ES2631691T3

ES2631691T3 - Control de una distribución de propelente en un tanque de propelente de una nave espacial

Info

Publication number: ES2631691T3
Application number: ES14706831.6T
Authority: ES
Inventors: Benjamin John Sapwell NYE
Original assignee: Airbus Defence and Space Ltd
Current assignee: Airbus Defence and Space Ltd
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2017-09-04
Anticipated expiration: 2034-02-26
Also published as: CA2901831A1; US20160001897A1; WO2014131802A1; EP2961657B1; US10189584B2; EP2961657A1; EP2769918A1

Abstract

Un sistema para controlar una distribución de propelente (202) en un conjunto de tanques de propelente (100; 300; 400; 500) para una nave espacial (900), comprendiendo el sistema: un cuerpo (101; 301; 401; 501) para contener el propelente; y una pluralidad de elementos de tomografía térmica (201; 302, 303; 402, 403; 502, 503), incluyendo una pluralidad de elementos de control de la temperatura y una pluralidad de sensores de la temperatura, dispuestas alrededor del cuerpo para detectar la distribución del propelente en el interior del cuerpo; Caracterizado por que el sistema comprende además: un módulo de control del elemento de tomografía (802) dispuesto para controlar la pluralidad de los elementos de control de la temperatura para redistribuir el propelente en el interior del cuerpo del tanque de propelente mediante calentamiento y/o enfriamiento del propelente.

Description

DESCRIPCION

Control de una distribucion de propelente en un tanque de propelente de una nave espacial 5 Campo de la invencion

La presente invencion se refiere al control de una distribucion de propelente en un tanque de propelente de una nave espacial. En particular, la presente invencion se refiere al control de una distribucion de propelente en el interior de un cuerpo del tanque de propelente usando una pluralidad de elementos de tomograffa termica dispuestos alrededor 10 del cuerpo.

Antecedentes de la invencion

Es una necesidad recurrente para las misiones espaciales proporcionar medios por los que los niveles de propelente 15 se puedan calibrar y controlar a lo largo de la vida operativa de una nave espacial. Los procedimientos convencionales de calibracion del propelente incluyen un procedimiento de estimacion, y una tecnica de calibracion de propelente termico (TPGT). En el procedimiento por estimacion, el nivel real de propelente se estima mediante la sustraccion de una masa estimada de propelente quemado durante los disparos de propulsores desde el inicio de la mision, a partir del nivel inicial de propelente. Este procedimiento se vuelve cada vez mas impreciso hacia el final de 20 la vida util debido a los errores acumulados. En el procedimiento de la TPGT, se mide la respuesta termica del tanque de propelente al calentamiento y se compara con los resultados de la simulacion para niveles de propelente diferentes. Ademas, una combinacion del procedimiento por estimacion y la TPGT se puede usar para estimar el nivel de propelente restante. Sin embargo, estos procedimientos no siempre satisfacen los requisitos de precision en la calibracion a lo largo de la vida util en orbita, que tfpicamente es de ±l0 % del propelente restante.

25

EP2103863 divulga el aparato para detectar la posicion de una superficie lfquida bajo un entorno de microgravedad y determinar el volumen del lfquido. El aparato comprende medios de calentamiento proporcionados en una superficie mural de un recipiente para calentar el lfquido, medios de medicion de la temperatura para medir un cambio en la temperatura, y medios de procesamiento para calcular el volumen del lfquido basado en el cambio de temperatura 30 medida.

La invencion se realiza en este contexto.

RESUMEN DE LA INVENCION

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De acuerdo con la presente invencion se proporciona un sistema para controlar una distribucion de propelente en un conjunto de tanques de propelente de una nave espacial, el sistema comprende: un cuerpo para contener el propelente, una pluralidad de elementos de tomograffa termica, incluyendo una pluralidad de elementos de control de la temperatura, y una pluralidad de sensores de temperatura, dispuestos alrededor del cuerpo para detectar la 40 distribucion de propelente en el interior del cuerpo, y un modulo de control del elemento de tomograffa dispuesto para controlar la pluralidad de elementos de control de la temperatura para redistribuir el propelente en el interior del cuerpo del tanque de propelente mediante calentamiento y/o enfriamiento del propelente.

El sistema puede comprender ademas: una salida de propelente, y un dispositivo de tratamiento del propelente en el 45 interior del cuerpo, dispuesto para suministrar el propelente a la salida de propelente.

La pluralidad de sensores de temperatura puede estar dispuesta en proximidad al dispositivo de tratamiento de propelente.

50 La pluralidad de elementos de control de la temperatura puede incluir una pluralidad de refrigeradores, dispuestos en proximidad al dispositivo de tratamiento del propelente.

La pluralidad de elementos de control de la temperatura puede incluir una pluralidad de calentadores, dispuestos lejos del dispositivo de tratamiento del propelente.

55

El dispositivo de tratamiento del propelente puede comprender una o mas paletas.

La pluralidad de los elementos de tomograffa termica puede estar dispuesta en una superficie exterior del cuerpo.

