Nave espacial que comprende un dispositivo de gestión de los flujos térmicos,

presentando la nave (1) espacial siempre una misma cara (5A) girada hacia la Tierra (4), un par de caras opuestas (6) Norte y (7) Sur paralelas entre sí y perpendiculares al eje Norte-Sur de la Tierra (4) y dos pares de caras opuestas paralelas entre sí (8) Este/(9) Oeste y (5A) Tierra/(5B) anti-Tierra, estando previstos equipos (19) disipadores o transmisores de calor en las paredes (6a, 7a) internas de las caras (6) Norte y (7) Sur, caracterizada porque dicho dispositivo comprende una pluralidad de tubos (13a, 13b, 13c, 21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmicos que conectan las caras (6) Norte y (7) Sur de dicha nave (1) a otro par de caras (5A, 5B, 8, 9) opuestas de dicha nave (1) y que forman un bucle de tubos (13a, 13b, 13c, 21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmicos en contacto de conducción térmica entre sí

Dispositivo de gestión de los flujos térmicos en una nave espacial y nave espacial equipada con un dispositivo de este tipo.

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a un dispositivo de gestión de los flujos térmicos en una nave espacial en órbita.

Debido a su desplazamiento en la órbita, las caras de una nave espacial o satélite están sometidas a variaciones del flujo de los rayos solares en función de su orientación y de su alejamiento con respecto al Sol. Así, ciertas caras de la nave no reciben la misma cantidad de energía térmica a lo largo de un periodo de veinticuatro horas y a lo largo de las estacio- nes.

Por ejemplo, de manera habitual y tal como se representa de manera más precisa en la figura 1, una nave espacial del tipo satélite (1) geoestacionario se presenta en forma de una carcasa (2) paralelepipédica que gira en una órbita (3) alrededor de la Tierra (4) y que presenta siempre la misma cara dirigida hacia la Tierra, denominándose esta cara la (5A) Tierra, la cara opuesta y paralela a la cara (5A) Tierra se denomina por su parte la cara (5B) anti-Tierra. La cara (6) Norte y la cara (7) Sur de la carcasa son ambas opuestas una a la otra, paralelas entre sí y perpendiculares al eje Norte-Sur de la Tierra (4) mientras que las caras (8) Este y (9) Oeste son otras dos caras opuestas, paralelas entre sí y perpendiculares a la dirección de desplazamiento de la nave (1) espacial. Debido a la naturaleza de la órbita geoestacionaria, las caras (6) Norte y (7) Sur están relativamente poco expuestas a los rayos emitidos por el Sol (10) con respecto a las caras (8) Este y (9) Oeste, que se exponen alternativamente a esos rayos a lo largo de una revolución orbital. Habitualmente, las caras (6) Norte y (7) Sur son las caras en las que se fijan paneles (11) solares y las caras (8) Este y (9) Oeste son las caras en las que se fijan antenas de comunicación.

Las variaciones de temperaturas de una cara a la otra y de una misma cara a lo largo del tiempo limitan las capacidades de disipación del calor de esas superficies. Así, una superficie expuesta al Sol no rechazará o rechazará menos calor con respecto a una superficie situada a la sombra o que recibe pocos rayos luminosos.

Debido a ello, con el fin de permitir la regulación de los flujos térmicos en un satélite, es necesario prever medios que permitan disipar la energía térmica recibida por una de las caras calientes del satélite.

Para permitir esta regulación y disipación de la energía térmica, se prevén paneles radiantes, que tienen la capacidad de irradiar la potencia disipada hacia el espacio al tiempo que minimizan los flujos solares absorbidos cuando esos paneles se exponen al Sol, sobre caras del satélite.

De manera habitual, las caras Norte y Sur se usan para la disipación de calor debido a que reciben una baja cantidad de flujo solar que es relativamente constante a lo largo del tiempo.

Debido a ello, resulta habitual colocar sobre esas caras Norte y Sur del satélite unidades disipadoras de calor denominadas "fuentes calientes", tales como un tubo de ondas progresivas (TOP) u OMUX (multiplexor de salida), que también conviene regular térmicamente mediante disipación de su energía térmica con ayuda de estos radiadores o paneles radiantes, cuando están en servicio.

Con el fin de permitir una disipación más importante de calor, debería aumentarse la superficie radiante. No obstante, las superficies utilizables para la radiación térmica están limitadas por el volumen disponible en el lanzador espacial y los elementos ya previstos en la superficie del satélite, tales como las antenas.

Así, debido a que la potencia térmica disponible es limitada, uno de los principales desafíos para los constructores de satélites de telecomunicación es llegar a obtener el mejor equilibrio entre la potencia disipada, las superficies radiantes y la masa del satélite.

Estado de la técnica

Con el fin de aumentar la cantidad de calor adecuada para disiparse, resulta habitual prever en el interior del satélite medios de transferencia del calor de una cara caliente hacia una cara más fría que puede disipar más calor.

