Диссертация (Система генерирования электроэнергии с увеличенным сроком активного существования для малого космического аппарата)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего профессионального образования«Национальный исследовательский университет «МЭИ»На правах рукописиТАРАСОВ ВЯЧЕСЛАВ СЕРГЕЕВИЧСИСТЕМА ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ С УВЕЛИЧЕННЫМСРОКОМ АКТИВНОГО СУЩЕСТВОВАНИЯ ДЛЯ МАЛОГОКОСМИЧЕСКОГО АППАРАТАСпециальность 05.09.03 Электротехнические комплексы и системыдиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководительд. т.

н., профессор, академик АЭН РФЕременко Владимир ГригорьевичМосква — 20152ОглавлениеВведение…………………………………………………………...……..……..……....6Глава 1 Перспективы развития систем генерированияэлектроэнергии космических аппаратов………...………………..……….………...141.1 Анализ современного состояния систем генерированияэлектроэнергии космических аппаратов...............................................................141.2 Концепция прагматичного космоса.................................................................191.2.1 Функциональное решение по средствам выводамалых космических аппаратов на орбиту Земли.......................................201.2.2 Создание системы генерирования электроэнергии вчасти унифицированной космической платформы....................................211.3 Пути улучшения тактико-технических характеристиксистемы генерирования электроэнергия…………………………...……….…...241.4 Основные типы электрохимических аккумулирующихсистем для космических аппаратов……….………..…….…….............….…….261.4.1 Общие сведения…………………………...………………….........…261.4.2 Никель-кадмиевая электрохимическая система…….…...........…....261.4.3 Никель-водородная электрохимическая система……..…………....331.4.4 Никель-металлогидридная электрохимическая система...………...351.4.5 Литий-ионная электрохимическая система……….………………..391.5 Выбор аккумуляторной батареи для проектируемого малогокосмического аппарата…………………………………………………...……...45Выводы по Главе 1…………………..…………………………………....………48Глава 2 Исследование опытного образцаникель-металлогидридной аккумуляторной батареи в условиях,максимально приближенным к штатной эксплуатации............................................5032.1 Задачи и методика термовакуумных испытанийникель-металлогидридного аккумулятора …...................................................502.2 Особенности разработанной методикитермовакуумных испытаний………………….…………………………………..522.3 Результаты термовакуумных испытаний опытного образцаникель-металлогидридного аккумулятора............................................................572.4 Расчет требуемой установленной емкостиаккумуляторной батареи…….................................................................................752.5 Требования по тепловыделению аккумуляторной батареи...........................782.6 Требования по надежности аккумуляторной батареи...................................80Выводы по Главе 2..................................................................................................83Глава 3 Исследование электромагнитной совместимостиаккумуляторной батареи и оборудования космического аппарата ………...…853.1 Обоснование необходимости компенсации магнитного полякосмического аппарата и постановка задачи исследования......................................853.2 Особенности методики измерения магнитного поляаккумуляторной батареи...............................................................................863.3 Результаты исследование влияния электромагнитнойсовместимости аккумуляторной батареи на оборудованиекосмического аппарата.................................................................................883.4Расчет компенсационного электромагнитногоисполнительного органа………...……………………..…………………...983.5Моделирование движения проектируемого малогокосмического аппарата относительно центра масс……….………….….1033.5.1 Математическая модель магнитногополя Земли…………………………………………………….…10443.5.2 Особенности моделирования движениямалого космического аппарата относительноцентра масс....................................................................................1063.5.3 Результаты моделирования движениямалого космического аппарата относительноцентра масс....................................................................................112Выводы по Главе 3................................................................................................118Глава 4 Работа нового типа аккумуляторных батарей совместно ссистемой генерирования и контроля ..................................................................1204.1 Назначение и задачи аппаратуры регулированияи контроля………………...…………………………………………....….1214.2 Анализ функций аппаратуры регулирования и контроля.................1224.3 Работа аппаратуры регулирования и контроля...................................1274.4 Алгоритм управления и контроля аккумуляторной батареи............1294.4.1 Заряд БХА.....................................................................................1314.4.2 Разряд БХА....................................................................................1334.4.3 Ограничение нагрузки.................................................................135Выводы по Главе 4................................................................................................136Глава 5 Физическая реализация и эксплуатация системыгенерирования электроэнергии с никель-металлогидриднымиаккумуляторными батареями.....................................................................................1375.1 Запуск на орбиту Земли космического аппарата «Кондор-Э»с никель-металлогидридными аккумуляторными батареями...........................13755.2 Предназначение выведенного на Земную орбиту малогокосмического аппарата «Кондор-Э»....................................................................1375.3 Эксплуатация аккумуляторных батарей на участке выведения,начальном участке и в орбитальном полете космического аппарата……….........139Выводы по Главе 5................................................................................................141Заключение...................................................................................................................142Библиографический список использованных источников......................................144Список используемых сокращений...........................................................................150Приложение А.

Основные технические требования аккумуляторнойбатареи для малого космического аппарата «Кондор-Э»…………….…………...152Приложение Б. Результаты термовакуумных испытанийникель-металлогидридной аккумуляторной батареи для малогокосмического аппарата «Кондор-Э»..........................................................................155Приложение В. Методика и протокол испытания магнитных моментоваккумуляторной батареи 19 НМГ 20……………………………............................195Приложение Г. Блок схемы алгоритмов управления и контроляаккумуляторной батареи 19НМГ-20…………….........................................................200Приложение Д.

Акт о внедрении результатов диссертационной работы...............2216ВВЕДЕНИЕАктуальность темы. В настоящее время многие государства имеют накосмических орбитах аппараты собственных разработок, большое количествостран использует космические аппараты (КА) на основе аренды для решениясвоих задач.Направленияразвитияисовершенствованиятехническихиэксплуатационных характеристик КА разработаны и изложены в Федеральнойкосмической программе, утвержденной Правительством РФ, программах Военнокосмических сил и технических заданиях на разработку вновь проектируемых КА.Главной целью программ и технических заданий является удовлетворениерастущих потребностей государственных структур, регионов и населения страныв космических средствах и услугах на основе расширения и повышенияэффективности использования космического пространства для решения стоящихперед Россией задач в экономической, социальной, научной, культурной и другихобластях деятельности, а также в интересах безопасности страны, расширениямеждународного сотрудничества в области космической деятельности ивыполнения международных обязательств Россией в этой области.ПриэтомпостоянноповышаютсятребованиякКА:увеличениеинформационной пропускной способности и сроков активного существования(САС), снижение времени разработки и изготовления, уменьшения стоимостисоздания новых КА.

Для спутников, таких как «Ресурс-ДК1» (масса 6,5 тонн),предназначенных для дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), срок активногосуществования 3 года уже не удовлетворяют поставленным задачам. РешениезадачсозданияменеепроизводительныхКАэнергозатратных,предопределяетэкологическинеобходимостьчистых,болеесовершенствованияхарактеристик бортовых систем путем поиска оригинальных техническихподходов и решений.В начале 90-х годов развитие космическойэкономическогокризисаихроническоготехники в условияхнедофинансированияотраслипотребовало принятия новых концептуальных решений.