1 Контурные тепловые трубы в космической технике Общее собрание Уральского отделения РАН, Институт теплофизики УрО РАН

2 Вместо эпиграфа Новый этап освоения систем терморегулирования … начался с появлением контурных тепловых труб … Разработка была инициирована работами исследователей из Екатеринбурга … Эти устройства могут передавать тепло в произвольном направлении в поле массовых сил, позволяют практически беспредельно увеличить мощность и протяженность теплопереноса, обеспечивают фантастические возможности для управления тепловыми потоками и температурами. Из доклада руководителя-главного конструктора Центра тепловых труб РКА Гончарова К.А. по поводу 20-летнего юбилея коллектива Центра

3 Dr. G. Grower жидкость пар ФитильКорпус 3 Принципиальная схема «обычной» тепловой трубы Тепловая труба (Heat Pipe) была изобретена в 1963 году в Лос - Аламосской Национальной Лаборатории для космического применения (G. Grower Испарительно – конденсационное теплопередающее устройство, Патент США ) Подвод теплаОтвод тепла

4 Естественные материалы, обладающие самой высокой теплопроводностью 1. Алюминий Вт / мК 2. Золото Вт / мК 3. Медь Вт / мК 4. Серебро Вт / мК 5. Алмаз – до 2600 Вт / мК Теплопроводность графена – 5300 Вт / мК Эквивалентная ( эффективная ) теплопроводность тепловых труб может достигать 10 5 – 10 6 Вт / мК ! 4

5 Теплопередающая способность обычных тепловых труб резко уменьшается при неблагоприятных углах наклона в гравитационном поле, когда зона нагрева расположена выше зоны охлаждения L g D Зона нагрева Зона охлаждения Угол наклона, град L=500 мм D=24 мм Q o /Q 90 =14 Мощность, Вт 100 5

6 Принципиальная схема контурной тепловой трубы 6 жидкость компенсационная полость подвод тепла испаритель фитиль пар паропровод конденсатор отвод тепла конденсатопровод радиатор

7 Контурные Тепловые Трубы 7

8 Контурные тепловые трубы в «космическом» исполнении 8

9 Первый летный эксперимент с КТТ на российском космическом аппарате «Горизонт», 1989 г. конденсатор конденсатопровод паропровод блок испарителей 9 НПО Прикладной механики

10 Летный эксперимент «Алена» с КТТ на космическом аппарате «Гранат», гг. охлаждающий радиатор греющий радиатор испаритель жидкостная линия паровая линия теплоизоляция тепловой контактор конденсатор Схема экспериментального модуля 10 НПО им. А. С. Лавочкина

11 The LHP was originally developed in the former Soviet Union. The Russians have incorporated the LHP in several of their satellites and have demonstrated reliable, long term operation in micro-gravity. Первый летный эксперимент в США с КТТ на борту космического челнока «Колумбия», 1997 г. 1 Схема экспериментального модуля

12 Первое реальное применение КТТ на борту Российского КА «Обзор», 1994 г. артериальная ТТоптические приборы Рад. КТТ КТТ RSS КТТ OI КА «Обзор» Три КТТ были использованы в системе терморегулирования блока оптических приборов 1212 КБ « Полет »

13 Международная программа «Марс-96», 1996 г. Монтаж СОТР малой станции Пенетратор 1313 «Марс-8» Семь КТТ установлено в СОТР КА « Марс -8», одна из которых имела длину 14 м. НПО им. А. С. Лавочкина

14 Космические аппараты «Ямал-200», 2003 г Восемь КТТ установлено в СОТР никель - кадмиевых батарей на каждом из двух КА « Ямал -200» НПО « Энергия »

15 Модуль «Рассвет» запущен к МКС радиатор КТТ МИМ-1 Колумбия STS-132 МКС Шесть КТТ установлено в системе обеспечения тепловых режимов малого исследовательского модуля МИМ -1 « Рассвет » 1515 НПО « Энергия »

16 Спутник «Юбилейный-2», запуск в мае 2011г. Испаритель КТТ Конденсатор 1616 ОАО « Информационные спутниковые системы » Одна КТТ установлена в СОТР прибора « ДОКА - Б ».

17 Контурные тепловые трубы установлены также на космических аппаратах 17 Метеорологическая станция Электро – Л, запущена Орбитальная астрофизическая обсерватория Спектр - Р Разгонный блок Фрегат - СБ Автоматическая межпланетная станция Фобос - Грунт

18 Эпилог Все космические аппараты, создаваемые сегодня в НПО им. С. А. Лавочкина и многих других космических предприятиях России, немыслимы без этих уникальных устройств. Из доклада руководителя Центра тепловых труб РКА Гончарова К.А. по поводу 20-летнего юбилея коллектива Центра

19 Охладители для персональных компьютеров Ice Hammer 4400A AC - 3/2 ИТФ 380 г 500 Вт 1,32 Вт/г 835 г 300 Вт 0,36 Вт/г Использование одной контурной тепловой трубы вместо четырех обычных позволяет повысить соотношение « мощность / масса » в 3,7 раз. 19

20 Бесшумные персональные компьютеры Zalman, 25 кг. ИТФ, 7 кг Система охлаждения включает 14 обычных ТТ Система охлаждения включает 2 обычных ТТ и одну КТТ 2020

21 Охлаждение суперкомпьютеров Четыре КТТ успешно испытаны в составе водяной системы охлаждения 130- ваттных центральных процессоров Intel Xeon, размещенных в 3U сервере 2121 Водяная система охлаждения IBM