способ изготовления космического аппарата

Формула изобретения

Способ изготовления космического аппарата, включающий последовательно осуществляемые изготовление комплектующих, сборку космического аппарата с пристыковкой к его жидкостному контуру охлаждения приборов, имеющему гибкие трубопроводы, через два гидроразъема съемного блока с промежуточным теплообменником, начальный контроль герметичности стыков жидкостного контура методом щупа и суммарной негерметичности жидкостного контура при установке космического аппарата в вакуумной камере и использовании пробного газа, заправку жидкостного контура деаэрированным жидким теплоносителем при закрытии клапанов концевых вентилей жидкостного контура и установке заглушек на их свободные штуцеры после заправки, электрические испытания на функционирование, испытания на воздействие механических нагрузок, тепловакуумные испытания, заключительные электрические испытания на функционирование космического аппарата, отстыковку съемного блока с промежуточным теплообменником от гидроразъемов указанного жидкостного контура и стыковку этих гидроразъемов между собой, отличающийся тем, что после тепловакуумных испытаний космического аппарата из жидкостного контура охлаждения приборов сливают теплоноситель и проводят его вакуумную сушку, после которой повторно контролируют методом щупа герметичность стыков данного жидкостного контура и суммарную негерметичность жидкостного контура при установке космического аппарата в вакуумной камере и использовании пробного газа, причем проверяют выполнение условий

I Qп-Qн II Qп I+I Qн I; QпKтQдоп; QнКтQдоп,

где Qп - суммарная негерметичность жидкостного контура, измеренная при повторном контроле, Вт;

Qн - суммарная негерметичность жидкостного контура, измеренная при начальном контроле, Вт;

Qп, Qн - абсолютные значения погрешностей измерений суммарной негерметичности жидкостного контура при повторном и начальном контроле, Вт;

Кт - коэффициент, учитывающий погрешности технологии испытаний;

Qдоп - допустимая суммарная негерметичность жидкостного контура в условиях эксплуатации, Вт,

затем заправляют жидкостный контур деаэрированным жидким теплоносителем и после закрытия клапанов вентилей проверяют герметичность посадки клапанов на седла по утечкам теплоносителя методом повышения давления паров теплоносителя в полостях вентилей, для чего продувают полость вентиля сухим газом, затем вакуумируют эту полость и проводят измерения начального и конечного, через 15 мин, давлений в ней, определяя степень герметичности по соотношению

Qв=(Uк-Uн)КU/tQв.доп,

где Qв - негерметичность посадки клапана на седло вентиля, Вт;

Uк, Uн - конечное и начальное показания датчика давления, мВ;

К - коэффициент пропорциональности, Втс/мВл;

U - объем накопления, л;

t - время накопления, с;

Qв.доп - допустимая негерметичность посадки клапана на седло, Вт,

затем в полости вентилей вводят дозы хладона 113 объемом, достаточным для образования насыщенного пара, и устанавливают заглушки, после чего и после стыковки гидроразъемов жидкостного контура между собой устанавливают на гибкие трубопроводы на время контроля герметичные чехлы и контролируют степень герметичности стыков заглушек вентилей по утечкам хладона 113, а стыков гидроразъемов и гибких трубопроводов - по утечкам теплоносителя, продувают сухим газом гибкие трубопроводы и каждый из объемов накопления, образовавшихся в конструкциях вентилей после установки на их штуцеры заглушек, гидроразъемов жидкостного контура после стыковки их между собой и вокруг гибких трубопроводов после установки на них герметичных чехлов, причем сухой газ подают через диаметрально противоположные технологические отверстия, попарно сообщающиеся с указанными объемами накопления, затем первое отверстие в каждой паре герметизируют уплотнительной замазкой, а во второе вводят щуп плазменного течеискателя и фиксируют установившиеся фоновые начальные сигналы, после чего герметизируют уплотнительной замазкой вторые отверстия и, после выдержки в течение 60 мин и вскрытия в каждой паре одного из технологических отверстий, в него вводят щуп плазменного течеискателя и фиксируют конечные сигналы, а по разностям конечных и начальных сигналов судят о степени герметичности стыков заглушек вентилей, стыков гидроразъемов и гибких трубопроводов согласно соотношениям

