forming comfort from fragments that are in thermal bonds with each other as part of the apparatus, groups, all the heat pipes of which are also placed horizontally during tests, and when testing these groups of fragments, the values of thermal bonds between fragments in the group are obtained, and these mathematical models are created taking into account the obtained values of thermal bonds.