ES2315901T3 - Procedimientos de deteccion del vaciado completo de un deposito de ergol y de ergol y de gestion de ergol a bordo de un satelite. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de detección del vaciado completo de al menos un depósito (1, 2) de ergol líquido de tensión superficial de un satélite artificial, en particular de un satélite geosíncrono (geoestacionario), en el que dicho depósito (1, 2) de ergol está unido, por un conducto (3, 4) de vaciado sobre el que está montada una válvula (5, 6) de vaciado de depósito, a al menos un conducto (7, 8, 9) de alimentación de una tobera, o pluralidad de toberas (12, 13), de control de actitud y/u órbita de un sistema de propulsión del satélite, y sobre el que está montada una válvula (10, 11) de alimentación de tobera(s), controlada por intermitencia en la apertura y el cierre para accionar por intermitencia dicha tobera, o pluralidad de toberas (12, 13), caracterizado porque comprende al menos las etapas que consisten, con ayuda de al menos un sensor (14, 15, 16) de presión montado sobre el conducto (3, 4) de vaciado o (7, 8, 9) de alimentación entre dichas válvulas (5, 6) de vaciado y (10, 11) de alimentación, en detectar las ondas de oscilaciones de presión (golpes de ariete) resultantes de las aperturas y cierres de dicha válvula (10, 11) de alimentación y que recorren los conductos (7, 8, 9) de alimentación y (3, 4) de vaciado de la válvula (10, 11) de alimentación aguas abajo, hacia dicho depósito (1, 2) aguas arriba, después en detectar, a continuación de una orden de dicha válvula (10, 11) de alimentación, la amortiguación al menos parcial (si no la desaparición) de dichas ondas de oscilaciones de presión que son prueba del paso de la transición entre ergol líquido y un gas de presurización del ergol al nivel del sensor (14, 15, 16) de presión, y por tanto del vaciado completo del depósito (1, 2).
Description
Procedimientos de detección del vaciado completo
de un deposito de ergol y de gestión de ergol a bordo de un
satélite.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de detección del vaciado completo de al menos un
depósito de ergol líquido de tensión superficial de un satélite
artificial, en particular de un satélite geosíncrono o
geoestacionario, del tipo al que está unido este depósito de ergol,
por un conducto de vaciado sobre el cual está montada una válvula
de vaciado de depósito, con al menos un conducto de alimentación
de una tobera o pluralidad de toberas, dedicado al control de
actitud y/o de órbita del satélite en el interior de un sistema de
propulsión del satélite, y sobre cuyo conducto está montada una
válvula de alimentación de tobera(s), controlada por
intermitencia de la apertura y del cierre para accionar por
intermitencia dicha tobera o pluralidad de toberas.
Tal procedimiento se describe en el documento FR
2 635 499 que se considera como la técnica anterior más
próxima.
La invención se refiere también a un
procedimiento de gestión de ergol a bordo de un satélite artificial
en órbita, procedimiento del que una etapa esencial está
constituida por el procedimiento de detección del vaciado completo
de al menos un depósito de ergol líquido de tensión superficial
según la invención, ya que la detección del vaciado completo de un
depósito de ergol es un parámetro determinante para la puesta en
práctica de estrategias de control de la alimentación de las
toberas o pluralidades de toberas con cantidades residuales de
ergol en otro u otros depósitos, durante el final de la duración
operativa del satélite y/o para la reorbitación desorbitación del
satélite sobre una órbita "cementerio".
En efecto, la desorbitación o reorbitación de
los satélites artificiales al final de su periodo operativo, es
una operación que tiende a volverse sistemática por dos razones
principales:
- en lo que se refiere a los satélites
geoestacionarios, la órbita geoestacionaria sólo puede recibir un
número limitado de satélites que ocupan posiciones predefinidas y
asignadas por la ITU (International Telecommunication Union,
Unión Internacional de Telecomunicaciones), y es deseable, incluso
necesario, liberar estas posiciones al final de la vida útil de los
satélites, con el fin de que estas posiciones puedan
reutilizarse;
- en lo que se refiere a los satélites en
órbitas bajas, el número de estos satélites está creciendo y
presentan, en un plazo más o menos largo, riesgos de colisiones
entre sí, o,lo que podría ser más grave, con una estación espacial
tripulada, y están elaborándose reglamentos para limitar la
duración en órbita de satélites de este tipo una vez cumplida su
misión, una recomendación generalmente admitida hoy en día es que
se establece una duración limitada a 25 años.
La desorbitación o reorbitación de un satélite
se garantiza por lo general utilizando el empuje de al menos una
de dos toberas, o pluralidades de toberas, que sirven para
controlar la órbita y/o la actitud del satélite durante su fase
operativa, tras la cual la cantidad residual de ergol, o una parte
de esta cantidad residual, se emplea para alimentar estas toberas,
o pluralidades de toberas, y efectuar esta maniobra de
desorbitación o reorbitación.
Para un satélite comercial, y en particular un
satélite de telecomunicación en órbita geoestacionaria, se pone de
manifiesto de manera inmediata el interés que hay para prolongar al
máximo la fase operativa del satélite. El operador del satélite
tiene gran interés en activar lo más tarde posible la secuencia de
cambio de órbita, manteniendo la compatibilidad con las
necesidades mínimas de ergol necesarias para la alimentación de las
toberas o pluralidades de toberas para garantizar la puesta sobre
una órbita denominada "cementerio".
Para ello, la invención propone, por una parte,
un procedimiento sencillo y fiable de detección del vaciado
completo de al menos un depósito de ergol líquido de tensión
superficial de un satélite artificial, y, por otra parte, un
procedimiento que comprende, como etapa esencial, el procedimiento
anteriormente mencionado de detección del vaciado completo de un
depósito de ergol, para garantizar la gestión de ergol a bordo del
satélite, y en particular el control del o de los ergoles, con
vistas a una utilización óptima del o de los ergoles restantes en
los depósitos del satélite para retrasar al máximo la puesta en
práctica de la secuencia de desorbitación o reorbitación del
satélite.
La invención propone por tanto procedimientos de
detección del vaciado completo de al menos un depósito de ergol y
de gestión de ergol a bordo de un satélite artificial en órbita,
procedimientos que están particularmente adaptados para una
utilización óptima de ergol al final de la vida operativa de un
satélite en órbita y/o para una maniobra de desorbitación o
reorbitación del satélite al final de la vida.