Lк.i-Lн.iLдоп.i,

где Lк.i - конечные сигналы в i-м месте измерения указанным течеискателем, мВ;

Lн.i - установившиеся фоновые начальные сигналы в i-м месте измерения указанным течеискателем, мВ;

Lдоп.i - допустимые величины разности конечных и начальных сигналов, определенные экспериментально с использованием имитаторов вентилей, гидроразьемов и гибких трубопроводов с герметичными чехлами, соответствующие допустимым нормам негерметичности, мВ.

Описание изобретения к патенту

Предложенное авторами техническое решение относится к космической технике, в частности к способам изготовления спутников связи и телевещания, включающих в себя жидкостные контуры охлаждения их приборов, и выполнено в порядке выполнения служебного задания.

В настоящее время современные отечественные спутники связи и телевещания (например, типа "Экспресс") конструктивно состоят из двух модулей: модуля служебных систем МСС (в его состав входят приборы служебных систем спутника с жидкостным подконтуром охлаждения их) и модуля полезной нагрузки МПН (в его состав входят приборы целевой аппаратуры ретранслятора с жидкостным подконтуром охлаждения их). Жидкостные подконтуры МСС и МПН с помощью гидроразъемов объединены в общий жидкостый контур охлаждения приборов спутника.

При изготовлении спутника (см. фиг.7 и 8) для обеспечения проверки герметичности жидкостного контура 1 и для последующей заправки его жидким теплоносителем в жидкостном контуре предусмотрены два концевых вентиля 6 и 7 и один отсечной вентиль 8.

Требуемый тепловой режим приборов спутника при наземных электрических испытаниях на функционирование, проводимых в процессе изготовления его, поддерживают с помощью съемного блока с промежуточным теплообменником 5, пристыкованного к двум гидроразъемам 2 и 3 (один из гидроразъемов присоединен к гибкому трубопроводу 4) жидкостного контура 1 спутника.

Известны способы изготовления вышеуказанных спутников (см.: патенты России № 2132806, 2132805; страницу 151 книги В.А. Ланис, Л.Е. Левина. Техника вакуумных испытаний. М.-Л., ГЭИ, 1963: ОСТ92-1527-89).

Проведенный анализ показал, что в настоящее время в процессе изготовления вышеназванных спутников выполняют, в частности, следующие операции:

- после окончания заправки клапаны концевых вентилей закрывают и на свободные штуцеры устанавливают заглушки (т.е. после проверки жидкостного контура на герметичность проводятся операции, влияющие на степень герметичности жидкостного контура);

- съемный блок для проведения испытаний спутника на воздействие механических нагрузок и, при необходимости, для проведения тепловакуумных испытаний, а также после всех испытаний спутника на заводе-изготовителе отстыковывают от гидроразъемов спутника и демонтируют с него, а гидроразъемы спутника состыковывают между собой (т.е. после проверки жидкостного контура на герметичность и заправки его теплоносителем проводятся операции, влияющие на степень герметичности жидкостного контура) и спутник отправляют на технический комплекс для подготовки его к запуску.

В результате анализа авторами установлено, что общим существенным недостатком известных способов изготовления спутников, включающих в себя жидкостные контуры охлаждения их приборов, является обеспечение недостаточно высокого качества изготовления спутника в части гарантирования требуемой степени герметичности жидкостного контура и, следовательно, гарантируется недостаточно высокая надежность работы спутника в условиях орбитального функционирования в течение требуемого повышенного (до 10-15 лет) срока эксплуатации.

Анализ источников по патентной и научно-технической информации показал, что наиболее близким по технической сути прототипом предлагаемого технического решения является способ изготовления космического аппарата, изложенный в патенте России № 2132806.

Известный способ изготовления космического аппарата, например спутника связи и телевещания (типа "Экспресс"), представляет из себя следующую последовательность операций (см. фиг.7 и 8):

операция №1 (см. фиг.7) - изготавливают комплектующие.

