Реферат Отчет 142 стр., 13 рис., 7 таблиц, список литературы 2 наименования
Скачать 1.46 Mb.
|
Гл.4. Результаты проработки технических предложений по обеспечению теплового режима функционирования широкоапертурного гамма-телескопа. §4.1. Система обеспечения теплового режима широкоапертурного гамма-телескопа. Для оптимизации теплового режима функционирования широкоапертурного гамма-телескопа и с учетом результатов НИР предыдущих этапов принято разделение системы обеспечения теплового режима (СОТР) научной аппаратуры (НА) на две подсистемы с различным диапазоном рабочих температур: - СОТР ОД с диапазоном допустимых температур от 0С до 20С; - общая СОТР ПЧД и БЭ с диапазоном допустимых температур от 0С до 30 С. Данное разделение на подсистемы принято в связи с тем, что более высокая рабочая температура ПЧД и БЭ позволяет использовать радиатор-охладитель меньшей площади, а также позволяет использовать в качестве отдельного радиатора-охладителя для ОД кодирующую маску. Исходные данные для оценки системы обеспечения теплового режима (СОТР). Тепловой режим МНА "Гаммафон" рассматривался из следующих допущений относительно аппаратуры: - тепловыделения – 150 Вт (постоянно), из них: - позиционно-чувствительный детектор – 520 Вт; - оптические датчики – 310 Вт; - блок электроники – 20 Вт; - допустимая температура посадочных мест: - позиционно-чувствительный детектор – от минус 10 до + 30˚С; - оптические датчики – от 0 до 20˚С; - блок электроники – от 0 до 40˚С. СОТР ПЧД и БЭ. Для отвода тепловыделений ПЧД и БЭ предполагается использование двух тепловых труб разработки ЦТТ Росавиакосмоса: аксиальной тепловой трубы (АТТ) марки AGHP-12,5 и контурной тепловой трубы (КТТ). Коллекторная АТТ собирает тепло от позиционно-чувствительных детекторов и блока электроники на коллектор с которого, при помощи КТТ тепло отводится на радиатор. Предполагается использование регулируемой КТТ. Регулирование производится автоматически при помощи клапана, который реагирует на понижение давления в трубе при снижении температуры теплоносителя ниже установленной. В результате срабатывания регулировочного клапана теплоноситель перепускается в байпасную магистраль и радиатор "отсекается" от системы. Температура, при которой срабатывает клапан, устанавливается равной плюс 3˚С, определяется, как нижняя граница диапазона допустимых температур БЭ равная 0˚С плюс запас 3˚С на неточность срабатывания клапана. Радиатор представляет собой незамкнутый тонкостенный усеченный конус площадью поверхности 1 м2 с проложенной внутри конденсационной магистралью КТТ. Радиационной является только внешняя поверхность радиатора, которая покрываются ТР-со-ЦМ. Радиатор размещен в нижней части модуля научной аппаратуры и крепится к несущей конструкции для оптических датчиков (см. рис. 3.1). Габаритные размеры радиатора определялись требуемой площадью радиационной поверхности для сброса тепла и имеющейся зоной полезного груза под головным обтекателем. Тепловой расчет показал (см. ниже), что применение покрытия ТР-со-ЦМ на радиаторе не обеспечивает требуемый диапазон температур для ПЧД и БЭ из-за недостаточной площади поверхности радиатора (из-за габаритных ограничений). В связи с этим, в качестве терморегулирующего покрытия целесообразно использовать OS/R или аналогичное с оптическими коэффициентами 0,9 и AS 0,1. Кроме того, необходимо расширение диапазонов допустимых температур ПЧД до +40˚С. Этого можно добиться с помощью введения в конструкцию ПЧД элементов Пельтье для локального охлаждения чувствительных элементов (матриц). §4.2. Результаты проработки технических предложений по обеспечению теплового режима функционирования широкоапертурного гамма-телескопа. Расчётные случаи Средняя температура радиатора определялась для двух расчётных случаев: - расчётный случай "Tmax": (угол между нормалью к плоскости орбиты и направлением на Солнце, ˚) равен 21,4˚, внутренние тепловыделения максимальные (120 Вт), альбедо Земли - 0,32, собственное излучение Земли (на поверхности) – 260 Вт/м2; - расчётный случай "Tmin": = 220˚ (радиатор НА частично закрыт от Солнца основным изделием), научная аппаратура отключена, собственное излучение Земли (на поверхности) – 220 Вт/м2. Листинг файла исходных данных для теплового расчета представлен в Приложении Г. Тепловой режим ПЧД и БЭ 4.3.2.1 Результаты теплового расчёта при применении покрытия ТР-со-ЦМ на радиаторе. Результат теплового расчёта для случая максимальной температуры с применением покрытия ТР-со-ЦМ на радиаторе и КМ приведён на рисунке 4.1. В результате теплового расчёта получены следующие данные: - максимальная температура посадочных мест ПЧД и БЭ составляет 48С, что превышает допустимую (30˚С для ПЧД и 40С для БЭ); - минимальная температура радиатора не опускается ниже минус 55˚С, что превышает температуру замерзания теплоносителя (аммиак), равную минус 77˚С.  