60 Ademas, el modulo de control del elemento de tomograffa puede disponerse para controlar la pluralidad de

elementos de tomograffa termica para obtener los datos de tomograffa, y el sistema puede comprender ademas: un modulo de analisis de datos de tomograffa dispuesto para recibir los datos de tomograffa obtenidos y determinar una distribucion del propelente en el interior del tanque de propelente basada en los datos de tomograffa obtenidos.

5 En una forma de realizacion, el sistema comprende ademas la nave espacial, y el conjunto de tanques de propelente, el modulo de control del elemento de tomograffa y el modulo de analisis de los datos de tomograffa se incluyen a bordo de la nave espacial.

En otra forma de realizacion, el sistema comprende ademas la nave espacial, y el conjunto de tanques de propelente 10 y el modulo de control del elemento de tomograffa se incluyen a bordo de la nave espacial, y el modulo de analisis de datos de tomograffa es un modulo terrestre dispuesto para recibir los datos de tomograffa obtenidos a partir de la nave espacial.

De acuerdo con la presente invencion tambien se proporciona un procedimiento para controlar la distribucion de 15 propelente en un conjunto de tanques de propelente de una nave espacial, el conjunto de cuerpos de propelente comprende un cuerpo para contener el propelente y una pluralidad de elementos de tomograffa termica, incluyendo una pluralidad elementos de control de la temperatura y una pluralidad de sensores de temperatura, dispuestos alrededor del cuerpo para detectar la distribucion del propelente en el interior del cuerpo, comprendiendo el procedimiento: controlar la pluralidad de los elementos de control de la temperatura para redistribuir el propelente en 20 el interior del cuerpo de propelente mediante calentamiento y/o enfriamiento del propelente.

Antes de controlar la pluralidad de los elementos de control de la temperatura para redistribuir el propelente, el procedimiento puede comprender ademas: obtener los datos de tomograffa a partir de la pluralidad de elementos de tomograffa termica, y determinar una distribucion de propelente en el interior del tanque de propelente basada en los 25 datos de tomograffa obtenidos.

El procedimiento puede comprender ademas: determinar una cantidad de propelente restante en el tanque de propelente basado en la distribucion determinada y una densidad conocida del propelente.

30 Controlar la pluralidad de elementos de control de la temperatura para redistribuir el propelente puede comprender: comparar la distribucion determinada con una distribucion deseada de propelente para identificar una o mas regiones dentro del cuerpo del tanque del propelente que tengan una concentracion mayor de propelente en la distribucion determinada que en la distribucion deseada y controlar la pluralidad de los elementos de control de la temperatura para calentar la region identificada o mas primeras regiones, y/o donde controlar la pluralidad de 35 elementos de control de la temperatura para redistribuir el propelente comprende: comparar la distribucion determinada con la distribucion deseada de propelente para identificar una o mas segundas regiones dentro del cuerpo del tanque de propelente que tenga una menor concentracion de propelente en la distribucion determinada que en la distribucion deseada; y controlar la pluralidad de elementos de control de la temperatura para enfriar la region identificada o mas segundas regiones.

40

El procedimiento puede comprender ademas: obtener de los datos de tomograffa actualizados a partir de la pluralidad de los elementos de tomograffa termica, despues de controlar la pluralidad de los elementos de control de la temperatura para redistribuir el propelente en el interior del cuerpo del tanque de propelente, y determinar una distribucion actualizada del propelente en el interior del tanque de propelente basada en los datos de tomograffa 45 obtenidos.

La distribucion actualizada determinada del propelente se puede comparar a la distribucion deseada para determinar si se ha alcanzado la distribucion deseada. De acuerdo con la presente invencion, tambien se proporciona una nave espacial que incluye el conjunto de tanques de propelente.

50

Breve descripcion de los dibujos

Las formas de realizacion de la presente invencion se describiran ahora, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que 55

La figura 1 ilustra un conjunto de tanques de propelente de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion;

La figura 2 ilustra una posible distribucion del propelente en el compartimento inferior del conjunto de tanques de propelente de la fig. 1 de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion;

60 La figura 3 ilustra una matriz de elementos de tomograffa dispuesta alrededor del conjunto de un tanque de

propelente, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion;

La figura 4 ilustra la recogida de los datos de tomograffa a partir de una matriz de elementos de tomograffa dispuesta alrededor del conjunto de un tanque de propelente, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion.

5 La figura 5 ilustra una matriz de elementos de tomograffa termica dispuesta alrededor del conjunto de un tanque de propelente, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion;

La figura 6 es un diagrama de flujo que muestra un procedimiento para determinar una cantidad de propelente restante en un tanque de propelente, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion;

La figura 7 es un diagrama de flujo que muestra un procedimiento de uso de los elementos de tomograffa termica 10 para controlar la distribucion de propelente en un tanque de propelente, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion;

La figura 8 ilustra un sistema para determinar una distribucion de propelente propelente, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, y La figura 9 ilustra un sistema para determinar una distribucion de propelente 15 propelente, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion.

