トー 上 『
3.3 考 察
前 項 で 述 べ た よ うに,現 状 の 設 計 で も搭 載 機 器 は 概 ね 設 計 温 度 範 囲 内 に 収 ま っ て お り,衛 星 の 生 死 に 関 わ る熱 的 な破 綻 は 見 られ な か っ た.し か し,ミ ッシ ョン 要 求 を満 た す 温 度 に,常 に 検 出 器 周 りを 冷 却 で き て い な か っ た.そ こ で,検 出器 周 りが 十 分 に 冷 却 され るた め の 解 決 策 を考 案 した.図3‑37に 示 す よ うに,放 熱
面 で あ る一X面 お よび 低 温 に 保 ち た い 検 出 器 周 りを他 の 面 か ら熱 的 に 隔 離 す る こ とを 目指 す.熱 伝 導 に 関 し て,‑X面 と接 す るパ ネ ル と の 間 に 断 熱 材 を,ボ ル トの 接 触 面 に 断 熱 ス ペ ー サ を挟 む こ とで 他 の 面 か ら一X面 へ の 熱 流 入 を 極 力 防 ぐ.ま た,衛 星 内部お よび搭載機 器 表面 は,輻 射伝 熱 を効率 よ く行 える よ う黒色加 工 さ れ て い るが,‑X面 へ の輻 射 伝 熱 を 防 ぐた め に 内 部 に 断 熱 膜 と してMLIを 施 す.以 上 の よ うに,‑X面 へ の 熱 伝 導 と内 部 輻 射 を抑 え,熱 的 に 独 立 させ る こ とで 一270℃の 雰 囲気 温 度 に 冷 却 され,低 温 に 保 っ こ と を期 待 で き る.
艮蒸着
ア ーフ 臼 ン
＼
＼
＼ 放熱 X面
図3‑37熱 構 造 案
こ の 案 はMLI,断 熱 材 の 性 能 に よ っ て 大 き く冷 却 度 合 い は 変 動 す る こ とが 懸 念 され る こ とは留 意 され た い.
上 記 の よ うな,‑X面 と検 出器 周 りの 断 熱 を定 義 した 場 合 の熱 解 析 結 果 を 以 下 の 図3‑38,図3‑39に 示 す.
こ こで 解 析 の 条 件 と して,検 出 器 シ ー ル ドと一Z面 の接 触 に っ い て は完 全 に 断 熱,‑X面 と他 パ ネ ル の 接 触 熱 伝 導 係 数 は3.2.4で 用 い た 値 の1/100程 度 を定 義 して い る.ま た,‑X面 内 側 お よ び 検 出器 シ ー ル ド周 りの 輻 射 率 は 表3‑1のMLIの 赤 外 放 射 率 εを用 い て い る.‑X面 を 他 の 面 か ら独 立 させ る と放 熱 面 積 が 足 りな く な り,内 部 が 高 温 と な る.そ の た め,‑Z面 に 内 部 発 熱 は 逃 が し,放 熱 す る こ とで 高 温 ケ ー ス に お い て も過 度 な 温 度 上 昇 を 防 ぐ必 要 が あ る.そ こ で,‑Z面 の 放 射 率 は0.5と して い る.こ れ に 見 合 う熱 制 御 素 子 を選 定 す る 必 要 が あ る.ま た,+Z面 か らの 熱 入 力 は,全 面,太 陽 電 池 セ ル の 太 陽 光 吸 収 率 か ら発 電 効 率 を 引 い た値 を 実 効 吸 収 率 と して い る た め,今 回 の熱 入 力 の想 定 よ り も実 際 に は 大 き い 場 合 が あ る.そ の 場 合 に は,内 部 機 器 の 温 度 上 昇 を抑 え る た め に 一Z面 を 銀 蒸 着 テ フ ロ ン な どに して輻 射 率 を上 げ る 必 要 が あ る.バ ッテ リー
に つ い て は,ガ ラ エ ポ キ シ樹 脂 を 一Z面 と の 間 に 挟 ん で 断 熱 す る こ とを想 定 して い る.