Con este fin, el procedimiento de detección del
vaciado completo de al menos un depósito de ergol líquido de
tensión superficial de un satélite artificial del tipo sobre el
cual el depósito está unido a al menos, una tobera, o pluralidad de
toberas, de la manera presentada anteriormente, se caracteriza
porque comprende al menos las etapas que consisten, con la ayuda de
al menos un sensor de presión montado sobre el conducto de vaciado
o de alimentación entre dichas válvulas de vaciado y de
alimentación, en detectar las ondas de oscilación de presión
(golpes de ariete) resultantes de las aperturas y cierres de dicha
válvula de alimentación y que recorren los conductos de
alimentación y de vaciado de la válvula de alimentación, aguas
abajo, hacia dicho depósito, aguas arriba, después en detectar, a
continuación de una orden de dicha válvula de alimentación, la
amortiguación al menos parcial, si no la desaparición, de dichas
ondas de oscilaciones de presión que son prueba del paso de la
transición entre el ergol líquido y un gas de presurización del
ergol (tal como el helio utilizado para presurizar el ergol en el
depósito) al nivel del sensor de presión, y por tanto del vaciado
completo del depósito.
De esta manera se puede detectar y controlar el
vaciado de ergol líquido de los depósitos del satélite, basándose
el principio de esta detección en la utilización de al menos un
sensor de presión sobre la línea de alimentación de los motores de
ergol a la salida del depósito, permitiendo la medición efectuada
por el o los sensores de presión definir en particular el momento
de paso de la transición entre el ergol líquido y el gas de
presurización en la proximidad de un sensor de presión, de modo
que, gracias a esta información, es posible anticipar la llegada de
burbujas al nivel de los motores de toberas de control de actitud
y/o de órbita.
En el caso de que sólo exista un único depósito
por tipo de ergol, aunque generalmente son necesarios dos ergoles,
que incluyen un carburante y un comburente, la información
anteriormente mencionada que se desprende de la medición del o de
los sensores de presión, permite concretamente evitar la pérdida de
control del satélite al final de la vida, por falta de ergol al
nivel de los motores, y de proteger operaciones venideras. En
particular, esto permite efectuar las operaciones de extinción del
satélite en alineación nominal por telemandos manuales con una
visibilidad del suelo garantizada.
Más precisamente, cuando el satélite comprende
un único depósito de ergol líquido de tensión superficial por tipo
de ergol, y que este depósito está unido, por un conducto de
vaciado sobre el que está montada una válvula de vaciado del
depósito, con dos conductos de alimentación sobre cada uno de los
cuales está montada una válvula de alimentación respectiva de una
tobera, o pluralidad de toberas, respectiva de control de actitud
y/o de órbita de un sistema de propulsión del satélite, el
procedimiento de gestión de ergol según la invención se caracteriza
porque comprende al menos las etapas que consisten:
- en alimentar por intermitencia una u otra de
las dos toberas, o pluralidades de toberas, con ergol por órdenes
de apertura y cierre de una u otra de las válvulas de alimentación,
mientras que dicha válvula de vaciado del depósito está
abierta,
- en controlar el vaciado de ergol de dicho
depósito, y se caracteriza porque comprende también al menos la
etapa que consiste en detectar el vaciado completo de este depósito
por el procedimiento de detección del vaciado completo de al menos
un depósito, según la presente invención y tal como se definió
anteriormente, y, a partir de una señal de al menos un sensor de
presión que detecta el vaciado completo de dicho depósito, en
ordenar la parada de la maniobra en curso, y el cierre de la
válvula de alimentación de dicha tobera, o pluralidad de toberas,
accionada en el curso de dicha maniobra, para proteger operaciones
venideras, y para efectuar operaciones de extinción del satélite en
alineación nominal por telemandos manuales con una visibilidad del
suelo garantizada.
Por el contrario, en el caso en el que existen
al menos dos depósitos por tipo de ergol, la información
anteriormente mencionada, relativa al momento de paso de la
transición entre el ergol líquido y un gas de presurización al
nivel de un sensor de presión, permite, por una parte, conmutar la
alimentación de ergol de las toberas, o pluralidades de toberas, de
un depósito vacío a un segundo depósito, evitando la pérdida de
control del satélite por falta de ergol al nivel de los motores, y,
por otra parte, utilizar el ergol contenido en un segundo depósito
para garantizar un cambio de órbita del satélite, quedando limitada
la incertidumbre sobre el conocimiento de la cantidad de ergol
restante que puede utilizarse de este modo al segundo depósito, así
como a eventuales depósitos suplementarios, ya que el primer
depósito de este ergol está íntegramente vacío.
Más precisamente, cuando el satélite comprende,
para al menos un ergol, dos depósitos de ergol líquido de tensión
superficial unidos, cada uno por un conducto de vaciado respectivo
sobre el que está montada una válvula de vaciado respectiva, en el
extremo aguas arriba de un conducto común, cuyo extremo aguas abajo
está unido en paralelo a cada una de dos toberas, o pluralidades
de toberas, de control de actitud y/o de órbita de un sistema de
propulsión del satélite, por un conducto de alimentación respectiva
sobre el cual está montada una válvula de alimentación respectiva
de la tobera, o pluralidad de toberas, correspondiente, el
procedimiento de gestión de ergol a bordo de este satélite en
órbita comprende al menos las etapas que consisten:
- en alimentar por intermitencia una u otra de
las dos toberas, o pluralidades de toberas, de ergol por órdenes
de apertura y cierre de una u otra de las válvulas de alimentación,
mientras que una de las válvulas de vaciado está abierta y la otra
cerrada, de modo que el ergol se vacía de al menos uno de los dos
depósitos,
- en cerrar la válvula de vaciado anteriormente
abierta y abrir aquella anteriormente cerrada, para bascular la
alimentación de las toberas, o pluralidades de toberas, desde el
depósito anteriormente vaciado a partir del otro depósito, y
- en repetir, según las necesidades para el
control de actitud y/o de órbita del satélite, las dos etapas
anteriores, y se caracteriza porque comprende además al menos las
etapas que consisten:
- en controlar el vaciado de ergol líquido de
los dos depósitos, y en detectar el vaciado completo de un primer
depósito por el procedimiento de detección del vaciado completo de
al menos un depósito de ergol líquido según la invención y tal como
se presentó anteriormente y después ordenar la parada de la
maniobra en curso y en conmutar la alimentación de ergol líquido
del primer depósito, que está vacío, al segundo depósito, por una
orden apropiada de apertura de la válvula de vaciado de dicho
segundo depósito.
