Система обеспечения теплового режима КА

Находясь в космическом пространстве, КА подвержен тепловым нагрузкам, главной из которых является прямое солнечное излучение. К другим внешним факторам можно отнести отражённые от поверхности планет и других объектов солнечные лучи, а также тепловое излучение от нагретых поверхностей самих космических тел.

Но КА не всегда находится на Солнце. В тени космических объектов он охлаждается. Так, например, на теневой стороне низкой околоземной орбиты температура поверхности КА может опускаться до - 100 °С, в то время как на солнечной составлять до + 100 °С. Перепады температур могут привести к деформации корпуса КА и отказам оборудования.

Кроме внешних источников теплоты в КА есть и внутренние — это теплота от работающего оборудования и бортовых систем аппарата.

Поэтому основной задачей СОТР является обеспечение теплового баланса для возможности длительного функционирования КА на орбите.

Эта задача решается двумя путями. Первый - изоляция внешней поверхности КА от нерегулируемого притока/сброса теплоты. Для этого широко применяется такое средство пассивного терморегулирования как экранно-вакуумная теплоизоляция (ЭВТИ) - многослойный «сэндвич» из материалов, которые хорошо отражают избыточную теплоту и плохо её поглощают (представлена на картинке ниже «в разрезе»). Часто на фото тех или иных КА можно видеть, что они обёрнуты чем-то похожим на золотую фольгу или тканевое одеяло белого, серого и иного цвета — это и есть ЭВТИ. 

А те элементы конструкции и оборудование, которое не может быть спрятано под такой теплоизоляцией, покрывают специальными красками и эмалями. Иногда совокупности ЭВТИ и покрытий достаточно для выполнения миссии КА.

Но если внутри КА много тепловыделяющего оборудования и/или его орбита подвержена существенным тепловым нагрузкам, то необходимо собрать, перераспределить и сбросить излишки теплоты. Для этого в состав СОТР входит система терморегулирования (СТР). 

Для МКА задачи СТР чаще всего решаются использованием тепловых труб, встроенных в корпус аппарата. Эти трубы герметичны, и внутри них находится теплоноситель, такой как, например, аммиак или пропилен. Получая теплоту, жидкий теплоноситель начинает кипеть, переходя в газ, перемещается вдоль тепловой трубы и благодаря лучистому теплообмену (передача теплоты электромагнитными волнами) обеспечивает сброс теплоты в окружающее пространство. Ниже представлен вариант исполнения.

Для сверхмалых спутников формата CubeSat ввиду их размера и конструкции описанные выше способы не используются. Хотя есть варианты с тепловыми трубами, установленными внутри корпуса аппарата и отбирающими теплоту от греющегося оборудования и передающие ее в зону, где эта теплота требуется.

CubeSat практически не содержит активно выделяющего теплоту оборудования. И, находясь на низкой околоземной орбите, не испытывает слишком сильного нагрева от прямых солнечных лучей. Поэтому задача терморегулирования для них в основном решается использованием анодированных алюминиевых сплавов в качестве материала корпуса. Такие материалы (анодные пленки) обладают высокой отражающей способностью, т.е. способны отражать до 90% попадающего на них излучения, а также неплохо его рассеивать.

Для CubeSat может использоваться многослойная изоляция, а также специальные электронагреватели для аккумуляторных батарей.

К другим способам терморегулирования CubeSat можно отнести подбор таких компонентов систем, тепловые мощности которых будут соответствовать ожидаемым тепловым нагрузкам.

В состав средств терморегулирования могут входить термодатчики, по сигналам которых CubeSat может менять ориентацию для исключения перегрева/переохлаждения.

Больше информации по ЭВТИ

Больше информации по тепловым трубам и конструкции КА