Así, con el fin de permitir la disipación de calor de una cara del satélite hacia otra, según el documento US 5.806.803, se presenta una red de tubos térmicos ("heat pipe") que conectan una cara de un satélite a otra cara paralela opuesta del satélite pasando por un panel transversal interno. No obstante, esta red es relativamente compleja de poner en práctica y presenta limitaciones de volumen interno.

Según el mismo principio, a saber, la conexión directa de dos caras opuestas paralelas entre sí de un satélite mediante una red de tubos térmicos, se presenta en el documento US 2002/0139512, un sistema de tubos térmicos que conectan transversalmente la cara Este a la cara Oeste del satélite de manera que se reparte la carga térmica entre esas dos caras.

Según el documento US 6 073 888, se integra un sistema de gestión de los flujos térmicos colocando radiadores en las caras Norte, Sur, Este y Oeste y conectándolos a una carga térmica o a unidades disipadoras con ayuda de tubos térmicos de conductancia variable ("Variable Conductance Heat Pipes" (VCHP)) o tubos térmicos de diodo ("Diode Heat Pipe" (DHP)). No obstante, este sistema también es complejo de poner en práctica y presenta limitaciones de integración en cuanto a la masa y al volumen que representan un importante freno a su uso.

En el documento US 6.073.887, se da a conocer un sistema de gestión de los flujos térmicos a partir de tubos térmicos en los que circula un fluido caloportador y que conectan determinadas caras del satélite entre sí y que permiten usar las caras Este y Oeste como caras radiantes en las que pueden colocarse equipos electrónicos térmicos, además de las caras Norte y Sur en las que ya están instalados tales equipos. Así, se prevé realizar un bucle de tubos térmicos que conectan las caras Este, Oeste, Tierra y anti-Tierra con objeto de regular la potencia térmica en el conjunto de esas caras.

No obstante, no se prevé en ese documento permitir una mayor disipación térmica de las caras Norte y Sur, sino por el contrario, aumentar la disipación térmica de las caras Este y Oeste formando un bucle de tubos térmicos que pasan por las caras Este, Oeste, Tierra y anti-Tierra.

En el documento EP 1 468 911 se presenta un sistema de gestión de los flujos térmicos que permite disipar esos flujos por medio de las caras Norte, Sur, Este y Oeste a partir de un estante que soporta los equipos y los medios de transferencia térmica para transferir el calor desprendido por los equipos electrónicos que desprenden calor hacia los paneles radiantes Norte, Sur, Este y Oeste, estando constituidos los medios de transferencia térmica por al menos un bucle de fluido difásico de bombeo capilar.

No obstante, según esta técnica anterior es necesario añadir una estructura, a saber un estante, para soportar el sistema de gestión de flujos térmicos, obteniéndose limitaciones de volumen.

Según el documento US 6 073 888, y más precisamente del modo de realización ilustrado en la figura 7 de ese documento, se conoce realizar un dispositivo de gestión de los flujos térmicos en una nave espacial que presenta siempre una misma cara girada hacia la Tierra con ayuda de un conjunto de tubos térmicos colocado o bien en la cara Norte, o bien en la cara Sur, en el que se fija una carga térmica, y que está curvado y se prolonga en las caras Este y Oeste de la nave espacial. No obstante, un dispositivo de gestión de los flujos térmicos de este tipo no es autónomo y no puede funcionar de manera continua a lo largo del tiempo. En efecto, es necesario prever interruptores térmicos para permitir el correcto funcionamiento de ese dispositivo, lo que lo hace difícil y costoso de poner en práctica.

También se conoce a partir del documento GB 2 270 666 realizar un dispositivo de gestión de flujos térmicos en una nave espacial con ayuda de tubos térmicos que conectan la cara Tierra de la nave a las caras Sur y Norte, lo que da como resultado la formación de un conjunto de tubos térmicos que conectan tres caras de la nave.

No obstante, este modo de realización tampoco permite permitir la realización de un dispositivo de gestión de los flujos térmicos que sea autónomo y que pueda funcionar en todas las estaciones.

Por tanto, sería particularmente... [Seguir leyendo]

1. Nave espacial que comprende un dispositivo de gestión de los flujos térmicos, presentando la nave (1) espacial siempre una misma cara (5A) girada hacia la Tierra (4), un par de caras opuestas (6) Norte y (7) Sur paralelas entre sí y perpendiculares al eje Norte-Sur de la Tierra (4) y dos pares de caras opuestas paralelas entre sí (8) Este/(9) Oeste y (5A) Tierra/(5B) anti-Tierra, estando previstos equipos (19) disipadores o transmisores de calor en las paredes (6a, 7a) internas de las caras (6) Norte y (7) Sur, caracterizada porque dicho dispositivo comprende una pluralidad de tubos (13a, 13b, 13c, 21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmicos que conectan las caras (6) Norte y (7) Sur de dicha nave (1) a otro par de caras (5A, 5B, 8, 9) opuestas de dicha nave (1) y que forman un bucle de tubos (13a, 13b, 13c, 21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmicos en contacto de conducción térmica entre sí.