Descripcion detallada

Haciendo referencia ahora a la fig. 1, se ilustra un conjunto de tanques de propelente de acuerdo con una forma de 20 realizacion de la presente invencion. El conjunto de tanques de propelente 100 comprende un cuerpo 101, que es un recipiente hueco para contener el propelente. El conjunto de tanques de propelente comprende ademas una membrana 102 dispuesta en el interior del cuerpo 101 para dividir el cuerpo 101 en un compartimiento superior 103 y un compartimento inferior 104, y un tubo de comunicacion 105 alrededor del perfmetro de la membrana 102. El tubo de comunicacion 105 incluye una primera abertura 106 en el compartimento superior 103 y una segunda abertura 25 107 en el compartimento inferior 104. El tubo de comunicacion 105 permite la comunicacion de un lfquido entre el compartimento superior 103 y el compartimento inferior 104.

El conjunto de tanques de propelente 100 comprende ademas una entrada de gas 108 en comunicacion fluida con el compartimento superior 103, y una salida de propelente 109 en comunicacion fluida con el compartimento inferior 30 104. El deposito de presion dentro del cuerpo 101 proporciona la fuerza motriz para expulsar el propelente desde la salida de propelente 109 siempre que el sistema de propulsion descendente lo demande.

Ademas, como se indica en la fig. 1, el conjunto de tanques de propelente 100 puede comprender ademas uno o mas dispositivos de tratamiento de propelente (PMD) en el interior del cuerpo 101. En la presente forma de 35 realizacion, el conjunto de tanques de propelente 100 incluye un PMD de control 110, que es una estructura de area de gran superficie en comunicacion fluida con la salida de propelente 109, y que incluye ademas un PMD de comunicacion en la forma de cuatro paletas dispuestas en la superficie interior del cuerpo 101. En la presente forma de realizacion las cuatro paletas estan dispuestas en angulos de 0, 90, 80 y 270 grados alrededor del eje central del tanque de propelente 100, aunque solo tres de estas paletas 111, 112, 113 son visibles en el dibujo en corte 40 ilustrado en la fig. 1. El PMD de comunicacion 111, 112, 113 y el PMD de control 110 estan dispuestos para encaminar el propelente hacia la salida de propelente 109 por capilaridad, para proporcionar propelente sin gas a la salida de propelente 109.

Aunque en la presente forma de realizacion se proporciona un PMD de comunicacion que incluye cuatro paletas, en 45 otras formas de realizacion se puede usar cualquier numero paletas, es decir, una o mas paletas. Ademas, los PMD de comunicacion no estan limitados a las paletas, y en otras formas de realizacion diferentes se puede proporcionar el PMD de comunicacion en vez de, o ademas de, una o mas paletas. Por ejemplo, en vez de paletas un PMD de comunicacion puede comprender una o mas galenas cada una proporcionando una via de flujo cubierta para la salida del propelente.

50

Se entendera que el conjunto de tanques de propelente 100 se puede usar en un entorno de microgravedad, y que aquf los terminos "superior" e "inferior" se refieren meramente al tanque de propelente en la orientacion que se muestra en la fig. 1 y no implican una orientacion particular del conjunto de tanques de propelente 100 durante el uso.

55

Haciendo referencia ahora a la fig. 2, se ilustra una posible distribucion del propelente en el compartimento inferior del conjunto de tanques de propelente de la fig. 1, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion. Como se indica en la fig. 2 el conjunto de tanques de propelente 100 comprende ademas una matriz de elementos de tomograffa termica 201 dispuesta alrededor del cuerpo 101, que se puede usar para determinar la 60 distribucion de propelente 202 en el tanque de propelente. En el ejemplo de la fig. 2 el propelente lfquido 202 esta

en un conjunto de tanques de en un conjunto de tanques de

situado hacia los laterales del compartimento inferior, y rodea una burbuja de gas presurizado 203. Esta es una distribucion de propelente que podrfa esperarse en un entorno de microgravedad, en el que la distribucion de lfquido esta en gran medida gobernada por las fuerzas de la tension de superficie. A medida que la nave espacial consume el propelente 202, el volumen del propelente 202 restante en el conjunto del tanque de propelente 100 disminuira y 5 el volumen de la burbuja de gas presurizado 203 aumentara.

Los elementos de la tomograffa termica 201 se pueden usar para recoger los datos de tomograffa que se pueden analizar para determinar la distribucion del propelente 202 dentro del conjunto de tanques de propelente 100. Los elemento de tomograffa termica 201 incluyen una pluralidad de emisores y una pluralidad de receptores, que 10 permiten la distribucion interna del lfquido a determinar a partir de la modificacion en la atenuacion experimentada por las ondas que viajan a lo largo de diferentes rutas del cuerpo del tanque de propelente 101, entre los distintos emisores y receptores.

Permitiendo la distribucion de propelente en el tanque de propelente 100 a determinar, las formas de realizacion de 15 la presente invencion pueden proporcionar un procedimiento mejorado de determinacion de los niveles de propelente restantes. Ser capaces de determinar con precision la cantidad de propelente restante puede permitir aumentar la duracion de la mision.

En la presente forma de realizacion se usa un procedimiento de tomograffa termica, y la pluralidad de elementos de 20 tomograffa 201 incluye una pluralidad de calentadores y una pluralidad de sensores de temperatura. Los calentadores pueden, por ejemplo ser resistentes a los elementos calefactores o a los calentadores Peltier. Los sensores de temperatura pueden, por ejemplo, ser termistores o termopares. Se pueden usar otros tipos de calentadores y sensores de temperatura.