Операция №2 - производят сборку космического аппарата с пристыковкой к его жидкостному контуру 1 охлаждения приборов через два гидроразъема 2 и 3 (4 - гибкий трубопровод) съемного блока с промежуточным теплообменником 5.

Операция №3 - проводят проверку герметичности стыков жидкостного контура методом щупа и суммарной негерметичности жидкостного контура с установкой космического аппарата в вакуумной камере с использованием пробного газа, например гелия.

Операция №4 - заправляют жидкостный контур деаэрированным жидким теплоносителем с закрытием клапанов концевых вентилей жидкостного контура и с установкой заглушек на их свободные штуцеры после заправки.

Операция №5 - проводят электрические испытания космического аппарата на функционирование с обеспечением теплового режима при этом с помощью съемного блока.

Операция №6 - проводят (см. фиг.8): отсыковку съемного блока от гидроразъемов космического аппарата и демонтаж с него; стыковку гидроразъемов 2 и 3 космического аппарата между собой; после этого испытывают его на воздействие механических нагрузок (с проверкой функционирования после указанных испытаний).

Операция №7 - проводят тепловакуумные испытания космического аппарата в термобарокамере.

Операция №8 - пристыковывают (см. фиг.7) съемный блок к гидроразъемам 2 и 3 космического аппарата.

Операция №9 - проводят заключительные электрические испытания его на функционирование с обеспечением теплового режима при этом с помощью съемного блока.

Операция №10 - отстыковывают (см. фиг.8) съемный блок с промежуточным теплообменником от гидроразъемов жидкостного контура и демонтируют его с космического аппарата.

Операция №11 - состыковывают (см. фиг.8) гидроразъемы 2 и 3 жидкостного контура 1 космического аппарата между собой.

После выполнения вышеуказанных операций с положительными результатами изготовление космического аппарата на заводе-изготовителе считается завершенным и он готов к отправке на технический комплекс.

Из анализа вышеуказанных операций следует, что существенным недостатком такого известного способа изготовления спутников, включающих в себя жидкостные контуры охлаждения их приборов, является обеспечение недостаточно высокого качества изготовления спутника в части гарантирования требуемой степени герметичности жидкостного контура и, следовательно, гарантируется недостаточно высокая надежность работы спутника в условиях орбитального функционирования в течение требуемого повышенного (до 10-15 лет) срока эксплуатации, т.к. после закрытия клапанов концевых вентилей и установки на их штуцеры заглушек, после испытаний на воздействие механических нагрузок и тепловакуумных испытаний и после стыковки гидроразъемов жидкостного контура между собой после демонтажа съемного блока, проводимых после проверки жидкостного контура на суммарную негерметичность, степень герметичности его может изменяться в худшую сторону, например, из-за:

- ошибки операторов или случайного попадания частиц загрязнений в разъемные стыки вентилей 6 и 7 и гидроразъемов 2 и 3 при работе с ними;

- появления микротрещин у гибкого трубопровода 4 в районе заделки внешней оплетки в результате работ по расстыковке и стыковке гидроразъема 3, присоединенного к нему;

- появления микротрещин в стенках жидкостного контура 1 под воздействием механических нагрузок и термоциклирования и утечки теплоносителя из жидкостного контура спутника в условиях орбитального функционирования будут такими, что спутник выйдет из строя раньше требуемого срока эксплуатации.

Таким образом, существенными недостатками известного технического решения являются обеспечение недостаточно высокой надежности (вероятности безотказной работы) космического аппарата в условиях повышенного срока орбитального функционирования (10-15 лет) из-за отсутствия гарантии высококачественного изготовления его жидкостного контура в части герметичности.

Целью предлагаемого авторами технического решения является устранение вышеперечисленных существенных недостатков.