Рис. 4.1. Результат теплового расчёта для случая максимальной температуры с применением покрытия ТР-со-ЦМ на радиаторе и КМ. Результаты теплового расчёта при применении улучшенного покрытия на радиаторе Результат теплового расчёта для случая максимальной температуры с применением улучшенного покрытия на радиаторе приведён на рис. 4.2. В результате теплового расчёта получены следующие данные: - максимальная температура посадочных мест ПЧД и БЭ составляет 35С и превышает допустимую для ПЧД (30˚С), что подтверждает необходимость введения изменений в конструкцию ПЧД; - минимальная температура выносного радиатора не опускается ниже минус 55˚С, что превышает температуру замерзания теплоносителя (аммиак), равную минус 77˚С.  Рисунок 4.2 - Результат теплового расчёта для случая максимальной температуры с применением улучшенного покрытия на радиаторе и КМ Результаты теплового расчёта при применении улучшенного покрытия на КМ Результат теплового расчёта для случая максимальной температуры с применением улучшенного покрытия на радиаторе и КМ приведён на рис. 4.2. Максимальная температура посадочных мест ОД не превышает значения 13˚С, что ниже допустимой (20˚С). Анализ тепловых расчетов рассмотренных вариантов СТР показал, что вариант с применением покрытия ТР-со-ЦМ на радиаторе и КМ не обеспечивает поддержание требуемого диапазона температур научной аппаратуры. Вариант с применением улучшенного покрытия на радиаторе и КМ обеспечивает требуемую температуру оптических датчиков, но не обеспечивает требуемую температуру позиционно-чувствительных детекторов (превышение допустимой температуры на 5ºС). Решить эту задачу можно введением в состав ПЧД элементов Пельтье, которые увеличат температуру посадочных мест ПЧД до 40°, но при этом обеспечат допустимый диапазон температуры чувствительного элемента (матрицы). Таким образом данный вариант обеспечивает требуемый тепловой режим научной аппаратуры и может быть реализован в эксперименте "Гаммафон". §4.3. Оптимизация теплового режима функционирования широкоапертурного гамма-телескопа. Рассмотренный выше вариант СОТР имеет следующие недостатки: - необходимость использования радиатора большой площади, что затрудняет размещение НА на изделии 14Ф139 в транспортном положении; - необходимость применения дорогостоящего и нетехнологичного оптического покрытия; - применение регулируемой КТТ усложняет конструкцию СОТР и снижает надёжность работы СОТР; - необходимость внедрения в состав ПЧД элементов Пельтье. В связи с этим рассмотрим альтернативный вариант СОТР. Вариант СОТР с отводом тепловыделений ПЧД и БЭ в контур СОТР базового изделия. СОТР ПЧД и БЭ. Отличие данного варианта от предыдущего состоит в том, что коллекторная АТТ1 марки AGHP-12,5 собирает тепло от позиционно-чувствительных детекторов и блока электроники на коллектор к которому подводится трубопровод СТР базового изделия. Температура теплоносителя (ЛЗ-ТК-2) в контуре СТР поддерживается в пределах от 5 до 20 С, что позволяет надёжно удерживать температуры посадочных мест ПЧД и БЭ в допустимых пределах. Тепловой расчет для варианта СОТР с отводом тепловыделений ПЧД и БЭ в контур СТР базового изделия. Результат теплового расчёта для случая максимальной температуры варианта СОТР с отводом тепловыделений ПЧД и БЭ в контур СОТР базового изделия приведён на рисунке 4.3. В результате теплового расчёта получены следующие данные: - максимальная температура посадочных мест ПЧД и БЭ не превышает 27˚С, что ниже допустимой (30˚С); - минимальная температура ПЧД и БЭ не опускается ниже 10˚С; в случае нештатной работы базового изделия и отключения НА, температура посадочных мест ПЧД и БЭ – не ниже 2˚С.  Рис. 4.3. Результат теплового расчёта для случая максимальной температуры варианта СОТР с отводом тепловыделений ПЧД и БЭ в контур СТР базового изделия. Результаты анализа теплового расчета. Тепловой расчет показал, что данный вариант СОТР обеспечивает требуемый диапазон температур научной аппаратуры. При этом он имеет следующие преимущества по сравнению с предыдущим вариантом: - потребная площадь радиатора уменьшается до 0,2 м; - предусматривает использование недорогого и практичного радиационного покрытия ТР-со-ЦМ; - значительное уменьшение габаритов модуля научной аппаратуры, что позволит рациональнее разместить МНА в транспортном положении в зоне полезного груза КА; - предварительный анализ показал, возможность размещения модуля научной аппаратуры с уменьшенным радиатором в рабочем положении в пределах зоны полезного груза в транспортном положении. При