60
40
20
0
[呂 遡 唄
一20
一40
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7
ぎ
スススス}一一}ケケケケ温温温温高高低低
似珊似胴MMMM
= 渚
一60
図3‑38各 パ ネ ル 温 度
中 設 計 温 度MAX中 設 計温 度 繊N.ゆ ・HOTCASEMAX.ゆ.COLDCASεMIN 120
100
80
60
40
20
'◆… ◆ ・・◆
●
04
一20
べ 〜俗 一120
一40
諺 鋒ダ 欝 骸 擁 艇 麓
図3‑39熱 解 析 結 果(マ ー ジ ン10℃)
図3‑38を 見 る と,3.2.4と 比 べ て,‑X面 の 温度 を 下 げ る こ とに成 功 して い る の は 明 白 だ が,高 温,低 温 ケ ー ス の 両 方 に お い て 最 高 温 度 は さ ほ ど変 化 して い な い が,最 低 温 度 が低 温 ケ ー ス に お い て 著 し く低 くな っ て い る.こ れ は 一Z面 の 輻 射 率 を 上 げ た こ とが 要 因 と して 考 え られ る.こ れ に よ っ て,図3‑39を 見 る と,
‑Z面 に 近 い 機 器 が 低 温 ケ ー ス に お い て 設 計 温 度 を 下 回 っ て しま っ て い る .3.2.4で も述 べ た が,バ ッテ リ ー,PCUに つ い て は 設 計 温 度 の 下 限 が 高 い た め ヒー タ を設 置 す る こ とで 低 温 ケ ー ス は 対 応 す る.S帯 送 受 信 機 に つ い て は,低 温 ケ ー ス で は 完 全 にOFF(発 熱OW)で 考 えて い る が,実 際 の 運 用 で 完 全 にOFFす る可 能 性 は 低 い た め,設 計 温 度 の 下 限 を 下 回 る こ とは ほ ぼ な い と考 え られ る.+Y面 のGPSに つ い て は,搭 載 機 器 と構 造 パ ネ ル 間 の接 触 熱 伝 導係 数 を3×104で 一 定 で 定 義 して い るが,低 温 側 に 寄 っ て い る た め,断 熱 ス ペ ー サ を挟 む な ど して 接 触 熱 伝 導 係 数 を 大 き い ほ うヘ シ フ トさせ る こ とで 自身 の発 熱 を使 っ て 高 温 側 に機 器 温 度 を上 げ る こ とが 可 能 と考 え る.全 体 と して,‑Z面 の輻 射 率 を0.5に お い た 場 合 に 設 計 温 度 を 下 回 る機 器 が 少 な くな っ た が,各 機 器 の 構 体 との接 触 熱 伝 導 係 数 を 変 化 させ る こ とで 対 応 が 難 しい 場 合 に は 一Z面 の 輻 射 率 を 変 更 し表 面 処 理 を ど うい っ た も の に す る か 考 え 直 す 必 要 が あ る.ま た,3.2.4で も述 べ た が,各 面 に 設 置 され て い るサ ンセ ンサ は,体 積 も小 さ く熱 容 量 が 小 さい,衛 星 外 部 に 設 置 され て い る とい っ た 理 由 か
ら温 度 の 変 動 が 激 し く,設 計 温 度 範 囲 内 に機 器 温 度 を保 っ た め に は対 策 を 考 え な く て は な ら な い.
搭 載 機 器 を設 計 温 度 範 囲 内 に収 め るた め の 工 夫 は 必 要 で あ るが,‑X面 お よび 検 出 器 周 りの 温度 を 低 温 に 保 っ こ と は達 成 され て い る.図3‑40に 高 温 ケ ー ス と低 温 ケ ー ス にお け る検 出 器 周 辺 温 度 を 示 す 。
0
一10
一・20
船 [呂 踏
一40
一50
ス ス
一一
ケ ケ 温 温 高 低
++
一60
0 20000 40000 60000
時 間[sec]
図3‑40検 出器 周 辺 温 度
80000 100000
高 温 ケ ー ス,低 温 ケ ー ス の 両 方 に お い て,常 に 約 一30℃ 以 下 に 検 出 器 周 辺 温 度 を 保 て て い る.3.1で 述 べ た よ う に ,ORBISで は カ メ ラ ボ デ ィ 自 体 を 一200C以 下 に 冷 却 す る 必 要 が あ る が,そ の 要 求 を 満 た す 結 果 と な っ た.