En esta segunda configuración, el procedimiento
de gestión de ergol según la invención consiste además
ventajosamente, en controlar el vaciado de los dos depósitos y en
detectar el vaciado completo de un primer depósito con la ayuda de
al menos un sensor de presión aguas abajo, montado sobre dicho
conducto común, y/o de al menos un sensor de presión aguas arriba,
montado sobre cada uno de los dos conductos de vaciado, entre el
extremo aguas arriba del conducto común y la válvula de vaciado de
depósito correspondiente.
En este caso, si la detección del vaciado
completo del primer depósito se garantiza por un sensor de presión
aguas arriba, antes de que el gas de presurización del ergol
alcance dicho conducto común, el procedimiento comprende también y
de manera ventajosa, tras la orden de parada de la maniobra en
curso, la reanudación de al menos una maniobra por accionamiento de
una u otra de las dos toberas, o pluralidades de toberas, tras la
conmutación de su alimentación al segundo depósito del mismo
ergol.
Por el contrario, si la detección del vaciado
completo del primer depósito de este ergol se garantiza por un
sensor de presión aguas abajo, el procedimiento de gestión de ergol
según la invención comprende además y de manera ventajosa, tras la
parada de la maniobra en curso, etapas que consisten en ordenar la
conmutación de la alimentación de dicha tobera, o pluralidad de
toberas, en acción en el momento de la detección del vaciado
completo, sobre el segundo depósito del mismo ergol, hasta la
detección de una perturbación del funcionamiento de dicha tobera, o
pluralidad de toberas, en ordenar de este modo el cierre de la
válvula de alimentación de dicha tobera, o pluralidad de toberas, y
la apertura de la válvula de alimentación de la otra tobera, o
pluralidad de toberas, para compensar las consecuencias de dicha
perturbación sobre la actitud y/o la órbita del satélite, y después
en controlar cualquier maniobra posterior alimentando dicha otra
tobera, o pluralidad de toberas, a partir del segundo depósito del
mismo ergol.
En este caso, la detección de dicha perturbación
del funcionamiento de la tobera, o pluralidad de toberas, en
acción en el momento de la detección del vaciado completo del
primer depósito se garantiza de manera ventajosa, con la ayuda de
un criterio de desalineación de actitud del satélite, y recuperando
la alineación por el accionamiento de la otra tobera, o pluralidad
de toberas, alimentada por el segundo depósito del mismo ergol.
El criterio de desalineación de actitud del
satélite puede determinarse de muy diversas maneras, pero, según
una realización eficaz en práctica, y propia de la invención,
consiste en utilizar un umbral de desalineación verificando las
restricciones siguientes:
- ser superior a las desalineaciones registradas
normalmente en maniobra, para no activar de forma intempestiva las
operaciones previstas tras la detección de dicha perturbación,
antes de la detección del vaciado completo del primer depósito,
- ser inferior a un umbral aceptable para una
misión, si está en curso de ejecución, y
- ser inferior a un umbral de activación del
modo de reconfiguración del satélite, asociado a los casos de
fallo leve, tomando un margen para permitir la recuperación de la
actitud del satélite por accionamiento de la otra tobera, o
pluralidad de toberas.
En los diferentes modos de puesta en práctica
del procedimiento de gestión de ergol según la invención, la etapa
de orden de parada de la maniobra en curso puede garantizarse de
manera ventajosa a partir de una señal emitida por al menos un
sensor de presión y/o con la ayuda de un criterio procedente de un
análisis de la información por al menos un sensor de presión.
Cuando el satélite está equipado con un sistema
de propulsión clásico, con dos ergoles contenidos cada uno en dos
depósitos de ergoles líquidos de tensión superficial, que forman
dos parejas de depósitos asociados de los que cada uno comprende un
depósito de un primer ergol y un depósito de un segundo ergol,
estando alimentadas una u otra de las dos toberas, o pluralidades de
toberas, con ergoles de manera simultánea por los dos depósitos de
una u otra pareja de depósitos asociados, el procedimiento de
gestión de ergol según la invención es ventajosamente tal como
después de la detección del vaciado completo de un primer depósito
de un primer ergol, la parada de la maniobra en curso, la
conmutación de la alimentación a partir del segundo depósito del
primer ergol, y, eventualmente, la conmutación de la propulsión
sobre una de las toberas, o pluralidades de toberas, tras la
contaminación de la otra tobera, o pluralidad de toberas, por la
llegada del gas de presurización del primer ergol resultante del
vaciado completo del primer depósito del primer ergol, para
alimentar una u otra de las dos toberas, o pluralidades de toberas,
o únicamente aquella que no está contaminada por gas de
presurización, a partir del segundo depósito del primer ergol y
simultáneamente de uno u otro de los dos depósitos del segundo
ergol.
En las diferentes configuraciones en las que la
instalación de alimentación con ergol de los motores comprende,
para al menos un ergol, dos depósitos de ergol líquido de tensión
superficial, como se presentó anteriormente, el procedimiento de
gestión de ergol según la invención puede de manera ventajosa
consistir además, tras la detección del vaciado completo de un
primer depósito de un ergol y conmutación de la alimentación de una
y/u otra de las toberas, o pluralidades de toberas, sobre el
segundo depósito del mismo ergol, y eventualmente después de la
restauración de la actitud del satélite, en destinar las cantidades
residuales de ergoles en los depósitos a una duración residual del
satélite en órbita y/o a la reorbitación del satélite sobre una
órbita cementerio.
Finalmente de manera ventajosa, para obtener una
gran precisión de detección por el procedimiento de detección del
vaciado completo de un depósito según la invención, este
procedimiento puede consistir, además, en el muestreo de la señal
de al menos un sensor de presión con una frecuencia sensiblemente
igual a la mitad de la frecuencia de accionamiento de una tobera,
o pluralidad de toberas, para una detección de las oscilaciones de
presión consecutivas en las aperturas y cierres de la válvula de
alimentación correspondiente.