2. Nave espacial según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho dispositivo comprende al menos un par de tubos (21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmicos de conexión con ramales (22, 27a, 27b, 27c, 27d) primero y (23, 26a, 26b, 26c, 26d) segundo, fijándose el primer ramal (22, 27a, 27b, 27c, 27d) de uno de los tubos (21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmicos de conexión de dicho par de tubos (21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmicos de conexión, en contacto de conducción térmica, sobre un panel radiante de la cara (6) Norte, y fijándose el primer ramal (22, 27a, 27b, 27c, 27d) del otro de los tubos (21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmicos de conexión de dicho par de tubos (21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmicos de conexión, en contacto de conducción térmica, sobre un panel radiante de la cara (7) Sur.

3. Nave espacial según la reivindicación 2, caracterizada porque dicho primer ramal (22, 27a, 27b, 27c, 27d) de dicho tubo (21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmico de conexión se fija sobre al menos una parte de una extensión (20) del panel radiante o bien de la cara (6) Norte, o bien de la cara (7) Sur que sobresale de dicho otro par de caras (5A, 5B, 8, 9) opuestas.

4. Nave espacial según la reivindicación 2, caracterizada porque dicho primer ramal (22) de dicho tubo (21) térmico de conexión se fija sobre la pared interna de dicho panel radiante o bien de la cara (6) Norte, o bien de la cara (7) Sur, en el volumen interior delimitado por las caras (5A, 5B, 8, 9) de dicha nave (1) espacial.

5. Nave espacial según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizada porque dicho segundo ramal (23, 26a, 26c) de dicho tubo (21, 25a, 25b, 25c, 25d) térmico de conexión se fija sobre la pared externa de una de las caras pertenecientes a dicho otro par de caras (5A, 5B, 8, 9) opuestas.

6. Nave espacial según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizada porque un panel (12) radiante se fija sobre dichos segundos ramales (23) de dicho par de tubos (21) térmicos de conexión.

7. Nave espacial según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizada porque dichos ramales (22) primero y (23) segundo de dicho tubo (21) térmico de conexión son de la misma longitud.

8. Nave espacial según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizada porque dicho segundo ramal (26b, 26d) de dicho tubo (25b, 25d) térmico de conexión de dicho par de tubos (25a, 25b, 25c, 25d) térmicos de conexión se fija en contacto de conducción térmica sobre otro segundo ramal (26a, 26c) de otro tubo (25a, 25c) térmico de conexión de dicho par de tubos (25a, 25b, 25c, 25d) térmicos de conexión que se fija a su vez sobre la pared externa de una de las caras pertenecientes a dicho otro par de caras (5A, 5B, 8, 9) opuestas.

9. Nave espacial según la reivindicación 8, caracterizada porque dicho segundo ramal (26a, 26b, 26c, 26d) de dicho tubo (25a, 25b, 25c, 25d) térmico de conexión es de longitud mayor que dicho primer ramal (27a, 27b, 27c, 27d) de dicho tubo (25a, 25b, 25c, 25d) térmico de conexión.

10. Nave espacial según la reivindicación 8 ó 9, caracterizada porque una placa (29), preferiblemente de aluminio, se fija sobre los segundos ramales (26b, 26d) de dichos tubos (25b, 25d) térmicos de conexión de una misma cara perteneciente a dicho otro par de caras (5A, 5B, 8, 9) opuestas y que están en contacto de conducción térmica con un segundo ramal (26a, 26c) de otro tubo (25a, 25c) térmico de conexión.

11. Nave espacial según una cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizada porque dicho segundo ramal (26b, 26d) de dicho tubo (25b, 25d) térmico de conexión que se fija sobre el segundo ramal (26a, 26c) de otro tubo (25a, 25c) térmico de conexión comprende un par de aletas (18a, 18b) tangenciales a un elemento (17) tubular en el que circula un fluido caloportador, siendo una de las aletas (18a) de dimensión transversal más grande que la otra aleta (18b).

12. Nave espacial según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque se prevé sobre las caras (6) Norte y (7) Sur al menos un panel radiante con una estructura (12) de panal de abejas sobre, o en, las que están asociadas redes de tubos (13a, 13b, 13c) térmicos.

13. Nave espacial según la reivindicación 12, caracterizada porque la estructura (12) de panal de abejas comprende una primera red de tubos (13a) térmicos alojados en alveolos (14) de dicho panal (12) de abejas y una segunda red de tubos (13b) térmicos colocados exteriormente sobre una superficie de dicho panal (12) de abejas y perpendicularmente a los tubos (13a) térmicos de la primera red.

14. Nave espacial según la reivindicación 12, caracterizada porque la estructura (12) de panal de abejas comprende una primera red de tubos (13a) térmicos alojados en alveolos (14) de dicho panal (12) de abejas y una segunda red de tubos térmicos (13b) que atraviesan dichos alveolos (14) perpendicularmente a los tubos (13a) térmicos de dicha primera red.