25 Un beneficio adicional del uso de la termograffa termica es que los calentadores en la matriz de los elementos de tomograffa se pueden controlar para aplicar gradientes termicos para influir en la distribucion del propelente dentro de un tanque, por ejemplo para mover el propelente hacia unas caracterfsticas de coleccion en el cuerpo del tanque de propelente 101 como por ejemplo el PMD de control 110 y las paletas gufa 111, 112, 113. Controlar el propelente de esta forma puede aumentar la cantidad de propelente que se recupera a partir del tanque para el final de la vida 30 util.

En la presente forma de realizacion los elementos de tomograffa termica 201 estan dispuestos en una matriz regular de tiras, de las que solo una es visible en la fig. 2. Cada tira 201 incluye una pluralidad de elementos conectados a una superficie exterior del cuerpo. Sin embargo, la invencion no esta limitada a una matriz de tomograffa en las que 35 los elementos estan dispuestos en tiras. En general para la matriz de elementos de tomograffa termica se puede usar cualquier geometrfa, por ejemplo los elementos pueden separarse regular o irregularmente en cualquier direccion. Ademas, en otras formas de realizacion la pluralidad de los elementos de tomograffa termica puede disponerse alrededor del cuerpo 101 en una superficie interior del cuerpo 101, o en cavidades dentro de la pared del cuerpo 101. Cuando los elementos de tomograffa termica estan dispuestos en una superficie interior del cuerpo 101, 40 los elementos pueden estar en contacto fluido directo con el propelente, permitiendo el uso de tecnicas como por ejemplo la tomograffa de resistencia electrica. En dichas formas de realizacion, los elementos de tomograffa termica deben estar formados a partir de materiales que sean qufmicamente compatibles con el propelente.

Haciendo referencia ahora a la fig. 3 se ilustra una matriz de elementos de tomograffa termica dispuesta alrededor 45 del cuerpo de un tanque de propelente, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion. La figura 3 muestra una seccion transversal a traves de un conjunto de tanques de propelente 300 que comprende un cuerpo 301 y cuatro paletas gufa 311, 312, 313, 314 en el interior del cuerpo 301. Los elementos de tomograffa termica 302, 303 estan dispuestos en la superficie exterior del cuerpo 301 en proximidad a cada una de las paletas gufa 311, 312, 313, 314. En la presente forma de realizacion los elementos de tomograffa termica estan dispuestos en tiras, de 50 forma similar a la forma de realizacion de las figs. 1 y 2, con dos tiras de sensores 302, 303 dispuestas en proximidad a cada paleta gufa 311.

Cuando un conjunto de tanques de propelente incluye uno o mas PMD, por ejemplo las paletas gufa como se muestra en la fig. 3, la distribucion de propelente se concentrara alrededor de las paletas gufa, particularmente 55 cuando el tanque se aproxime al agotamiento. Proporcionar elementos de tomograffa termica que esten dispuestos en proximidad a los PMD tiene la ventaja de que la resolucion que se obtiene mediante la matriz de tomograffa mejora en las areas crfticas, donde existe una mayor variacion del perfil de la superficie de propelente.

Haciendo referencia ahora a la fig. 4, se ilustra la recogida de datos de tomograffa a partir de una matriz de 60 elementos de tomograffa termica dispuesta alrededor del cuerpo de un tanque de propelente, de acuerdo con una

forma de realizacion de la presente invencion. El diagrama de la izquierda en la fig. 4 ilustra una seccion transversal vertical a traves de un conjunto de tanques de propelente 400 y el diagrama de la derecha ilustra una seccion transversal horizontal a traves del conjunto de tanques de propelente 400, cuando el conjunto de tanques de propelente 400 esta en una posicion vertical.

5

Como se indica en la fig. 4 el conjunto de tanques de propelente 400 de la presente forma de realizacion comprende una matriz de elementos de tomograffa termica dispuesta en seis tiras verticales 402, 403 alrededor del cuerpo del tanque de propelente 401, cada tira incluyendo cinco elementos de tomograffa. Estos numeros son simplemente ilustrativos, y en otras formas de realizacion se pueden usar diferentes numeros de elementos de tomograffa termica 10 y/o se puede usar una geometrfa diferente para la matriz de tomograffa. Cada elemento de tomograffa termica puede ser emisor o receptor, o puede ser los dos, un emisor y un receptor.

En el ejemplo que se muestra en la fig. 4, un emisor en una tira 402 de elementos de tomograffa termica emite una serial termica mediante calentamiento o enfriamiento local, que es detectada por los receptores en otra tira 403. Esto 15 permite la atenuacion de la senal termica a determinar a lo largo de distintas rutas a traves del cuerpo 401. La matriz de tomograffa de los emisores y receptores puede medir la atenuacion de la senal termica entre distintos puntos alrededor del cuerpo 401 de un conjunto de tanques de propelente 400, y la atenuacion depende de la composicion que atraviese. La matriz de tomograffa se puede usar para obtener datos de tomograffa que incluyen informacion sobre la atenuacion entre diferentes puntos alrededor del cuerpo 401. Un algoritmo de tomograffa se puede usar 20 para reconstruir un mapa tridimensional del contenido del tanque de propelente a partir de los datos de tomograffa obtenidos.