Поставленная цель достигается тем” что после тепловакуумных испытаний космического аппарата из его жидкостного контура сливают теплоноситель и проводят вакуумную сушку его, после чего повторно контролируют герметичность стыков жидкостного контура методом щупа и суммарную негерметичность жидкостного контура с установкой космического аппарата в вакуумной камере с использованием пробного газа, которая должна удовлетворять условию

I Qп-Qн II Qп I+I Qн I; QпКт·Qдоп; QнKтQдоп,

где Qп - суммарная негерметичность жидкостного контура, измеренная при повторном контроле, Вт;

Qн - суммарная негерметичность жидкостного контура, измеренная при начальном контроле, Вт;

Qп, Qн - абсолютные значения погрешностей измерений суммарной негерметичности жидкостного контура при повторном и начальном контролях, Вт;

Кт - коэффициент, учитывающий погрешности технологии испытаний;

Qдоп - допустимая суммарная негерметичность жидкостного контура в условиях эксплуатации, Вт,

затем заправляют жидкостный контур деаэрированным жидким теплоносителем и после закрытия клапанов вентилей проверяют герметичность посадки клапанов на седла по утечкам теплоносителя методом повышения давления паров теплоносителя в полостях ветилей: продувают полость вентиля сухим газом, затем вакуумируют ее и проводят измерения начального давления и через 15 мин конечного давления в полости вентиля и определяют степень герметичности по соотношению

Qв=(Uк-Uн)KV/tQв.доп.,

где Qв - негерметичность посадки клапана на седло вентиля, Вт;

Uк, Uн - конечное и начальное показания датчика давления, мВ;

К - коэффициент пропорциональности, Втс/мВл;

V - объем накопления, л;

t - время накопления, с;

Qв.доп - допустимая негерметичность посадки клапана на седло, Вт,

после этого в полости вентилей вводят дозы хладона 113 объемом, достаточным для образования до насыщенного пара, и устанавливают заглушки, затем после этого и после стыковки гидроразъемов жидкостного контура между собой, после установки на гибкие трубопроводы на время контроля герметичных чехлов проверяют степень герметичности стыков заглушек вентилей, стыков гидроразъемов и гибких трубопроводов по утечкам соответственно хладона 113 и теплоносителя: продувают гибкие трубопроводы и объемы накопления, образовавшиеся в конструкциях вентилей после установки на их штуцеры заглушек, гидроразъемов жидкостного контура после стыковки их между собой и вокруг гибких трубопроводов после установки на них герметичных чехлов, сухим газом через два технологических отверстия, расположенных диаметрально противоположно, сообщающихся с объемами накопления, затем первые отверстия герметизируют уплотнительной замазкой и в другие отверстия последовательно вводят щуп плазменного течеискателя и фиксируют установившиеся фоновые начальные сигналы, после этого герметизируют уплотнительной замазкой вторые отверстия и после выдержки в течение времени 60 мин, вскрыв одно из технологических отверстий, в него вводят щуп плазменного течеискателя и фиксируют конечные сигналы и по величине разницы конечных и начальных сигналов судят о степени герметичности стыков заглушек вентилей, стыков гидроразъемов и гибких трубопроводов по соотношениям:

Lк.i-Lн.iLдоп.i,

где Lк.i - конечные сигналы, мВ:

Li - установившиеся фоновые начальные сигналы, мВ;

Lдоп.i - допустимые разницы конечных и начальных сигналов, определенные экспериментально с использованием имитаторов вентилей, гидроразъемов и гибких трубопроводов с герметичными чехлами, соответствующие допустимым нормам негерметичности, мВ,

что и является, по мнении авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого авторами технического решения.

В результате анализа, проведенного авторами, известной патентной и научно-технической литературы, предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого технического решения в известных источниках информации не обнаружено и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявленном способе.

На фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6 изображены принципиальные схемы предложенного способа изготовления космического аппарата.

Предложенный авторами способ изготовления космического аппарата представляет из себя следующую последовательность операций (см. фиг.1-6):

операция №1 (см. фиг.1) - изготавливают комплектующие.

Операция №2 (см. фиг.1) - производят сборку космического аппарата с пристыковкой к его жидкостному контуру 1 охлаждения приборов через два гидроразъема 2 и 3 (4-гибкий трубопровод) съемного блока с промежуточным теплообменником 5.

