Alguns satélites de comunicações cada um do envelhecimento são equipados com os quatro depósitos de gasolina. Se um dos tanques esvazia antes do outro, o satélite perde o controle e deve ser desarmado, desperdiçando o combustível restante nos outros tanques, disse Boris Yendler, analista de sistema térmico sênior em serviços da missão de Lockheed Martin em Sunnyvale, Califórnia.

O Purdue e o Lockheed Martin projetam determinado não somente precisamente quanto combustível permaneceu em cada tanque, mas igualmente usaram uma técnica “rebalance,” ou igualam, níveis do propulsor em todos os tanques. Os côordenadores mantiveram os satélites gêmeos operar uns seis meses adicionais, que traduz em aproximadamente $60 milhões no rendimento para as companhias da transmissão que possuíram os satélites, Collicott disseram.

Este trabalho, conduzido pelo Dr. Yendler, representa a primeira vez que tal combustível que calibra e que rebalancing foi realizado em satélites de comunicações comerciais, “Collicott disse.

Os resultados são detalhados em um artigo de investigação publicado julho-agosto na introdução do jornal da nave espacial e dos foguetes. O papel foi escrito por Yendler, por Collicott e por Timothy A. Martin, um côordenador nos sistemas de espaço Co. de Lockheed Martin em Denver.

Embora possa soar como uma tarefa simples, precisamente monitorar a quantidade de propulsor no depósito de gasolina de um satélite não é tão fácil.

“Não é como o depósito de gasolina de um carro, que tem um pouco o flutuador que se senta sobre a gasolina e se move uma alavanca,” Collicott disse. Os “flutuadores não funcionam no espaço porque tudo está flutuando.”

A complexidade de problema é ilustrada pelo nível de habilidades necessários, disse Collicott, adicionando que a maioria de investigadores envolvidos em tal trabalho têm graus doutorais na engenharia aeroespacial.

A técnica nova trabalha usando uma simulação computacional para determinar a distribuição tridimensional precisa do combustível em cada tanque. Então, os côordenadores analisam dados da exibição satélite como os tanques respondem quando são aquecidos por calefatores a bordo. Os calefatores estão usados rotineiramente para manter o combustível da congelação enquanto um satélite gira longe do sol. Mas os dados relacionaram-se a como os tanques respondem ao aquecimento podem ser analisados para revelar precisamente quanto combustível permanece em cada tanque.

“Se você põr dois saucepans sobre o fogão, um com muita água e um com um pouco da água, essa com o bocado pequeno da água aquece-se acima mais rapidamente,” Collicott disse. “E nós usamos o mesmo princípio, basicamente. Mas desde que na órbita o líquido está em um estado de weightlessness, não se senta ordenadamente na parte inferior do saucepan na órbita, assim que minha parte está prevendo onde o líquido se senta. Uma vez que nós sabemos onde o propulsor está no tanque, a seguir o Dr. Yendler pode usar um modelo térmico high-resolution para determinar quanto combustível está no tanque.”

A técnica usa os dados da temperatura que já são coletados rotineiramente, significando que não exige nenhuma ferragem satélite adicional e pode ser aplicada a nave espacial existente.

Após ter aplicado sua técnica aos satélites gêmeos, os investigadores descobriram que um dos quatro depósitos de gasolina em cada satélite estava quase vazio.

“Por causa do projeto do sistema de propulsão, se um tanque tinha esvaziado para fora que terminaria a vida rentável do satélite, desperdiçando todo o combustível em outros três tanques,” Collicott disse.

A razão para este efeito é que o sistema confia em hélio comprimido para empurrar o combustível através de uma válvula em cada tanque. Quando as válvulas forem abertas, fluxos de combustível nos ejetores do foguete, que são ateados fogo periòdicamente para reposicionar satélites.

Os tanques são pressurizados com o hélio. Se um tanque funciona fora do combustível, a próxima vez que a válvula nesse tanque está aberta para inflamar os ejetores do foguete, o hélio das misturas desse tanque com o combustível que vai aos ejetores dos outros tanques, impedindo os ejetores do acendimento e interrompendo o sistema de propulsão, “Collicott disse.

Uma vez que o desequilíbrio no combustível é determinado, entretanto, o propulsor pode ser igualado em todos os quatro tanques por um processo chamado “bombeamento térmico.”

