Автореферат (Разработка методики проектирования многослойных экранов комбинированных линий связи для космических бортовых электротехнических комплексов)

На правах рукописиМарченко Михаил ВладимировичРАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯМНОГОСЛОЙНЫХ ЭКРАНОВ КОМБИНИРОВАННЫХЛИНИЙ СВЯЗИ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ БОРТОВЫХЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ.Специальность 05.09.03 «Электротехнические комплексыи системы»Автореферат диссертации на соискание ученойстепени кандидата технических наукМосква  2012Работа выполнена на кафедре «Теоретическая электротехника» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский авиационный институт(национальный исследовательский университет)»Научный руководитель: доктор технических наук, профессорКириллов Владимир ЮрьевичОфициальные оппоненты:доктор технических наук, лауреат премии Правительства РФпрофессор НИУ ВШЭ МИЭМСаенко Владимир Степановичдоктор технических наук, доцент,директор ФГБУ «НИИ МЭИИТ»Соколов Алексей БорисовичВедущая организация ФГУП «Московское опытно-конструкторское бюро«Марс»Защита состоится "27" ноября 2012г.

в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.125.01 при Московском авиационном институте (национальном исследовательском университете) «МАИ» по адресу: 125993,г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского авиационного института (национального исследовательского университета) «МАИ»Автореферат разослан "__"________2012г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.125.07кандидат технических наук, доцентА.Б. КондратьевОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы диссертационной работыСоздание малых космических аппаратов (КА), с проектной массой 4001200 кг, и перспективных микроспутников (10-100 кг) предъявляет жесткиемассогабаритные ограничения на применяемые в их составе электротехнические комплексы.

На сегодняшний день масса бортовых кабельных сетей дляроссийских КА составляет от 15 до 35 % от общей массы КА. Для сравнения- у иностранных КА встречаются образцы с массой бортовой кабельной сетименее 3 %. Масса экранов кабельных линий электротехнических комплексовКА составляет от 3 до 19 % от их общей массы. В работе впервые решаетсяпроблема определения конструкционных характеристик экранов комбинированных бортовых кабельных сетей, обладающих минимальными массогабаритными показателями, при обеспечении комплексных требований на нормируемые уровни электромагнитных помех в информационных и/или силовых цепях.

Создание методики проектирования многослойных экранов кабельных линий на основе требований по электромагнитной совместимости(ЭМС) на электротехнический комплекс КА даст возможность достичь массогабаритных показателей, сравнимых с зарубежными аналогами, а в отдельных случаях, устранить проблему недостаточного экранирования критических цепей, встречающуюся в промышленности.Объект исследования: комбинированные линии связи с многослойнымрасщепленным экранированием, объединяющие питающие и информационные кабели, применяемые в составе бортовых электротехнических комплексов.Предмет исследования: минимизация массогабаритных показателейэкранов комбинированных линий связи при ограничениях на уровни электромагнитных помех в информационных цепях и создание алгоритмов для ихоптимального проектирования.Проблемам электромагнитной совместимости и стойкости электротехнических систем посвящены работы Л.Н.