Otras características y ventajas de la invención
se desprenderán de la descripción dada anteriormente, a título no
limitativo, de un ejemplo de realización descrito con referencia al
dibujo adjunto, que comprende una única figura que representa de
manera esquemática un subsistema de propulsión de satélite con dos
depósitos de un mismo ergol para alimentar selectivamente una u
otra de las dos pluralidades de toberas de control de actitud y/o
de órbita del satélite, sabiendo que estas pluralidades de toberas
se alimentan con un segundo ergol contenido en otros dos depósitos
por un circuito de simetría especular del mismo de la única figura
adjunta.
Se supone que la figura única representa aquel
de los dos subsistemas de propulsión, con cada uno de los dos
depósitos de un mismo ergol que uno es respectivamente de dos
ergoles de los que uno es un carburante y el otro un comburente, y
del que uno de los dos depósitos es el de los cuatro depósitos que
será el primero en vaciarse completamente durante la vida útil de
un satélite en órbita.
Este subsistema de propulsión comprende por
tanto los dos depósitos (1 y 2), que contienen un mismo ergol de
tensión superficial y líquido, por ejemplo monometil- hidrazina, o
tetróxido de nitrógeno, y un presurizante o gas de presurización,
tal como helio, que pone el ergol a presión en los depósitos (1 y
2), para la alimentación con ergol líquido de un conducto (3 ó 4)
de vaciado respectivo cuando se ordena la apertura de una válvula
(5 ó 6) respectiva de vaciado del depósito (1 ó 2) respectivo, y
montada sobre el conducto (3 ó 4) de vaciado respectivo. Los
conductos (3 y 4) de vaciados se reúnen en su extremo aguas abajo,
al nivel del extremo aguas arriba, en el punto (A), de un conducto
(7) común, cuyo extremo aguas abajo, en el punto (B), está en
comunicación con los extremos aguas arriba de dos conductos (8 y 9)
de alimentación, sobre cada uno de los que está montada una válvula
(10 ó 11) de alimentación, cuyas órdenes de apertura y cierre
permiten ordenar por intermitencia y durante periodos alternos, la
alimentación con ergol de un primer o de un segundo grupo de
toberas (12 o 13) de control de actitud y/o de órbita del satélite,
en el extremo aguas debajo del conducto (8 ó 9) de alimentación
respectivo.
Al menos un sensor de presión aguas arriba, tal
como (14 ó 15), está montado sobre cada uno de los conductos (3 y
4) de vaciados, entre la válvula (5 ó 6) de vaciado correspondiente
y el extremo (A) aguas arriba del conducto (7) común, y
preferiblemente con proximidad aguas abajo de la válvula (5 ó 6) de
vaciado correspondiente.
Igualmente, al menos un sensor (16) de presión
aguas abajo está montado sobre el conducto (7) común. Las válvulas
(5 y 6) de vaciado y las válvulas (10 y 11) de alimentación son
electroválvulas dispuestas respectivamente sobre los conductos (3 y
4) de vaciado y sobre los conductos (8 y 9) de alimentación.
El ergol líquido se capta, a la salida de cada
depósito (1 ó 2), por un dispositivo capilar, tal como una esponja
(no representada) que permite suministrar a los conductos (3 y 4)
de vaciado ergol líquido hasta que éste último no pueda detectarse
por el dispositivo capilar, y sólo represente residuos estáticos
líquidos en el depósito (1 ó 2). El vaciado completo de un
depósito (1 ó 2) conlleva así una transición entre el ergol líquido
y el gas de presurización en el conducto (3 ó 4) de vaciado
correspondiente, y después en el conducto (7) común, transición
cuyo paso va a detectarse por uno de los dos sensores (14 y 15) de
presión aguas arriba y/o el sensor (16) de presión aguas
abajo.
abajo.
En efecto, durante las puestas en acción del
grupo de toberas (12 ó 13), y por tanto durante el consumo por
estas toberas (12 ó 13) de ergol líquido procedente del depósito (1
ó 2), las aperturas y cierres sucesivas de la válvula (10 u 11) de
alimentación (ya que los grupos de toberas (12 y 13) se accionan
por intermitencia) crean oscilaciones de presión que generan ondas
de presión denominadas "golpes de ariete", que recorren el
conducto (8 ó 9) de alimentación, el conducto (7) común y el
conducto (3 ó 4) de vaciado de aguas abajo a aguas arriba, y según
aquella de las válvulas (10 y 11) de alimentación que sucesivamente
se abre y se cierra cuando la otra permanece cerrada, y aquella de
las válvulas (5 y 6) de vaciado que se abre cuando la otra está
cerrada. Estas ondas de oscilación de presión se detectan al nivel
del sensor (16) aguas abajo y del sensor (14 ó 15) de presión
aguas arriba según la válvula (5 ó 6) de vaciado esté abierta y la
otra cerrada, por variaciones de presión, del orden de 0,05 MPa
para presiones del orden de 1 MPa por ejemplo, pudiendo discernirse
estas variaciones de presión si se ha muestreado correctamente la
señal del sensor (16, 14 ó 15) de presión. De este modo, una
frecuencia de muestreo del sensor de presión igual a la mitad de la
frecuencia de accionamiento de las toberas (12 ó 13) puede resultar
suficiente para observar este fenómeno.
No obstante, cuando se presentan burbujas,
esencialmente de gas de presurización, en la línea de alimentación
constituida por uno de los conductos (3 y 4) de vaciado, del
conducto (7) común y de uno de los conductos (8 y 9) de
alimentación, el efecto amortiguador de estas burbujas atenúa de
manera considerable, incluso hace desaparecer, estas variaciones de
presión, lo que permite definir el momento de paso de las burbujas
al nivel de un sensor (14 ó 15) de presión aguas arriba o del
sensor (16) de presión aguas abajo, lo que indica que el depósito
(1 ó 2) que alimenta las toberas (12 ó 13) está vacío.
Esta señal, que es prueba del vaciado completo
del depósito (1 ó 2) solicitado durante una maniobra, ordena la
parada de esta maniobra.