Permitiendo la distribucion de propelente dentro del conjunto de tanques de propelente a determinar, las formas de realizacion de la presente invencion ofrecen varias ventajas sobre los procedimientos convencionales de calibracion 25 de propelente. Por ejemplo, la masa del propelente restante en el cuerpo del tanque de propelente se puede determinar calculando el volumen de propelente a partir del mapa tridimensional obtenido de los contenidos del tanque de propelente, y multiplicando el volumen de propelente por una densidad conocida del propelente. Esto puede proporcionar una medicion mas precisa de la masa de propelente que con los procedimientos convencionales.

30

Otra ventaja de la deteccion de la distribucion de propelente puede ser la validacion de un diseno de tanques de propelente, confirmando que el propelente esta distribuido en las localizaciones previstas dentro del cuerpo del tanque de propelente. Ademas, las formas de realizacion de la presente invencion pueden proporcionar una visualizacion de los residuos estaticos hacia el final de la vida util, que es propelente que no se puede eliminar de las 35 superficies del tanque.

Otra ventaja mas ofrecida por las formas de realizacion de la presente invencion es la capacidad de proporcionar monitorizacion en tiempo real de la distribucion de propelente durante las maniobras de la nave espacial. En particular, durante maniobras de la nave espacial de larga duracion los dispositivos de tratamiento de propelente 40 (PMD) dentro del cuerpo del tanque de propelente pueden agotarse o secarse. Cuando se usan procedimientos de calibracion de propelente, es una practica normal aplicar un margen de seguridad significativo en la duracion de la maniobra para permitir las incertidumbres en la distribucion de propelente. Sin embargo, mediante el uso de tomograffa para detectar la distribucion de propelente, las formas de realizacion de la presente invencion pueden proporcionar confirmacion en tiempo real de que los PMD permanecen humedos. Esto puede permitir maniobras de 45 larga duracion sin tener que incorporar dichos margenes de seguridad, ahorrando asf tiempo en las operaciones programadas de la nave espacial.

Haciendo referencia ahora a la fig. 5, se ilustra una matriz de elementos de tomograffa termica dispuesta alrededor del cuerpo del tanque de propelente, de acuerdo a una forma de realizacion de la presente invencion. Como en la 50 fig. 3, la fig. 5 muestra una seccion transversal a traves de un conjunto de tanques de propelente 500 que comprende un cuerpo 501 y cuatro paletas gufa 511, 512, 513, 514 en el interior del cuerpo 501. Los elementos de tomograffa termica 502, 503 estan dispuestos en la superficie exterior del cuerpo 501 en proximidad a cada una de las paletas gufa 511, 512, 513, 514. En la presente forma de realizacion los elementos de tomograffa termica 502, 503 estan dispuestos en tiras, de forma similar a la forma de realizacion de las figs. 1 y 4 con dos tiras dispuestas en 55 proximidad a cada paleta gufa 511, 512, 513, 514.

Los elementos de tomograffa termica incluyen una pluralidad de refrigeradores 502, dispuesta en proximidad a los PMD 511, 512, 513, 514, que en la presente invencion son paletas gufa. Los elementos de tomograffa termica tambien incluyen una pluralidad de calentadores 503, dispuesta alrededor del cuerpo 501 en localizaciones remotas 60 de los PMD 511, 512, 513, 514. Esto es, la pluralidad de refrigeradores 502 esta localizada mas cerca de los PMD

que la pluralidad de calentadores 503. La pluralidad de refrigeradores puede ser refrigeradores Peltier. Los calentadores y refrigeradores pueden denominarse elementos de control de la temperature.

En la presente forma de realizacion, la pluralidad de elementos de tomograffa termica 502, 503 se puede controlar 5 para redistribuir el propelente a una distribucion deseada en la que el propelente se concentra en los PMD 511, 512, 513, 514. Especfficamente, enfriando el refrigerador 502 localizado cerca de los PMD 511, 512, 513, 514 se puede controlar la pluralidad de los elementos de tomograffa termica 502, 503 mientras que se calientan los calentadores 503 localizados mas lejos de los PMD 511, 512, 513, 514. Esto reduce la temperatura de los PMD relativa a otras regiones en el conjunto de tanques de propelente 500, causando la condensacion de cualquier propelente restante 10 en los PMD 511, 512, 513, 514 y aumentando la cantidad de propelente que se puede extraer a medida que el tanque se vacfa.