этом подвижная штанга с ЭМП заменяется жестким неподвижным кронштейном, что существенно упрощает конструкцию МНА и реализацию эксперимента с широкапертурным гамма-телескопом. Тепловой режим научной аппаратуры при ее размещении на малом космическом аппарате в качестве формообразующей полезной нагрузки. НА может быть размещена на МКА на базе малой космической платформы в качестве основной полезной нагрузки. Схема СОТР при этом аналогична первому варианту СОТР при размещении НА на изделии 14Ф139. Потребная площадь радиатора составляет 1,1 м2. Результат теплового расчёта для случая максимальной температуры при установке МНА на борту МКА приведён на рисунке 4.4. В результате теплового расчёта получены следующие данные: - максимальная температура посадочных мест ПЧД и БЭ не превышает 22˚С, что ниже допустимой (30˚С); - минимальная температура радиатора не опускается ниже минус 12˚С, что превышает температуру замерзания теплоносителя (аммиак), равную минус 77˚С.  Рис. 4.4 - Результат теплового расчёта для случая максимальной температуры при установке НА на борту МКА Анализ теплового расчета показывает возможность реализации рассмотренной схемы СОТР при размещении научной аппаратуры на малом космическом аппарате. Заключение В ходе выполнения работ по договору № 125-08 от 29.05.2008 г. согласно техническому заданию и календарному плану осуществлялось формирование принципов построения и функционирования основных программных модулей для решения научных задач в эксперименте с широкоапертурным гамма-телескопом, разработка систем хранения и передачи данных в блоке электроники прибора, оптимизация технологии изготовления элементов кодирующей маски широкоапертурного гамма-телескопа, проработка методики локализации гамма-квантов в позиционно-чувствительном детекторе широкоапертурного гамма-телескопа, оптимизация теплового режима функционирования широкоапертурного гамма-телескопа на космическом аппарате. (пп. 2.3.2, 2.3.3, 2.3.4, 3.2.2, 3.2.3, 3.2.4 ТЗ) В результате выполнения работ были получены следующие основные результаты: - сформированы принципы построения и функционирования основных программных модулей для решения научных задач в эксперименте с широкоапертурным гамма-телескопом; эти модули обеспечивают: расчет матрицы отклика прибора в рамках решения обратной задачи – восстановление изображений по выходным параметрам, моделирование взаимодействий гамма-квантов в позиционно-чувствительном детекторе, управление данными в блоке электроники прибора. - разработана система хранения и передачи данных в блоке электроники прибора, позволяющая. формировать весь объем информации с позиционно-чувствительных детекторов. - оптимизирована технология изготовления элементов кодирующей маски широкоапертурного гамма-телескопа на основе использования тантала в качестве материала маски. - проработана методика локализации гамма-квантов в позиционно-чувствительном детекторе широкоапертурного гамма-телескопа на основе моделирования физических взаимодействий гамма-квантов в веществе кодирующей маски и позиционно-чувствительного детектора; в результате решена обратная задача восстановления изображения наблюдаемого участка неба по выходным показаниям детектора. - оптимизирован тепловой режим функционирования широкоапертурного гамма-телескопа на космическом аппарате, в том числе проработаны технические предложения по обеспечению теплового режима функционирования детекторов широкоапертурного гамма-телескопа на борту серийного космического аппарата нового поколения, проработаны технические предложения по обеспечению теплового режима функционирования электроники широкоапертурного гамма-телескопа с бортом космического аппарата. Заключение итоговое В соответствии с ТЗ целью НИР «Гаммафон» «Проработка предложений по проведению мониторных наблюдений астрофизических источников и фона в жестком рентгеновском и гамма-излучении (0.05 – 1.0 МэВ)» является проработка предложений по мониторному наблюдению неба в диапазоне гамма-излучений 0.05-1.0 МэВ в ходе космического эксперимента с широкоапертурным гамма-телескопом на серийном КА нового поколения. В результате этого эксперимента должны быть проведены длительные мониторные наблюдения, измерен фон и получены изображения обширных областей звездного неба (вплоть до половины небесной сферы) в диапазоне энергий регистрируемых фотонов 0.05-1.0 МэВ. При этом должно быть обеспечено комплексное изучение с высоким временным и спектральным разрешением известных источников жесткого электромагнитного излучения и осуществляться постоянный патруль таких временных явлений, как рентгеновские транзиенты и новые, гамма-всплески. В соответствии с ТЗ задачами работ, проводившихся в рамках