Para un sistema de propulsión que comprende dos
depósitos del mismo ergol, como es el caso del sistema según el
esquema genérico de la figura única, esta parada de la maniobra en
curso en el momento del vaciado de un depósito (1 ó 2) debe
producirse, dentro de lo posible, antes de que las burbujas de gas
lleguen al conducto (7) común, es decir antes del punto (A). De
ahí el interés de tener sensores (14 y 15) de presión aguas arribas
posicionados dentro de lo posible lo más aguas arriba del punto
(A). Las maniobras del satélite pueden así reanudarse tras la
basculación de la alimentación de las toberas (12 ó 13) sobre el
otro depósito (2 ó 1), es decir el depósito cuya válvula (6 ó 5)
de vaciado estaba cerrada cuando el primer depósito se encontraba
completamente vacío, interviniendo este cambio de depósito de
alimentación sin que el ergol disponible para las toberas (12 ó 13)
contenga burbujas procedentes del primer depósito ahora
completamente vaciado. Esta restricción impone una gran velocidad
de reacción del circuito de detección del vaciado completo de un
depósito y de orden de cierre de las válvulas (10 y 11) de
alimentación para tener la capacidad de interrumpir de manera
suficientemente rápida cualquier maniobra en curso.
Sin embargo, en el caso en que esta interrupción
de maniobra en curso sea demasiado tardía, y que hayan llegado
burbujas de gas procedentes del depósito completamente vaciado al
conducto (7) común, o si faltan los sensores (14 y 15) de presión
aguas arriba, o si incluso el sistema sólo comprende al menos un
sensor de presión aguas abajo tal como (16), la estrategia
propuesta para la gestión del ergol es utilizar la redundancia
proporcionada por la presencia de los dos grupos de toberas (12 y
13), después de haber efectuado la basculación de la alimentación
del depósito completamente vaciado sobre el otro depósito.
Por ejemplo, se supone que una primera maniobra,
para la que las toberas (12) son alimentadas con ergol por el
depósito (1) (válvulas (5 y 10) abiertas y válvulas (6 y 11)
cerradas), se interrumpe por un criterio de presión resultante de
una señal del sensor (16) de presión aguas abajo o, en el caso de
un circuito de detección y de control de velocidad de reacción
relativamente limitada, del sensor (14) de presión aguas arriba,
que detecta la llegada de burbujas procedentes del depósito (1) y
que llegan hasta el conducto (7) común. La maniobra siguiente, o
segunda maniobra, se efectúa a continuación alimentando las mismas
toberas (12) a partir del otro depósito (2), que contiene todavía
ergol líquido, es decir abriendo la válvula (6) de vaciado cerrada
anteriormente y manteniendo las válvulas (10 y 11) de alimentación
respectivamente abierta y cerrada. Esta segunda maniobra se
interrumpe a continuación por la pérdida de rendimiento de las
toberas (12), en el momento de la llegada a estas toberas (12) de
las burbujas procedentes del depósito (1) y que llegan al conducto
(7) común antes de la interrupción de la primera maniobra. La
interrupción de la segunda maniobra se ordena entonces a partir de
un criterio de desalineación del satélite, resultante de la pérdida
de rendimiento mencionada anteriormente de las toberas (12). Y la
recuperación de la actitud del satélite se efectúa inmediatamente a
continuación accionando las toberas redundantes que son las toberas
(13), alimentadas a partir del depósito (2), por orden de apertura
de la válvula (11) de alimentación.
El criterio de desalineación, para controlar la
interrupción de la segunda maniobra, se regula respecto a un umbral
bastante débil, para permitir perturbar mínimamente la misión del
satélite en curso de ejecución, y evitar el paso del satélite en
modo de fallo leve o en modo de supervivencia. Las maniobras
siguientes se efectúan alimentando las toberas (13) a partir del
depósito (2). Para ello, la línea de alimentación constituida por
el conducto (4) de vaciado, el conducto (7) común y el conducto de
(9) alimentación es una línea de alimentación llena de ergol
líquido y sin burbuja, en la medida en que el volumen del conducto
(7) común, entre los puntos (A y B), es inferior al volumen del
conducto (8) de alimentación, entre el punto (B) y las toberas (12)
del grupo habiendo conocido la pérdida de rendimiento mencionada
anteriormente, en el momento de la llegada de burbujas procedentes
del depósito (1) a las toberas (12). En efecto, en esta
configuración, las burbujas se han evacuado por las toberas (12) o
han quedado atrapadas entre el extremo aguas abajo (al punto B) del
conducto (7) común y las toberas (12). Para limitar la propagación
o el desplazamiento eventual de las burbujas a largo plazo, es
posible y se prefiere un cierre preventivo de la válvula (10) de
alimentación sobre el conducto (8) de alimentación.
Se entiende que la puesta en práctica del
procedimiento de detección del vaciado completo de un depósito
según la invención, y por tanto de cualquier procedimiento de
gestión de ergol que comprende como una de sus etapas, necesita,
como mínimo, un depósito tal como (1 ó 2), de tensión superficial,
y al menos un sensor de presión, tal como (14, 15 ó 16),
sobremuestreado a la salida del depósito, y que permite detectar la
amortiguación, o la desaparición, de las oscilaciones de presión
provocadas en una línea de alimentación de toberas tales como (12 ó
13) con ergol líquido por órdenes de apertura y cierre de una
válvula tal como (10 u 11) de alimentación de estas toberas (12 ó
13), y parar el plan de maniobras del satélite.
La capacidad de reacción del dispositivo de la
figura única y poniendo en práctica los procedimientos de la
invención se mejora por la utilización de un software de mando de
este dispositivo, que permite la interrupción del vaciado de un
depósito tal como (1 ó 2) en curso de maniobra, por ejemplo sobre
la base de uno y/u otro de los dos criterios siguientes.
Un primer criterio puede proceder del análisis
de la información dada por al menos un sensor de presión tal como
(14 ó 15 y/o 16), por ejemplo tal como el descrito anteriormente
durante la primera maniobra para la que el grupo de toberas (12) se
alimenta a partir del depósito (1). El tiempo de reacción debe
permitir la parada de la maniobra antes de la llegada de las
burbujas al extremo aguas arriba del conducto (7) común, o bien en
el punto (A), a continuación de una detección de la amortiguación o
de la desaparición de las ondas de presión ligada al paso de la
interfaz entre el ergol líquido y las burbujas de gas al nivel del
sensor (14) de presión aguas arriba, o antes de la llegada de las
burbujas a las toberas (12) o, preferiblemente, no más aguas abajo
que el extremo aguas abajo, en el punto (B), del conducto (7)
común, a continuación de una detección de la amortiguación o de la
desaparición de las ondas de presión por el sensor (14) de presión
aguas arriba o aguas abajo (16). Después de esta parada de
maniobra, no se propone un cambio del grupo de toberas accionado
(las toberas (13) en lugar de las toberas (12) en este ejemplo) si
la detección de las burbujas se realiza muy aguas arriba, por
ejemplo por el único sensor (14) de presión aguas arriba, y sin que
el sensor (16) de presión aguas abajo detecte una amortiguación o
una desaparición de dichas ondas de
presión.
presión.