En otras formas de realizacion una pluralidad de elementos de tomograffa termica puede incluir solo una pluralidad de calentadores o puede incluir solo una pluralidad de refrigeradores. En dichas formas de realizacion los elementos 15 de tomograffa aun pueden disponerse para que la pluralidad de los primeros elementos de tomograffa termica 502 este dispuesta en proximidad a uno o mas pMd y una pluralidad de segundos elementos de tomograffa termica 503 este dispuesta en localizaciones remotas de los PMD, de forma similar a la disposicion que se muestra en la fig. 5. Esto es, los primeros elementos de tomograffa termica 502 se pueden localizar mas cerca de los PMD que los segundos elementos de tomograffa termica 503. Cuando el primer y el segundo elemento de tomograffa termica 502, 20 503 son calentadores, los elementos de tomograffa termica se pueden controlar para redistribuir el propelente para que este mas cerca de los PMD solo calentando los segundos elementos de tomograffa termica 503, o calentando los segundos elementos de tomograffa 503 a una temperatura mayor que los primeros elementos de tomograffa termica 502. Por otra parte, cuando el primer y el segundo elemento de tomograffa termica 502, 503 son refrigeradores, los elementos de tomograffa termica se pueden controlar para redistribuir el propelente para que este 25 mas cerca de los PMD solo enfriando los primeros elementos de tomograffa termica 502, o enfriando los segundos elementos de tomograffa 503 a una temperatura menor que los primeros elementos de tomograffa termica 502. Ambos procedimientos de control pueden generar gradientes termicos dentro del conjunto de tanque de propelente 500 que causaran que se condense el propelente en los PMD, bajando la temperatura cerca de los PMD relativa a otras regiones en el conjunto de tanques de propelente 500.

30

La figura 6 es un diagrama de flujo que muestra un procedimiento para determinar una cantidad de propelente restante en un tanque de propelente, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion. En el primer paso S601, los datos de tomograffa se obtienen a partir de una pluralidad de elementos de tomograffa termica dispuesta en una superficie exterior de un cuerpo de un tanque de propelente de una nave espacial, por ejemplo un 35 conjunto de tanques de propelente como se muestra en cualquiera de las figs. de la 1 a la 5.

Despues, en el paso S602, la distribucion de propelente en el interior del tanque de propelente se determina basandose en los datos de tomograffa obtenidos. Aquf, el paso S602 de determinar la distribucion de propelente se puede realizar procesando los datos de tomograffa a bordo de la nave espacial usando un algoritmo de tomograffa. 40 De forma alternativa, los datos de tomograffa sin procesar se pueden transmitir desde la nave espacial hasta otro aparato, por ejemplo un modulo terrestre de analisis de datos de tomograffa, para su procesamiento.

Una vez se ha determinado la distribucion de propelente, la cantidad de propelente restante se puede determinar opcionalmente en el paso S603 basado en la distribucion determinada y una densidad conocida del propelente. 45 Especfficamente, el volumen de propelente se puede calcular a partir de la distribucion determinada y se puede multiplicar mediante la densidad del propelente para dar la masa del propelente restante.

La figura 7 es un diagrama de flujo que muestra un procedimiento de uso de elementos de tomograffa termica para redistribuir propelente en un cuerpo del tanque de propelente, de acuerdo a una forma de realizacion de la presente 50 invencion. El procedimiento se puede implementar usando cualquier conjunto de tanques de propelente que incluya una pluralidad de elementos de tomograffa termica. El procedimiento aprovecha una pluralidad de calentadores y/o una pluralidad de refrigeradores incluidas en los elementos de tomograffa termica como emisores, usando los calentadores para calentar localmente las regiones del conjunto de tanques de propelente y/o usando los refrigeradores para enfriar localmente las regiones del conjunto de tanques de propelente, para redistribuir el 55 propelente.

Primero, en el paso S701, los datos de tomograffa se obtienen a partir de la pluralidad de elementos de tomograffa termica, y en el paso S702 la distribucion de propelente en el interior del tanque de propelente se determina basandose en los datos de tomograffa obtenidos. Estos pasos pueden ser similares a los pasos S601 y S602 de la 60 fig. 6. Despues, en el paso S703, los calentadores y/o refrigeradores se controlan para redistribuir el propelente en el

interior del cuerpo del tanque de propelente mediante calentamiento y/o enfriamiento del propelente.

Para controlar los calentadores y/o refrigeradores para redistribuir el propelente, son posibles varias estrategias, como se describe anteriormente con referencia a la fig. 5. En la presente forma de realizacion, para una distribucion 5 deseada del propelente una pluralidad de calentadores se controla comparando la distribucion determinada en el paso S702, para identificar una o mas primeras regiones dentro del cuerpo del tanque de propelente que tiene una concentracion mayor de propelente en la distribucion determinada que en la distribucion deseada. Despues la pluralidad de calentadores se controla para calentar la region identificada o mas primeras regiones, mediante la activacion de los calentadores localizados mas cerca de la region identificada o del resto de las primeras regiones. 10 En lugar de, o mediante el control de una pluralidad de calentadores, se puede controlar una pluralidad de refrigeradores comparando la distribucion determinada en el paso S702 con la distribucion deseada de propelente, para identificar una o mas segundas regiones dentro del cuerpo del tanque de propelente que tiene una menor concentracion de propelente en la distribucion determinada que en la distribucion deseada. Despues la pluralidad de refrigeradores se controla para enfriar la region identificada o mas segundas regiones, mediante la activacion de los 15 refrigeradores localizados mas cerca de la region identificada o del resto de las segundas regiones.

