Подсистема терморегулирования.

Назначением подсистемы терморегулирования (англ. thermal-control subsystem) является поддержание температуры всех элементов конструкции и компонентов бортового оборудования космического аппарата в заданных для них пределах на всех этапах орбитальной эксплуатации космического аппарата. Для разработки проекта подсистемы терморегулирования, которая обеспечила бы выполнение всех требований космического аппарата по терморегулированию, мы должны учесть приток тепла от Солнца, Земли, электрических и электронных компонентов бортового оборудования космического аппарата (на рисунке 11-14 обозначен символом "Р"). В большинстве случаев входящие тепловые потоки существенно изменяются с течением времени. Например, среднее значение прямого потока тепловой энергии на поверхности космического аппарата от солнечного излучения изменяется от 1358 Вт/м² при совпадении вектора направления на Солнце с нормалью к облучаемой поверхностью до нуля при заходе космического аппарата в тень Земли. Геометрия космического аппарата обычно отличается большой сложностью, что приводит к необходимости проведения объемных исследований тепловых процессов на его борту с использованием преимущественно численных методов. Однако при этом стоимость и масса оборудования подсистемы терморегулирования составляет в среднем всего от двух до пяти процентов стоимости и сухой массы космического аппарата в целом.

Требования к подсистеме терморегулирования обычно формулируются на нескольких уровнях иерархии. Требования системного, верхнего уровня иерархии, определяют допустимые границы изменения температуры элементов конструкции и компонентов бортового оборудования космического аппарата, общие требования к проведению тепловых испытаний и условия эксплуатации подсистемы, такие. Требования по распределению массы подсистемы терморегулирования и предельной стоимости ее оборудования формулируются руководством проекта космического аппарата. Наконец, предельные значения температуры элементов конструкции и компонентов бортового оборудования космического аппарата определяются из данных соответствующих поставщиков.

Типовые пределы изменения температуры для различных компонентов космического аппарата приведены в таблице 11-40. Кремниевые фотоэлектрические преобразователи, составляющие основу солнечной батареи, обычно сохраняют работоспособность в весьма широком диапазоне температур, однако при этом желательно эксплуатировать их при как можно более низких температурах в пределах заданного диапазона, поскольку, чем ниже рабочая температура кремниевого фотоэлектрического преобразователя, тем выше его коэффициент полезного действия. Обычно конструкция космического аппарата также может эксплуатироваться в весьма широком диапазоне температур. Исключением являются только элементы конструкции, на которых монтируется аппаратура, требующая высокоточного наведения, например, камеры полезной нагрузки или звездные датчики подсистемы контроля и управления ориентацией. В этом случае допустимый диапазон изменения температуры таких элементов конструкции должен быть ±0.5 °С или даже меньше, чтобы минимизировать различное тепловое расширение различных материалов, которое нарушает форму космического аппарата и отрицательно сказывается на точности наведения. Рабочий диапазон температуры бортовых двигательных установок, использующих наиболее распространенное однокомпонентное топливо – гидразин (англ. hydrazine), определяется с одной стороны температурой замерзания гидразина, а с другой – температурой его разложения. В этой связи типовой проект обеспечения теплового режима гидразиновой двигательной установки предусматривает смещение температуры установки в холодную область и применение термостатирования на базе управляемых нагревателей с целью поддержания температуры установки выше минимального предела. Смещение температуры в холодную область (англ. cold bias) означает такое проектирование заданной области космического аппарата, чтобы температура в ней была ниже верхнего предела рабочих температур оборудования, размещенного в этой области. При такой схеме теплового проектирования космического аппарата часть оборудования, размещенного в указанной области, будет обычно работать при температуре ниже, чем минимально допустимая для него температура, если не предпринимать специальных мер для предотвращения этого. Обычно для обеспечения нормальных температурных условий работы оборудования в области со смещением температуры вниз применяется его термостатирование на базе управляемых нагревателей.