Разработка пассивных систем обеспечения теплового режима с тепловыми трубами для типовых задач космического приборостроения

Теоретически обоснованы уравнения теплового баланса для системы «космический аппарат – прибор – система терморегулирования – космическая среда» для термочувствительного прибора с учетом теплопереноса, реализуемого тепловыми трубами. На основе анализа этих уравнений для граничных условий эксплуатации прибора предложена и экспериментально исследована новая тепловая концепция построения эффективной системы терморегулирования класса научных приборов, которые не имеют собственного тепловыделения. Система является пассивной и использует для функционирования только теплоту внешнего источника – Солнца. Использование предложенного принципа позволяет сузить диапазон изменения температуры прибора до 10 – 20 К на температурном уровне 290 К при изменении температуры посадочных мест 253 – 323 К в диапазоне солнечной постоянной 500 – 1400 Вт/м2 при возможных маневрах космического аппарата в конусе 20 градусов относительно направления на Солнце.

Создана новая тепловая схема пассивной радиационной системы терморегулирования для охлаждения приемников излучения научных оптических систем на температурном уровне 213 – 243 К. Предложенный принцип организации теплообмена пассивной радиационной системы обеспечения теплового режима предполагает тепловое соединение нескольких радиаторов, определённым образов ориентированных в пространстве. Функцию теплового проводника выполняют тепловые трубы с диодными свойствами.
Изменение теплового сопротивления термодиодов с прямого режима (Rdir) на обратный (Rrev) и наоборот происходит автономно. При значениях Rrev/Rdir > 50 – 100 К/Вт область функционирования системы обеспечения теплового режима расширяется по величине внешнего теплового поглощенного потока в десятки раз при произвольной размещении прибора относительно солнечных лучей на орбитах от Земли до Венеры. Данная система позволяет стабилизировать температуру приемника на температурном уровне 233 К при внешних возмущениях, а именно изменении солнечной постоянной и температуры посадочных мест.

Разработаны методики исследования систем с тепловыми трубами в условиях, имитирующих эксплуатационные.

С использованием разработанного математического алгоритма обобщены результаты 10-летней успешной эксплуатации на околоземной орбите системы терморегулирования на основе тепловых труб разработки НТУУ «КПИ» на немецком микроспутнике BIRD.