En otras formas de realizacion se pueden usar procedimientos de control alternativos. Por ejemplo, se puede almacenar una pluralidad de calentadores predeterminados y/o esquemas de control del refrigerador, cada uno correspondiente a uno de una pluralidad de distribuciones predeterminadas distintas. Se puede seleccionar una de la 20 pluralidad de las distribuciones predeterminadas cercanas a la distribucion actual, como se determino en el paso S702, y se puede usar el esquema de control del calentador y/o refrigerador predeterminado con la distribucion seleccionada predeterminada para controlar los calentadores y/o refrigeradores. El esquema de control del calentador y/o refrigerador predeterminado puede, por ejemplo, identificar que calentador y/o refrigerador se debe encender, y a que temperatura cada calefactor o refrigerador se debe ajustar.

25

Despues de controlar los calentadores y/o refrigeradores, se obtienen los datos de tomograffa actualizados en el paso S704 y se determina una distribucion de propelente actualizado en el paso S705. Estos pasos pueden ser similares a los pasos S701 y S702. Despues, en el paso S706 se compara la distribucion de propelente actualizada a la distribucion deseada. Si la distribucion de propelente actualizada coincide con la distribucion deseada, ya sea 30 exactamente o dentro de un margen de error aceptable predeterminado, el procedimiento finaliza. Por otra parte, si se determina que no se ha alcanzado la distribucion deseada, el procedimiento vuelve al paso S703 y de nuevo controla selectivamente los calefactores para redistribuir mas el propelente.

Aquf, la distribucion deseada puede ser una distribucion en la que el propelente se distribuye en las localizaciones 35 previstas, por ejemplo en y alrededor de cualquier PMD incluido el interior del cuerpo del tanque de propelente. Ademas, aunque en la presente forma de realizacion se comprueba si se ha alcanzado la distribucion deseada, en otras formas de realizacion se puede asumir que el calentamiento selectivo del tanque de propelente ha tenido el efecto deseado, y los pasos S704 y S706 se pueden omitir.

40 Haciendo referencia ahora a la fig. 8, se ilustra un sistema para determinar una distribucion de propelente en un conjunto de tanque de propelente, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion. El sistema comprende un conjunto de tanques de propelente incluyendo una pluralidad de elementos de tomograffa termica 801, por ejemplo un conjunto de tanques de propelente como se indica en cualquiera de las figs. de la 1 a la 5. El sistema comprende ademas un modulo de control del elemento de tomograffa 802 dispuesto para controlar la 45 pluralidad de elementos de tomograffa termica 801 para obtener los datos de tomograffa, y un modulo de analisis de datos de tomograffa 803 dispuesto para recibir los datos de tomograffa obtenidos y para determinar una distribucion del propelente en el interior del tanque de propelente basado en los datos de tomograffa obtenidos. El conjunto de tanques de propelente incluyendo los elementos de tomograffa termica 801, el modulo de control del elemento de tomograffa 802 y el modulo de analisis de los datos de tomograffa 803 se incluyen a bordo de la misma nave 50 espacial 800. Se puede preferir esta disposicion cuando, por ejemplo, la nave espacial es tripulada y la tripulacion necesita acceso a los datos de tomograffa procesada, es decir, el mapa en 3 dimensiones determinado muestra una distribucion de propelente dentro del tanque de propelente.

Haciendo referencia ahora a la fig. 9, se ilustra un sistema para determinar una distribucion de propelente en un 55 conjunto de tanque de propelente, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion. El sistema es similar al de la fig. 8 excepto que en la presente forma de realizacion el conjunto de tanques de propelente incluye los elementos de tomograffa termica 901, y el modulo de control del elemento de tomograffa 902 se incluyen a bordo de la nave espacial 900, mientras que el modulo de analisis de datos de tomograffa 903 es un modulo terrestre para recibir los datos de tomograffa obtenidos a partir de la nave espacial 900.

Ademas, en el sistema de las figs. 8 y 9, el modulo de control del elemento de tomograffa 802, 902 se puede disponer para controlar la pluralidad de calentadores y/o refrigeradores para redistribuir el propelente en el interior del cuerpo del tanque de propelente mediante calentamiento del propelente, usando procedimientos como por ejemplo los que se describen anteriormente con referencia a las fig. 5 y 7.

5

Se entendera que la presente invencion se pueden aplicar a cualquier tipo de conjunto de tanques de propelente, y las formas de realizacion de la presente invencion no estan limitadas al diseno del tanque de propelente que se muestra en las figs. de la 1 a la 5.

10 Mientras que ciertas formas de realizacion de la presente invencion se han descrito anteriormente, se entendera que muchas variaciones y modificaciones son posibles sin alejarse del alcance de la invencion como se define en las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para controlar una distribucion de propelente (202) en un conjunto de tanques de propelente (100; 300; 400; 500) para una nave espacial (900), comprendiendo el sistema:

5

un cuerpo (101; 301; 401; 501) para contener el propelente; y

una pluralidad de elementos de tomograffa termica (201; 302, 303; 402, 403; 502, 503), incluyendo una pluralidad de elementos de control de la temperatura y una pluralidad de sensores de la temperatura, dispuestas alrededor del cuerpo para detectar la distribucion del propelente en el interior del cuerpo;

10

Caracterizado por que el sistema comprende ademas:

un modulo de control del elemento de tomograffa (802) dispuesto para controlar la pluralidad de los elementos de control de la temperatura para redistribuir el propelente en el interior del cuerpo del tanque de propelente mediante calentamiento y/o enfriamiento del propelente.