El segundo criterio puede ser un criterio de
desalineación de actitud, como, por ejemplo, para la segunda
maniobra descrita anteriormente, para la que el grupo de toberas
(12) se alimenta a partir del depósito (2). El software de puesta
en práctica del procedimiento de gestión de ergol ordena por tanto
un cambio del grupo de toberas solicitado, que es el de las
toberas (13), para beneficiarse de ergol sin burbuja y recuperar la
alineación del satélite. El software de mando se garantiza mientras
que el umbral de desalineación utilizado para la orden descrita
anteriormente verifica al menos las tres restricciones
siguientes.
La primera restricción es que el umbral de
desalineación debe ser superior a las desalineaciones registradas
habitualmente en maniobra del satélite, para no activar la orden
descrita anteriormente de manera intempestiva, sin presencia de
burbujas, por tanto antes de cualquier detección del vaciado
completo de un depósito.
La segunda restricción es que este umbral de
desalineación sea inferior al umbral aceptable para cualquier
misión del satélite que esté en curso de ejecución.
La tercera restricción es que el umbral de
desalineación sea inferior al umbral de activación del modo de
reconfiguración del satélite que está asociado a los casos de fallo
leve, tomando un margen, para permitir recuperar la actitud del
satélite con el grupo redundante de toberas (por ejemplo las
toberas (13) en el ejemplo descrito anteriormente).
Los procedimientos de detección del vaciado
completo de un depósito de ergol líquido y de gestión de ergol a
bordo de un satélite, tal como se describieron anteriormente, son
particularmente interesantes para garantizar la gestión de los
depósitos para dos tipos de ergoles de un satélite a propulsión
bilíquida al final de la vida, con cuatro depósitos que incluyen
dos por tipo de ergol, tal como ya se mencionó anteriormente para
la figura única, que sólo representa los dos depósitos de un tipo
de ergol (carburante o comburente), mientras que otros dos
depósitos, para el otro tipo de ergol, pueden también alimentar los
dos grupos de toberas (12 y 13) por conductos de vaciado análogos a
los conductos (3 y 4), con válvulas de vaciados análogas a las
válvulas (5 y 6), y sobre las que están montados sensores de
presión aguas arriba tales como (14 y 15), con un conducto común
tal como (7) sobre el que está montado al menos un sensor de
presión aguas abajo tal como (16), y con conductos de alimentación
tales como (8 y 9), sobre los que están montadas válvulas de
alimentación tales como (10 y 11) respectivamente.
En este caso, durante los últimos años de la
vida útil del satélite en órbita, antes de proceder a su
reorbitación o desorbitación, procedimientos conocidos de
estimación de los ergoles restantes en los depósitos permiten
identificar qué tipo de ergol será excedentario (el ergol oxidante
o el ergol reductor). La cantidad de este ergol en exceso, que no
puede utilizarse puesto que ya no hay a bordo del satélite ninguna
cantidad del otro tipo de ergol para consumir el ergol en exceso,
se denomina "residual dinámico". Como los rendimientos de los
motores de toberas tales como (12 y 13) con un solo tipo de ergol
no se consideran suficientes, estos "residuales dinámicos" no
se toman en cuenta por tanto en los presupuestos de ergol.
La primera etapa de la gestión de los depósitos
al final de la vida del satélite consiste por tanto en identificar
el tipo de ergol en exceso. A modo de ejemplo, se supone que se
trata del ergol almacenado en los dos depósitos del otro ergol no
representados en la figura única, y denominados tercer depósito y
cuarto depósito.
Por la selección de los depósitos que alimentan
uno o el otro de los grupos de toberas (12 y 13) durante las
últimas maniobras del satélite, se propone mantener los depósitos
tercero y cuarto en niveles idénticos de relleno según la
estimación de ergol restante.
Asimismo, por la selección de los depósitos
durante las últimas maniobras, se propone mantener, para los
depósitos (1 y 2), el depósito (1) con un relleno inferior al del
depósito (2) de la cantidad de ergol necesaria para la reorbitación
o desorbitación del satélite, según las estimaciones de ergol
restante.
El procedimiento de detección del vaciado
completo de un depósito, tal como se definió anteriormente, se
pone en práctica por tanto, y cuando se detecta el vaciado completo
del depósito (1), se interrumpe la maniobra en curso, y se declara
el final de la vida del satélite.
La basculación de la alimentación de las toberas
(12 ó 13) sobre el depósito (2) redundante se efectúa a
continuación según el procedimiento anteriormente descrito, y se
efectúa la reorbitación o desorbitación del satélite por una
alimentación de las toberas a partir del depósito (2), con un
ergol, y alternativamente a partir de los depósitos (3 y 4),
mantenidos a un nivel sensiblemente idéntico, para el otro
ergol.
Conviene observar que el procedimiento de
basculación de la alimentación de un ergol de un depósito del que
se ha detectado el vaciado completo, al otro depósito de este ergol
tal como se describió anteriormente, no es aplicable una segunda
vez a los depósitos tercero y cuarto y no puede por tanto
repetirse, puesto que se aprovecha de la redundancia de los grupos
de toberas (12 y 13) para adaptarse a la basculación de la
alimentación de un depósito al otro. La detección del vaciado
completo de uno de los depósitos tercero y cuarto no permitiría
bascular la alimentación del segundo ergol sobre el otro de estos
depósitos tercero y cuarto, sin pérdida de control del satélite
después de la basculación de la alimentación sobre éste de los
depósitos tercero y cuarto que parece redundante, puesto que las
toberas de uno de los grupos, las toberas (12) en el ejemplo
descrito anteriormente, pueden estar ya contaminadas por las
burbujas procedentes del depósito (1) cuyo vaciado completo se ha
detectado, y estas toberas están por tanto inutilizables.
