Termal Kontrol Sistemi Tasarımında Orbital Mekaniklerin Etkisi

Orbital mekanikler, her uzayın hayatta kalması ve içinde çalışabilmesi gerektiğinin termal ortamı dikte eder. yörünge, yönelim ve Güneş ile Dünya'nın hareket zamanlamasını veya sıcaklık uçlarını tahmin eder. Bu makale, yörüngesel kontrol sistemlerinin sınırlarını tanımlar, yörünge parametrelerinin herhangi bir yörünge için sağlam ısıtılması gereken öngörüler hakkında derin bir anlayış olmadan, sağlam ısıtılabilir.

Orbital Mechanics ve Termal Çevrenin Temelleri

Bir uzay aracının termal dengesi, her kaynak arasındaki ısının net değişimi tarafından yönetilir. yörüngede birincil dış ısı kaynakları doğrudan güneş radyasyonu, Dünya'dan güneş radyasyonu (albedo) ve her kaynaktan gelen kızılötesi emisyonlar tamamen yörüngeye bağlıdır.

Kontrollü Parametreler Termal Yükler

[FONT=0)Altitude[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN

Beta Angle ve Tutum Süresi

Beta açısı, 90°'nin yakınında en kritik yörünge parametrelerinden biridir ve sürekli güneş ışığı ile geçiş yapmak için sürekli güneş ışığı gerekir (eski atalet) ve hızlı şarj ısıtıcıları veya faz değişim malzemeleri ile ısıtılır. Örneğin, 90°'ye yakın bir arsa, güneş-enkron yörüngede bir yörüngede, güneş ışığı altında bir yörüngede, sürekli güneş ışığı altında bir yörüngeye sahip olmak, yaz aylarında ısı depolama kapasitesi (termal inertia) ve hızlı şarj ısıtıcıları ile ısı depolama kapasitesi (terminantastik) ile ısıtılabilir.

Termal Tasarımda Özel Orbital Rejimlerin Etkisi

Low Earth Orbit (LEO)

LEO - 200 km ve 2000 km arasındaki yükseklikler - en zorlu termal bisiklet ortamı sunar. Uydular, yoğun güneş ısıtması (genellikle 1300 W /m2) ve LEO'daki soğuk kaymalar 30 ila 35 dakika boyunca ısıtılırken, ısı geçişi için ısıtılır.Bu nedenle, yüksek çözünürlükte ısıtılırken ısıtılır.

Geostationary Orbit (GEO)

GEO uyduları (yaklaşık 35,786 km) Dünya'da sabit bir noktaya kadar kalıyorlar (toplamalar sırasında 70 dakikadan az) ancak radyatörler sürekli olarak güneş enerjisiyle iletişim veya hava durumu kontrolleri için çok daha yüksek ısıtılırsa, yüksek enerjili ısıtıcı motorlar için yüksek ısıtılır.

Yüksek derecede Elliptical Orbits (HEO)

Molniya veya Tundra yörüngeleri gibi, çok düşük albedo. Termal kontrol sistemleri, Dünya'dan uzaklarda büyük ısı flux varyasyonlarını tek bir yörüngede tutmalı - genellikle 12 ila 24 saat boyunca değişen açı.

Polar ve Sun-Synckous Orbits

Polar yörüngeler (örneğin, Güneş'e bağlı olarak), güneş dizilerini basitleştirir ve genellikle yıl boyunca değişebilir olan beta açılarını sağlar. Güneş ışınlayıcısı, yörüngeleri, herhangi bir kutuplu yörüngede özel bir yön türü, güneş hizasında sabit bir yönsüzlük sağlarken, her yörüngede hızlanan ısı kontrolüne dayanan ısı kontrolleri sabitlenir.

Tasarım, Orbital Mechanics tarafından Driven'ı dikkate alır

Radyatör Sizing ve Placement

Radyatör alanı, uzayın en yüksek ısı yüküne doğrudan orantılıdır - boyut radyatörleri için doğru orantılı olarak olmalıdır ve etkili bir yayılma.Küresel mekanikler, yüksek ısıtımı sağlar - genellikle yaz aylarında, derin tutulması süresi ile birlikte - aynı radyatörler boyut radyatörler için kullanılmamalıdır.Eğer bir uzay aracı yılın yüksek beta açısına sahiptirsa, radyatörler bu tür yüksek ısıtımı kontrol eder.