15
2. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 1 que comprende ademas: una salida de propelente (109); y

un dispositivo de tratamiento del propelente (110, 111, 112, 113; 311, 312, 313, 314; 511, 512, 513, 514) en el 20 interior del cuerpo, dispuesto para suministrar el propelente a la salida del propelente.
3. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 2, donde la pluralidad de sensores de temperatura esta dispuesta en proximidad al dispositivo de tratamiento del propelente.

25 4. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 2 o 3, donde la pluralidad de los elementos de control de la

temperatura incluye una pluralidad de enfriadores (502) dispuesta en proximidad al dispositivo de tratamiento del propelente.
5. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 2, 3 o 4, donde la pluralidad de los elementos de control 30 de la temperatura incluye una pluralidad de calentadores (503) dispuesta lejos del dispositivo de tratamiento del

propelente.
6. El sistema de cualquiera de cualquiera de las reivindicaciones de las reivindicaciones 2 a 5, donde el dispositivo de tratamiento de propelente comprende una o mas paletas (111, 112,113; 311, 312, 313, 314; 511, 512,

35 513, 514).
7. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la pluralidad de los elementos de tomograffa termica esta dispuesta en una superficie exterior del cuerpo.

40 8. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde el modulo de control del elemento de

tomograffa esta ademas dispuesto para controlar la pluralidad de elementos de tomograffa termica para obtener datos de tomograffa, y el sistema comprende ademas:

un modulo de analisis de datos de tomograffa (803) dispuesto para recibir los datos de tomograffa obtenidos y 45 determinar una distribucion del propelente en el interior del tanque de propelente basado en los datos de tomograffa obtenidos.
9. El sistema de la reivindicacion 8, comprendiendo la nave espacial, donde el conjunto de tanques de propelente, el modulo de control del elemento de tomograffa y el modulo de analisis de los datos de tomograffa se

50 incluyen a bordo de la nave espacial.
10. El sistema de la reivindicacion 8, comprendiendo la nave espacial, donde el conjunto de tanques de propelente y el modulo de control del elemento de tomograffa se incluyen a bordo de la nave espacial, y el modulo de analisis de datos de tomograffa es un modulo terrestre dispuesto para recibir los datos de tomograffa obtenidos a

55 partir de la nave espacial.
11. Un procedimiento para controlar la distribucion del propelente (202) en un conjunto de tanques de propelente (100; 300; 400; 500) para una nave espacial (900), el conjunto de tanques de propelente comprende un cuerpo (101; 301; 401; 501) para contener el propelente y una pluralidad de elementos de tomograffa termica (201;

60 302, 303; 402, 403; 502, 503), incluyendo una pluralidad de elementos de control de la temperatura y una pluralidad

de sensores de temperatura, dispuestas alrededor del cuerpo para detectar la distribucion del propelente en el interior del cuerpo, el procedimiento caracterizado por:

controlar la pluralidad de los elementos de control de la temperatura para redistribuir el propelente en el interior del 5 cuerpo del tanque de propelente mediante calentamiento y/o enfriamiento del propelente.
12. El procedimiento de la reivindicacion 11, donde antes de controlar la pluralidad de los elementos de control de la temperatura para redistribuir el propelente, el procedimiento comprende ademas:

10 obtener los datos de tomograffa a partir de la pluralidad de los elementos de tomograffa termica, y

determinar la distribucion de propelente en el interior del tanque de propelente basada en los datos de tomograffa obtenidos.
13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 12 que comprende ademas:

15

determinar una cantidad de propelente restante en el tanque de propelente basada en la distribucion determinada y una densidad conocida del propelente.
14. El procedimiento de la reivindicacion 11, 12 o 13 donde controlar la pluralidad de los elementos de 20 control de la temperatura para redistribuir el propelente comprende:

comparar la distribucion determinada en una distribucion deseada de propelente para identificar una o mas primeras regiones dentro del cuerpo del tanque de propelente que tiene una concentracion mayor de propelente en la distribucion determinada que en la distribucion deseada; y

25 controlar la pluralidad de elementos de control de la temperatura para calentar la region identificada o mas primeras regiones, y/o

donde controlar la pluralidad de los elementos de control de la temperatura para redistribuir el propelente comprende:

comparar la distribucion determinada en una distribucion deseada de propelente para identificar una o mas segunda 30 regiones dentro del cuerpo del tanque de propelente que tiene una concentracion menor de propelente en la distribucion determinada que en la distribucion deseada; y

controlar la pluralidad de elementos de control de la temperatura para enfriar la region identificada o mas segundas regiones.

35 15. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, que comprende ademas:

obtener los datos de tomograffa actualizados a partir de la pluralidad de elementos de tomograffa termica, despues de controlar la pluralidad de los elementos de control de la temperatura para redistribuir el propelente en el interior del cuerpo del tanque de propelente; y 40

determinar una distribucion actualizada del propelente en el interior del tanque de propelente basada en los datos de tomograffa obtenidos.