Операция №3 (см. фиг.1) - проводят проверку герметичности стыков жидкостного контура методом щупа (например, точечные течи должны быть менее 6,6710^-8, Вт) и суммарной негерметичности жидкостного контура с установкой космического аппарата в вакуумной камере с использованием пробного газа - гелия (например, измеренная суммарная негерметичность должна быть не более 210^-6, Вт).

Операция №4 (см. фиг.1) - заправляют жидкостный контур деаэрированным жидким теплоносителем с закрытием клапанов концевых вентилей 6 и 7 (8-отсечной вентиль) жидкостного контура 1 и с установкой заглушек на их свободные штуцеры после заправки.

Операция №5 (см. фиг.1) - проводят электрические испытания космического аппарата на функционирование с обеспечением теплового режима при этом с помощью съемного блока.

Операция №6 (см. фиг.2) - проводят отстыковку съемного блока от гидроразъемов космического аппарата и демонтаж с него; стыковку гидроразъемов 2 и 3 космического аппарата между собой; после этого испытывают его на воздействие механических нагрузок (с проверкой функционирования после указанных испытаний).

Операция №7 (см. фиг.2) - проводят тепловакуумные испытания космического аппарата в термобарокамере.

Операция №8 (см. фиг.1) - пристыковывают съемный блок к гидроразъемам космического аппарата.

Операция №8А (см. фиг.1) - сливают теплоноситель из жидкостного контура, промывают и проводят вакуумную сушку его (для обеспечения повышения качества проверки степени герметичности по операции №8Б).

Операция №8Б (см. фиг.1) - проводят повторный контроль герметичности стыков жидкостного контура методом щупа (например, точечные течи должны быть менее 6,6710^-8, Вт) и суммарной негерметичности жидкостного контура с установкой космического аппарата в вакуумной камере с использованием пробного газа - гелия, которая должна удовлетворять условию (выполнение этого условия подтверждает, что степень герметичности жидкостного контура после воздействия механических нагрузок и термоциклирования практически не изменилась, т.е. жидкостный контур изготовлен высококачественно):

I Qп-Qн II Qп I+I Qн I; QпKтQдоп; QнKтQдоп,

где Qп - суммарная негерметичность жидкостного контура, измеренная при повторном контроле, Вт (например, не более 210^-6, Вт);

Qн - суммарная негерметичность жидкостного контура, измеренная при начальном контроле, Вт (например, не более 110^-6, Вт);

Qп, Qн - абсолютные значения погрешностей измерений суммарной негерметичности жидкостного контура при повторном и начальном контролях, Вт (например, в сумме не должны превышать 110^-6, Вт);

Кт - коэффициент, учитывающий погрешности технологии испытаний (достигнутый в настоящее время уровень Кт=0,4);

Qдоп - допустимая суммарная негерметичность жидкостного контура в условиях эксплуатации, Вт (например, не более 510^-6, Вт).

Операция №8В (см. фиг.1 и 3) - заправляют жидкостный контур деаэрированным жидким теплоносителем и после закрытия клапанов вентилей проверяют герметичность посадки клапанов 6.1 (7.1) на седла 6.2 (7.2) по утечкам теплоносителя методом повышения давления паров теплоносителя в полостях 6.3 (7.3) ветилей 6 и 7 (разработанным и отработанным авторами экспериментально на имитаторе (технологическом образце) вентиля); продувают полость вентиля сухим газом, затем вакуумируют ее и проводят измерения начального давления и через 15 мин (время, достаточное для определения суммарной негерметичности и соответствия ее допустимой норме) конечного давления в полости вентиля и определяют степень герметичности по соотношению

Qв=(Uк-Uн)KV/tQв.доп.,

где Qв - негерметичность посадки клапана на седло вентиля, Вт;

Uк, Uн - конечное и начальное показания датчика давления, мВ;

К - коэффициент пропорциональности, Втс/мВл;

V - объем накопления, л;

t - время накопления, с;

Qв.доп - допустимая негерметичность посадки клапана на седло, Вт; (например, для разрабатываемых спутников не более 1,3310^-5, Вт).