Por consiguiente, después de la detección del
vaciado completo de un primer depósito de un ergol, por ejemplo del
depósito (1), y conmutación de la alimentación de un y/o del otro
de los dos grupos de toberas (12 y 13) sobre el segundo depósito
del mismo ergol, por ejemplo el depósito (2), y eventualmente
después de la restauración de la actitud del satélite, se destinan
las cantidades residuales de ergol en los depósitos a una duración
residual del satélite en órbita y/o a la reorbitación o
desorbitación del satélite sobre una órbita denominada
"cementerio".
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante se dirige únicamente a ayudar al lector y no forma
parte del documento de patente europea. Incluso si se ha procurado
el mayor cuidado en su concepción, no se pueden excluir errores u
omisiones y el OEB declina toda responsabilidad a este
respecto.
\bullet FR 2635499 (0002)
Claims (12)
1. Procedimiento de detección del vaciado
completo de al menos un depósito (1, 2) de ergol líquido de
tensión superficial de un satélite artificial, en particular de un
satélite geosíncrono (geoestacionario), en el que dicho depósito
(1, 2) de ergol está unido, por un conducto (3, 4) de vaciado
sobre el que está montada una válvula (5, 6) de vaciado de
depósito, a al menos un conducto (7, 8, 9) de alimentación de una
tobera, o pluralidad de toberas (12, 13), de control de actitud
y/u órbita de un sistema de propulsión del satélite, y sobre el que
está montada una válvula (10, 11) de alimentación de
tobera(s), controlada por intermitencia en la apertura y el
cierre para accionar por intermitencia dicha tobera, o pluralidad de
toberas (12, 13), caracterizado porque comprende al menos las
etapas que consisten, con ayuda de al menos un sensor (14, 15, 16)
de presión montado sobre el conducto (3, 4) de vaciado o (7, 8, 9)
de alimentación entre dichas válvulas (5, 6) de vaciado y (10, 11)
de alimentación, en detectar las ondas de oscilaciones de presión
(golpes de ariete) resultantes de las aperturas y cierres de dicha
válvula (10, 11) de alimentación y que recorren los conductos (7,
8, 9) de alimentación y (3, 4) de vaciado de la válvula (10, 11) de
alimentación aguas abajo, hacia dicho depósito (1, 2) aguas
arriba, después en detectar, a continuación de una orden de dicha
válvula (10, 11) de alimentación, la amortiguación al menos parcial
(si no la desaparición) de dichas ondas de oscilaciones de presión
que son prueba del paso de la transición entre ergol líquido y un
gas de presurización del ergol al nivel del sensor (14, 15, 16) de
presión, y por tanto del vaciado completo del depósito (1, 2).
2. Procedimiento de gestión de ergol a bordo de
un satélite artificial en órbita, que comprende un único depósito
(1) de ergol líquido de tensión superficial por tipo de ergol,
estando unido dicho depósito (1), por un conducto (3) de vaciado
sobre el que está montada una válvula (5) de vaciado del depósito,
a dos conductos (8, 9) de alimentación sobre cada uno de los que
está montada una válvula (10, 11) de alimentación respectiva de una
tobera, o pluralidad de toberas (12, 13), respectiva de control de
actitud y/o de órbita de un sistema de propulsión del satélite,
comprendiendo el procedimiento al menos las etapas que
consisten:
en alimentar por intermitencia una u otra de las
dos toberas, o pluralidades de toberas (12, 13), con ergol
mediante órdenes de apertura y cierre de una u otra de las válvulas
(10, 11) de alimentación, mientras que dicha válvula (5) de
vaciado del depósito está abierta,
en controlar el vaciado de ergol de dicho
depósito (1), caracterizado porque comprende también al
menos la etapa que consiste en detectar el vaciado completo de este
depósito (1) mediante el procedimiento según la reivindicación 1 y,
a partir de una señal de al menos un sensor (14, 16) de presión
que detecta el vaciado completo de dicho depósito (1), en controlar
la parada de la maniobra en curso, y el cierre de la válvula (10,
11) de alimentación de dicha tobera, o pluralidad de toberas (12,
13), accionada durante dicha maniobra, para proteger operaciones
venideras, y en efectuar operaciones de extinción del satélite en
alineación nominal mediante controles remotos manuales con una
visibilidad del suelo garantizada.
3. Procedimiento de gestión de ergol a bordo de
un satélite artificial en órbita, que comprende, para al menos un
ergol, dos depósitos (1, 2) de ergol líquido de tensión superficial
unidos, cada uno por un conducto (3, 4) de vaciado respectivo sobre
el que está montada una válvula (5, 6) de vaciado respectiva, al
extremo (A) aguas arriba de un conducto (7) común, cuyo extremo (B)
aguas abajo está unido en paralelo a cada una de dos toberas o
pluralidades de toberas (12, 13) de control de actitud y/o de
órbita de un sistema de propulsión del satélite, por un conducto (8,
9) de alimentación respectivo sobre el que está montada una
válvula (10, 11) de alimentación respectiva de la tobera, o
pluralidad de toberas (12, 13) correspondiente, comprendiendo el
procedimiento al menos las etapas que consisten:
- en alimentar por intermitencia una u otra de
las dos toberas o pluralidad de toberas (12, 13) con ergol
mediante órdenes de apertura y cierre de una u otra de las válvulas
(10, 11) de alimentación, mientras que una de las válvulas (5, 6)
de vaciado está abierta y la otra cerrada, de modo que el ergol se
vacía de uno al menos de los dos depósitos
(1, 2),
(1, 2),
- en cerrar la válvula (5, 6) de vaciado abierta
anteriormente y abrir la cerrada anteriormente, para bascular la
alimentación de las toberas, o pluralidades de toberas (12, 13),
desde el depósito (1, 2) anteriormente vaciado a partir del otro
depósito, y
- en repetir, según las necesidades para el
control de actitud y/o de órbita del satélite, las dos etapas
anteriores, caracterizado porque comprende además al menos
las etapas que consisten:
- en controlar el vaciado de ergol líquido de
los dos depósitos (1, 2), y en detectar el vaciado completo de un
primer depósito (1) mediante el procedimiento según la
reivindicación 1, después en controlar la parada de la maniobra en
curso y en conmutar la alimentación con ergol líquido del primer
depósito (1), que está vacío, al segundo depósito (2), mediante una
orden apropiada en la apertura de la válvula (6) de vaciado de
dicho segundo depósito (2).