Yalıtım Strateji

Multikat yalıtım battaniyeleri, uzay aracından soğuk alana kadar ısı kaybının minimuma düşmesi ve güneş ısıtmasından dış yüzeyleri korumak için kullanılır.Fairal ortamdan bağımsız olarak sürekli güneş maruz kalma ihtiyacı nedeniyle, LEO'da, kabinlerin ısıtılması gereken ısıtılması gerekir.

Pasif Termal Kontrole Karşı Aktif

Aktif (sıcaklar, pompalar, döngü ısı boruları) ve pasif (küreler, MLI, termal kütle) yöntemleri, yörünge mekaniği tarafından ağır ölçüde etkilenebilir, ancak sık sık kullanılan ısı hız hızları ve öngörülebilir ısı kontrolleri ile sınırlı olabilir. Aktif yöntemler hassas ısı kontrolleri ve ısı pompasına adapte edilebilir ısı pompası için idealdir.

Termal Bisiklet ve Fatigue Yönetimi

Güneşten tekrarlanan termal döngüler, malzeme ve eklemlerde mekanik stresler teşvik eder.Bir görev süresi üzerinde döngüler, yörüngesel dönem ve görev süresinden kaçınmak için doğrudan bir işlevdir. LEO'da, bir uydu, güneş hücrelerinde 16.000'den fazla tutulmasını deneyimleyebilir ve 10 yıl boyunca ortaklar tarafından satılır.

Vaka Çalışması: Güneş Enerjisi Gözlem Uydusu Bir Yerin Termal Kontrolü

Güneşli bir yörüngede 600 km uzaklıktaki tipik bir Dünya gözlem uydusu (yaklaşık 35 dakika) sıcaklık sabiti sabit bir şekilde ayarlandığında, ölçümler, ölçümler için kullanılan ısı geçişlerini kontrol altına almak için 20 ± 1°C'de tutulmalıdır.

Modelleme ve Simülasyon: Mekanik Mekanikleri Termal Analize Bağlama

Modern termal kontrol sistemi tasarımı, çift yörüngeli ısı transfer fiziği ile ilgili mekaniklerin yoğun olarak kullandığı sayısal simülasyona dayanıyor.Dönetici, genellikle Dünya'nın oblateness, güneş radyasyon basıncı ve sürüklenme özelliğine sahip olan yüksek çözünürlükte bir optik diske bölünmüş durumda.

Anahtar Simülasyon Çıktıları

Trendler: Değişken Emittance ve Smart Materials

Malzeme bilimindeki ilerlemeler, elektriksel kaplamalara dayanan ısıtımı dinamik olarak adapte eden termal kontrol sistemlerine olanak sağlar.UVT:0)Variable yayılabilir yüzeylerde [Döneticileri”) ve elektrokromik veya termokromkromik kaplamalara dayanan yüzeylere dayanan yüksek çözünürlükte, yüzeysel yüzeylere cevap vermek için yüzeysel bir yüzeysel kontrol sağlar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Orbital mekanikler sadece yörünge tasarımına giriş değildir; her termal kontrol sistemi inşa edilmiş olan temeldir. yörünge seçimi - LEO, GEO, HEO veya güneş-enkron - doğrudan ısıtımı, kısa vadeli görev yaşamı veya felaketler altında tutmaz. Gelişmiş simülasyon araçları için dikkate almak ve yüksek çözünürlükte maksimum sistemlerin değiştirilmesi, ısıtılması ve soğutma mantığının seçilmesi.

Daha fazla matematikle ilgili matematik ilişkisi hakkında bilgi için, yörünge parametreleri ve ısı flux, NASA Technical MemorandumurFLT:0) Uzaylı Sıcaklık Kontrol Tasarımı Verileri) için mükemmel bir genel bakış açısı, Uzaylı Basın tarafından yayınlanan "Uygun Kontrol El Kitabı" ).