“No bombeamento térmico, se você aquece acima os três tanques que contêm mais combustível e você mantem o refrigerador mais vazio do tanque, o gás do hélio nos três tanques mais mornos expande, introduzindo o combustível líquido no tanque mais vazio,” Collicott disse. “A parte difícil está figurando para fora quanto aquecimento é necessário e quanto tempo tomará para mover o combustível no tanque mais vazio. Meus colaboradores detetaram o desequilíbrio do combustível e projetaram uma maneira de reprogram os calefatores de modo que nós pudéssemos mesmo para fora a carga do propulsor sobre todos os quatro tanques e conseqüentemente de maximizar a vida da missão.”

O artigo de investigação detalha duas parcelas do trabalho necessário para realizar a igualação do combustível: como executar o “thermal que calibra” que determina quanto propulsor é contido nos tanques, e então como realizar rebalancing.

“Tomou um ano e meio do bombeamento térmico, realizado em diferente cronometra, para realizar rebalancing,” Yendler disse. “Nós fomos excitados realmente para ver que nós poderíamos tomar nosso método decalibragem novo para fornecer este máximo da vida nos satélites que foram projetados nunca ter qualquer outra coisa semelhante feito a ele.”

Custo dos satélites de comunicações aproximadamente $100 milhões e às vezes tanto dinheiro para lanç os em uma órbita geosincrónica. Têm geralmente uma vida de 15 anos, trazendo em $5 milhão a $10 milhões um o mês no rendimento.

“Compreensìvel, as companhias da transmissão são muito interessadas sobre quando um satélite precisa de ser substituído,” disseram Collicott, que tem desenvolvido a simulação desde o começo dos 90. “Um lapso no serviço teria o impato tremendo em seu negócio.”

Os satélites foram interrompidos eventualmente em mid-2003. Os proprietários satélites foram mantidos confidenciais no artigo de investigação.

Collicott desenvolveu sua simulação baseada em um modelo matemático criado no começo dos 90 por Kenneth Brakke, um professor da matemática na universidade de Susquehanna. O modelo estêve usado inicialmente para descrever a matemática considerada em fenômenos simples tais como a formação de bolhas de sabão ou “da ascensão capilar” quando uma palha é coloc dentro de um vidro da água; o nível de água dentro da palha levanta-se mais altamente do que o nível no vidro.

“O exato a mesma física, a ação wicking, é responsável para posicionar o combustível dentro dos depósitos de gasolina no espaço,” Collicott disse. “Aqui na terra, nós vemos esta ação capilar somente em escalas muito pequenas do comprimento porque a gravidade a oprime geralmente. Mas no espaço o peso do líquido é irrelevante.”

Conseqüentemente, o efeito é exagerado no espaço, fazendo o mais difícil prever sua posição do líquido o movimento e dentro do tanque. Os quatro tanques esféricos nos satélites gêmeos contiveram as aletas do metal de folha que criam cantos para se usar para que wicking controle o movimento do combustível.

“Os satélites modernos têm geralmente um único depósito de gasolina, mas era anos comuns há aos satélites do projeto com mais de um tanque,” Yendler disse. “Conseqüentemente, há muitos satélites do envelhecimento na órbita que poderia se beneficiar com da calibragem térmica e rebalancing, e os corporaçõs estão interessados em maximizar seu rendimento.”

Escritor: Emil Venere, (765) 494-4709, venere@purdue.edu

Fontes: Steven Collicott, (765) 494-2339, collicot@purdue.edu

Boris Yendler, (408) 742-0326, boris.yendler@lmco.com

Serviço de notícia de Purdue: (765) 494-2096; purduenews@purdue.edu

Nota aos journalistas: Uma versão eletrônica do artigo de investigação está disponível de Emil Venere, (765) 494-4709, venere@purdue.edu.

SUMÁRIO

Calibragem e Rebalancing térmicos do propulsor em satélites múltiplos do tanque

Boris Yendler*

Serviços da missão de Lockheed Martin, Sunnyvale, Califórnia 94089

^{† de} Steven H. Collicott

Universidade de Purdue, Lafayette ocidental, Indiana 47907

^{‡ de} Timothy A. Martin

Companhia dos sistemas de espaço de Lockheed Martin, Denver, Colorado 80201

DOI: 10.2514/1.27818