Обоснование исходных данных для проектирования радиационного теплообменника системы обеспечения теплового режима

Радиационный теплообменник является элементом СОТР, которая в свою очередь является частью МКА. Поэтому обоснование технических решений и параметров радиационного теплообменника СОТР МКА, должно выполняться на основе проектных параметров КА, к которым относятся:

- параметры орбиты МКА;

- форма и размеры корпуса МКА;

- ориентация КА;

- максимальные и минимальные тепловые потоки, выделяемые бортовой аппаратурой в процессе функционирования.

Необходимые исходные данные могут быть получены на основе анализа опыта создания и применения отечественных малых КА связи.

Малыми КА считаются КА с весом менее 1000 кг. В России уже имеются конкретные разработки военных МКА весом 700-800 кг. Например, таковым является создаваемый МКА радиолокационной разведки «КОНДОР». Однако при большом количестве КА в орбитальной группировке, характерном для глобальных низкоорбитальных космических систем связи, космическая система с КА такой массы будет, с одной стороны, дорогой, а с другой – сохранится проблема ее оперативного наращивания. Поэтому представляет интерес как с военной, так и с экономической точек зрения исследование возможностей создания МКА весом не более 100 кг, а в перспективе до 10 кг и менее. Аппараты этого класса называют сверхмалыми КА (СМКА).

Для проектирования таких систем необходимо использовать низкие орбиты с высотами от 700 до 2000 км. Нижняя граница определяется необходимой устойчивостью для осуществления длительного существования СКА, а верхняя граница определятся существующими на сегодняшний момент энергетическими возможностями КА и ограничением на энергетику радиолиний. Это позволяет, во-первых, структуре системы быть более гибкой, а во-вторых, упростить целевую аппаратуру потребителя и самого КА – уменьшить ее габаритные и массовые характеристики.

Низкоорбитальные СКС обладают определенными преимуществами перед системами на геостационарных и высокоэллиптических орбитах. Во-первых, геостационарная орбита уже загружена достаточно плотно, а в ближайшем будущем эта проблема обострится еще сильнее. Не менее сложным является и вопрос распределения частот. Во-вторых, терминалы традиционных СКС достаточно громоздки, тяжелы и дороги, чтобы считаться индивидуальными средствами связи, способными обслуживать потребителей во всех звеньях управления в глобальном масштабе.

Низкоорбитальные многоспутниковые КСС могут использовать отличные от систем на геостационарной орбите диапазоны частот, множество различных по высоте и наклонению орбит и передатчики малой мощности. Но основное преимущество таких СКС состоит в том, что их терминалы, зачастую индивидуального пользования, представляют собой связную аппаратуру, масса и габариты которой близки к обычным телефонным трубкам, а ненаправленные антенны не требуют слежения за КА. Следовательно, становится возможным использование космической связи во всех звеньях управления, в перспективе до отдельной боевой машины и солдата включительно.

При таких габаритах для наиболее совершенных систем сохраняется полная возможность выхода на связь с необходимым абонентом в региональном и даже в глобальном масштабах независимо от того, находится ли абонент в движении или неподвижен. До недавнего времени низкоорбитальные СКС не могли обеспечивать телефонную и другие виды связи в реальном масштабе времени, однако с внедрением средств межспутниковой связи и широком применении микропроцессорной техники с соответствующим программным обеспечением эта проблема стала практически решаемой. Вместе с тем следует заметить, что в дальнейшем СКС на основе малогабаритных КА будут всего лишь дополнять, но полностью не заменять традиционные военные высокоорбитальные СКС на базе крупногабаритных КА.

Опыт эксплуатации СМКА такого назначения в России имеется: это аппараты специальной неоперативной связи «СВЕТОЧ» и «СТРЕЛА», а также СМКА непосредственной ретрансляции серии «РАДИО». Наиболее ярким представителем КСС на основе малогабаритных КА является СКС «Гонец –Д1»

Низкоорбитальная космическая система связи (НКСС) «Гонец-Д 1» создана на базе средств функционирующей системы специального назначения. Система «Гонец-Д 1» рассматривается как первый этап создания НКСС «Гонец».

Космический сегмент системы состоит из 7 КА, находящихся на круговых орбитах высотой до 1500 км, по 3 и 4 КА в двух орбитальных плоскостях, разнесенных друг относительно друга на 90 град. по долготе восходящего узла. Управление КА в штатных ситуациях обеспечивается по каналам, совмещенным с каналами связи.

Предполагается дальнейшее развитие системы (наращивание ОГ до 24 – 48 КА), что позволит обеспечить услугами связи до миллиона потребителей на территории всего Земного шара, а также существенно повысить оперативные возможности по доставке сообщений.

Анализ проектных параметров КА «Гонец-М» позволяет сформировать комплекс исходных данных для проектирования РТО:

1. Параметры круговой орбиты:

· высота 1500 км;

· наклонение 82, 5 град;

· задержка в тени 35 мин;

2. ориентация КА: трехосная с постоянным направлением одной из осей связанной системы координат а центр Земли;

3. Энерговыделение бортовой аппаратуры:

· в дежурном режиме 22, 4 Вт;

· в режиме пикового энерговыделения 204 Вт.

4. Размеры цилиндрического герметичного отсека КА:

· диаметр 0, 8 м;

· высота 1, 35 м.

Для негерметичных отсеков при создании современных МКА используют форму куба. Примем допущение, что бортовая аппаратура герметичного КА имеет одинаковый объем бортовой аппаратуры негерметичного аппарата (V_{цилиндра}=V_куба=0, 67 м³). Исходя из этого, рассчитаем геометрические параметры негерметичного КА: Объем герметичного КА рассчитывается по формуле:

(8)

где H = 1.35 м – высота герметичного КА; D = 0.8 м – диаметр герметичного КА.

Из условия, что объемы у обоих КА одинаковы, найдем объем отсека негерметичного КА

(9)

Из равенства (8) и (9) следует, что сторона КА кубической формы равна

= 0.88 м, (10)