Кечиева, В.П. Булекова, Н.В. Балюк, Е.Д. Пожидаева, В.С. Саенко, С.И. Комягина, А.Б. Соколова, С.Б. Резникова, В.В. Бочарова, В.Ю. Кириллова, Л.О. Мыровой, Б.Б. Акбашева, П.В.Степанова, Э. Вэнса, Т. Уилльямса, Дж. Барнса.Цель диссертационной работыЦелью диссертационной работы является разработка методики проектирования многослойных экранов комбинированных линий связи, которые приминимальной массе обеспечивают стойкость бортовых электротехническихкомплексов КА, работающих в сложной электромагнитной обстановке.Для достижения поставленной цели:исследована физическая природа проникновения, распространения ивоздействия электромагнитных помех на бортовой электротехническийкомплекс; сформулированы обобщенные исходные данные по электромагнитной обстановке на борту КА; требование по стойкости бортовыхэлектротехнических систем сформулированы в терминах вероятностнопараметрического подхода;классифицированы применяемые экраны для бортовой кабельной сети иисследованы резонансные свойства экранированных линий связи;на основе математической модели экранов бортовых кабелей с распределенными параметрами исследованы переходные процессы токов в нихпри воздействии электромагнитных полей;разработаны: методика определения параметров плетеных многослойныхэкранов кабелей и методика проектирования плетеных многослойных экранов комбинированных кабелей с расщепленным экранированием наоснове требований электромагнитной совместимости;исследованы зависимости эффективности экранирования бортовых кабелей от величины переходного сопротивления;экспериментально исследована и расчетно-экспериментальным путемподтверждена стойкость бортового комплекса управления к воздействиюэлектростатических разрядов на примере конкретного космического аппарата.Методы исследованияПри решении сформулированных задач использовались: методы теоре-тической электротехники, теория электромагнитной совместимости технических средств, теория вероятностей, методы оптимизации, а также теориядифференциальных уравнений и операционное исчисление.Научная новизна диссертационной работыНаучная новизна работы заключается в следующем:1.

Получена аналитическая зависимость, описывающая переходныепроцессы, возникающие в экране бортового кабеля, образующего относительно металлических конструкций КА цепь с распределенными параметрами, при воздействии однородного магнитного поля.2. Разработана методика определения параметров плетеных многослойных экранов кабелей на основе ограничений по амплитуде напряжения иэнергии электромагнитных помех в их линиях связи. Входными даннымиалгоритма является электромагнитная обстановка, заданная в виде индуцированных токов, возникающих на экранах кабелей под воздействием электромагнитных помех - периодических полей и токов, а так же электромагнитныхимпульсов.3. Разработана методика проектирования плетеных многослойных экранов комбинированных кабелей с расщепленным экранированием, предназначенная для минимизации массы при обеспечении стойкости бортовыхэлектротехнических комплексов к электромагнитным воздействиям (см.

п. 2).В соответствии с методикой определяются параметры внутренних экрановдля требуемого количества питающих и/или информационных линий и параметры внешнего экрана комбинированного бортового кабеля.4. Исследована зависимость эффективности экранирования бортовыхкабелей от технологии соединения экрана и разъемов при воздействии электростатических разрядов.5. Разработана методика экспериментальных исследований стойкостисистем космических аппаратов при воздействии электростатических разрядов.Достоверность научных положений и выводов диссертации подтверждена использованием известных аналитических соотношений и хорошимсогласованием результатов теоретических и экспериментальных исследований.Практическая полезность работы1. Разработано программное обеспечение, реализующее методики определения параметров плетеных многослойных экранов комбинированныхкабелей. Программное обеспечение использовано для определения параметров экранирующих оболочек бортовой кабельной сети, обладающих минимально возможной массой, на этапе технического проектирования космического аппарата.2.

Создан и аттестован стенд, позволяющий с низкой погрешностьюизмерять параметры, определяющие эффективность экранирования образцовбортовых кабелей при воздействии электростатических разрядов и уровнинаведенных электромагнитных помех.3. В результате проведенных исследований получены зависимости эффективности экранирования бортовых кабелей от величины переходного сопротивления экран-разъем для кабелей с различной технологией заделки привоздействии на них электростатических разрядов.

На основании результатовисследований сформулированы практические рекомендации по технологииизготовления бортовой кабельной сети ряда КА («KazSat-2», «ЭкспрессМД2» и др.).4. В соответствии с разработанной методикой в результате многоэтапных испытаний подтверждена стойкость бортового комплекса управленияКА «KazSat-2» к электростатическим разрядам, возникающим на космическом аппарате при натурной эксплуатации.Реализация и внедрение основных результатов работыНаучные результаты диссертационной работы внедрены в технологиипроектирования и испытания космической техники на предприятиях ФГУП«МОКБ «Марс» и ФГУП «ГКНПЦ им.