4. Procedimiento de gestión de ergol, según la
reivindicación 3, caracterizado porque consiste en controlar
el vaciado de los dos depósitos (1, 2) y en detectar el vaciado
completo de un primer depósito (1) con ayuda de al menos un sensor
(16) de presión aguas abajo, montado sobre dicho conducto común
(7), y/o de al menos un sensor (14, 15) de presión aguas arriba
montado sobre cada uno de los dos conductos (3, 4) de vaciado,
entre el extremo (A) aguas arriba del conducto (7) común y la
válvula (5, 6) de vaciado de depósito correspondiente.
5. Procedimiento de gestión de ergol, según la
reivindicación 4, caracterizado porque, si la detección del
vaciado completo del primer depósito (1) se garantiza por un sensor
(14) de presión aguas arriba, antes de que el gas de presurización
del ergol alcance dicho conducto (7) común, el procedimiento
comprende también, tras la orden de parada de la maniobra en curso,
la reanudación de al menos una maniobra mediante el accionamiento
de una u otra de las dos toberas o pluralidades de toberas (12,
13), después de la conmutación de su alimentación sobre el segundo
depósito (2) del mismo ergol.
6. Procedimiento de gestión de ergol, según la
reivindicación 4, caracterizado porque, si la detección del
vaciado completo del primer depósito (1) se garantiza por un sensor
(16) de presión aguas abajo, el procedimiento comprende además,
tras la parada de la maniobra en curso, etapas que consisten en
controlar la conmutación de la alimentación de dicha tobera, o
pluralidad de toberas (12, 13), en acción en el momento de la
detección del vaciado completo, al segundo depósito (2) del mismo
ergol, hasta la detección de una perturbación del funcionamiento de
dicha tobera, o pluralidad de toberas (12, 13), en controlar
entonces el cierre de la válvula (10, 11) de alimentación de dicha
tobera, o pluralidad de toberas (12, 13), y la apertura de la
válvula de alimentación de la otra tobera o pluralidad de toberas,
para compensar las consecuencias de dicha perturbación sobre la
actitud y/o la órbita del satélite, después en controlar cualquier
maniobra posterior alimentando dicha otra tobera o pluralidad de
toberas (12, 13) a partir del segundo depósito (2) del mismo
ergol.
7. Procedimiento de gestión de ergol, según la
reivindicación 6, caracterizado porque consiste en
garantizar la detección de dicha perturbación del funcionamiento de
la tobera, o pluralidad de toberas (12, 13), en acción en el
momento de la detección del vaciado completo del primer depósito
(1), con ayuda de un criterio de desalineación de actitud del
satélite, y en recuperar la alineación mediante el accionamiento de
la otra tobera, o pluralidad de toberas (13, 14), alimentada por el
segundo depósito (2) del mismo ergol.
8. Procedimiento de gestión de ergol, según la
reivindicación 7, caracterizado porque el criterio de
desalineación consiste en utilizar un umbral de desalineación que
verifica las restricciones siguientes:
- ser superior a las desalineaciones registradas
habitualmente en maniobra, para no activar de manera intempestiva
las operaciones previstas tras la detección de dicha perturbación,
antes de la detección del vaciado completo del primer depósito
(1),
- ser inferior a un umbral aceptable para una
misión, si ésta está en curso de ejecución, y
- ser inferior a un umbral de activación del
modo de reconfiguración asociado a los casos de fallo leve,
tomando un margen para permitir la recuperación de la actitud del
satélite mediante accionamiento de la otra tobera, o pluralidad de
toberas (12, 13).
9. Procedimiento de gestión de ergol, según una
cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado
porque la etapa de orden de parada de la maniobra en curso se
garantiza a partir de una señal emitida por un sensor de presión
(14, 15, 16) y/o con ayuda de un criterio procedente de un
análisis de la información proporcionada por al menos un sensor
(14, 15, 16) de presión.
10. Procedimiento de gestión de ergol, según una
cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, para un sistema de
propulsión de satélite artificial de dos ergoles contenidos cada
uno en dos depósitos de ergoles líquidos de tensión superficial,
que forman dos parejas de depósitos asociados de los que cada uno
comprende un depósito de un primer ergol y un depósito de un
segundo ergol, estando alimentada una u otra de las dos toberas, o
pluralidades de toberas (12, 13), con ergoles simultáneamente por
los dos depósitos de una u otra pareja de depósitos asociados,
caracterizado porque tras la detección del vaciado completo
de un primer depósito (1) de un primer ergol, la parada de la
maniobra en curso, la conmutación de la alimentación a partir del
segundo depósito (2) del primer ergol y, eventualmente, la
conmutación de la propulsión a una de las toberas, o pluralidades
de toberas (12, 13), tras la contaminación de la otra tobera o
pluralidad de toberas, por la llegada de un gas de presurización
del primer ergol como resultado del vaciado completo del primer
depósito (1) de primer ergol, en alimentar una u otra de las dos
toberas, o pluralidades de toberas (12, 13), o únicamente la que no
está contaminada por el gas de presurización, a partir del segundo
depósito (2) del primer ergol y simultáneamente de uno u otro de
los dos depósitos del segundo ergol.
11. Procedimiento de gestión de ergol, según una
cualquiera de las reivindicaciones 3 a 10, caracterizado
porque consiste, tras la detección del vaciado completo de un
primer depósito (1) de un ergol y la conmutación de la alimentación
de una y/u otra de las toberas, o pluralidades de toberas (12,
13), al segundo depósito (2) del mismo ergol, y eventualmente tras
la restauración de la actitud del satélite, en destinar las
cantidades residuales de ergoles en los depósitos a una duración
residual del satélite en órbita y/o a un cambio de órbita del
satélite a una órbita cementerio.
12. Procedimiento, según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque consiste
además en muestrear la señal de al menos un sensor (14, 15, 16) de
presión a una frecuencia sensiblemente igual a la mitad de la
frecuencia de accionamiento de una tobera, o pluralidad de toberas
(12, 13), para una detección de las oscilaciones de presión
consecutivas a las aperturas y cierres de la válvula (10, 11) de
alimentación correspondiente.
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| FR0406282 | 2004-06-10 | ||
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