Операция №9 (см. фиг.1) - проводят заключительные электрические испытания его на функционирование с обеспечением теплового режима при этом с помощью съемного блока.

Операция №10 (см. фиг.2) - отстыковывают съемный блок с промежуточным теплообменником от гидроразъемов жидкостного контура и демонтируют его с космического аппарата.

Операция №11 (см. фиг.2) - состыковывают гидроразъемы 2, 3 жидкостного контура 1 космического аппарата между собой.

Операция №12 (см. фиг.2, 4, 5, 6) - проводят контроль степени герметичности стыков вентилей 6, 7, гидроразъемов 2, 3 и гибкого трубопровода 4 по методикам (разработанным и отработанным авторами экспериментально на имитаторах (технологических образцах) вентиля, гидроразъемов и гибкого трубопровода); в полости 6.3 (7.3) вентилей 6, 7 вводят дозы хладона 113 (который достаточно быстро испаряется и образуется пробный газ, на утечку которого реагируют существующие течеискатели) объемом, достаточным до образования насыщенного пара, например 0,4 см³, и устанавливают заглушки, затем после этого и после стыковки гидроразъемов 2 и 3 жидкостного контура 1 между собой, после установки на гибкие трубопроводы на время контроля герметичных чехлов проверяют степень герметичности стыков заглушек вентилей, стыков гидроразъемов и гибких трубопроводов по утечкам соответственно хладона 113 и теплоносителя: продувают гибкие трубопроводы и объемы накопления, образовавшиеся в конструкциях вентилей после установки на их штуцеры заглушек, гидроразъемов жидкостного контура после стыковки их между собой и вокруг гибких трубопроводов после установки на них герметичных чехлов, сухим газом через два технологических отверстия, расположенных диаметрально противоположно, сообщающихся с объемами накопления, затем первые отверстия герметизируют уплотнительной замазкой и в другие отверстия последовательно вводят щуп плазменного течеискателя (например, ТП-3 производства ФГУП НПО "TEXHOMАШ", имеющего высокую чувствительность - не хуже 1,3310^-8, Вт и удобного в использовании в условиях производства спутников: имеет небольшие размеры (25095230) и легко переносится с одного рабочего места на другое) и фиксируют установившиеся фоновые начальные сигналы, после этого герметизируют уплотнительной замазкой вторые отверстия и после выдержки в течение времени 60 мин, вскрыв одно из технологических отверстий, в него вводят щуп плазменного течеискателя и фиксируют конечные сигналы и по величине разницы конечных и начальных сигналов судят о степени герметичности стыков заглушек вентилей, стыков гидроразъемов и гибких трубопроводов по соотношениям:

Lк.i-Lн.iLдоп.i,

где Lк.i - конечные сигналы, мВ;

Lн.i - установившиеся фоновые начальные сигналы, мВ:

Lдоп.i - допустимые разницы конечных и начальных сигналов, определенные экспериментально с использованием имитаторов вентилей, гидроразьемов и гибких трубопроводов с герметичными чехлами, соответствующие допустимым нормам негерметичности, мВ: (исходя из обеспечения требуемой степени герметичности жидкостного контура, допустимые нормы утечек теплоносителя через вентили, гидроразъемы и гибкий трубопровод равны 0,012 см³/сутки).

После выполнения вышеуказанных операций с положительными результатами изготовление космического аппарата на заводе-изготовителе считается завершенным: он изготовлен высококачественно, в том числе в части обеспечения требуемой степени герметичности жидкостного контура, и готов к отправке на технический комплекс.

Таким образом, в результате изготовления космического аппарата согласно вышеописанным операциям перед отправкой его на технический комплекс соответствие степени герметичности жидкостного контура требуемым нормам объективно устанавливается, т.е. предложенный способ изготовления обеспечивает повышение надежности (вероятности безотказной работы) космического аппарата в условиях повышенного срока орбитального функционирования (10-15 лет) в результате гарантированного высококачественного изготовления его жидкостного контура в части герметичности.

В настоящее время предложенное авторами техническое решение отражено в технической документации НПО прикладной механики на изготовление вновь создаваемого спутника связи и телевещания.