НИР «Гаммафон» были: Лабораторное макетирование основных узлов аппаратуры и оптимизация технологии ее изготовления (лабораторное макетирование системы кодировки позиционно-разрешаемых элементов позиционно-чувствительного детектора; лабораторное макетирование системы измерения энергии регистрируемых гамма-квантов в позиционно-чувствительном детекторе; определение позиционного и энергетического разрешения прибора; проработка методики кодирования изображений; оптимизация технологии изготовления элементов кодирующей маски; разработка архитектуры процессорного блока). Разработка программных средств обеспечения эксперимента с широкоапертурным гамма-телескопом (разработка принципов построения программно-вычислительного комплекса для обработки данных; создание программных средств для расчета матрицы отклика прибора с учетом реального позиционного и энергетического разрешения; адаптация программно-вычислительного комплекса обработки данных для решения научных задач эксперимента, формирование принципов построения и функционирования основных программных модулей). Проработка реализации и оптимизация размещения широкоапертурного гамма-телескопа и аппаратуры передачи научной информации на серийном космическом аппарате нового поколения (оптимизация конструктивной реализации размещения научной аппаратуры; оптимизация электрического сопряжения научной аппаратуры с бортовой аппаратурой космического аппарата; оптимизация теплового режима функционирования научной аппаратуры). Указанные задачи могут быть разбиты на две группы. Одна группа задач связана с разработкой концепции эксперимента, оптимизацией НА, математическим моделированием и лабораторным макетированием основных узлов НА и проработкой возможности ее изготовления и испытаний. Другая группа задач связана с необходимостью адаптации НА к условиям космического эксперимента, проработки возможности размещения НА на борту серийного КА и ее привязки к бортовым системам. В рамках рассматриваемой НИР первая группа задач (пп. ТЗ 2.3.1, 2.3.2, 2.3.3, 3.2.1, 3.2.2, 3.2.3) выполнялась силами НИИЯФ МГУ, а вторая (пп. ТЗ 2.3.4, 3.2.4, 3.3.4) - ФГУП КБ «Арсенал» им. М.В. Фрунзе. |
Похожие:
 | Реферат Отчет стр., рис., таблиц, список литературы 4 наименования Директор научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына мгу имени М. В. Ломоносова | | А. В. Брюханов летопись природы Отчет «Летопись природы национального парка «Зюраткуль» за 2002 год» содержит 187 стр., включая 6 таблиц и 5 приложений. Список использованной... |
| Реферат Отчет 120с., 13 рис., 19 таблиц в тексте, 39 источников Фундаментальные исследования, организация управления фундаментальными исследованиями, масштабы, тенденции развития фундаментальных... | | Реферат Отчет 25 стр., 1 рис Ключевые слова: космология, внегалактическая астрономия, звезды, межзвездная среда, активные ядра |
| Реферат Отчёт изложен на 36 страницах, включает 12 таблиц, 3 рисунка,... «Мониторинг и прогнозирование состояния продовольственной безопасности на территории Калужской области. Практические рекомендации... | | Реферат Требование к структуре реферату Реферат должен быть выполнен самостоятельно каждым студентом на 5 или более листах формата А4 (не включая титульный лист, содержание,... |
| Реферат Отчет: 180 стр., 11 рис., 12 табл., 72 источника ... | | Тематическое планирование стр. 7 2 Требования к уровню подготовки... В числе приоритетных целей изучения музыкального искусства в начальной школе выступают |
| Реферат Баранов К. Г., Игнатенков А. И. Дипломный проект на тему... Общий объем проекта составляет 78 страниц. Дипломный проект содержит 1 рисунок, 16 таблиц. Список литературы представлен 30 источниками... | | Реферат (18 стр., рис., 3 табл.) Объектом исследования являлись системы централизованного и локального водоотведения мо ракитинское |
| Реферат Отчет с. 22, рис., 3 табл Объектом исследования являлись системы централизованного водоснабжения мо г п. Одоев | | Реферат. Отчет…23с., рис., 4 табл Объектом исследования являлись системы централизованного и локального водоотведения мо кожинское |
| Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Отчет о нир 65 с., 2 рис., 1 табл., приложений 2, источников использованной литературы 58 | | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Отчет о нир 65 с., 2 рис., 1 табл., приложений 2, источников использованной литературы 58 |
| Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Отчет о нир 65 с., 2 рис., 1 табл., приложений 2, источников использованной литературы 58 |  | Реферат Отчет 35 с., 3 главы, 16 рис., 1 табл., 12 источников, 5 прил Объектом разработки является программа восстановления каркасных 3D объектов по 2D проекциям |
