Диссертация (Система генерирования электроэнергии с увеличенным сроком активного существования для малого космического аппарата), страница 4

Аппараты массой до 1 т, созданные с использованиемсовременных технологий, могут выполнять те же функции, что и тяжелые 5-820тонные спутники разработки 90-х годов. В основу концепции положены трисоставляющие:- применение в качестве средств вывода малых космических аппаратов наорбиту ракетоносителей, созданных на базе снимаемых с боевого дежурствамежконтинентальных баллистических ракет (МБР);- использование унифицированных космических платформ для созданиясемейства современных малогабаритных КА различного назначения;- оптимальное сочетание характеристик и стоимости разработок благодаряиспользованию новых технологий и накопленного научно-технического задела.1.2.1Функциональноерешениепосредствамвыводамалыхкосмических аппаратов на орбиту ЗемлиМалая масса такого аппарата как «Кондор-Э» (850 кг) дает возможностьиспользовать при выведении спутника на орбиту относительно недорогие ракетыносители легкого класса.

Специально для этих целей НПО Машиностроенияпредложило примененять разработанный ракетоноситель легкого класса «Стрела»на базе МБР РС-18, западное обозначение «SS-19 Stiletto» (пр-ва НПОМашиностроения), выводимый из боевого дежурства. Ракетоноситель (РН)«Стрела» на сегодня является носителем с приемлемой стоимостью, высокойэкономической эффективностью и надежностью.Первый запуск РН «Стрела» состоялся в декабре 2003 года из шахтнойпусковой установки космодрома Байконур. В ходе пуска на околоземную орбитувысотой 458 км, наклонением 67 град.

выведен прототип МКА «Кондор-Э».Погрешность вывода КА составила, менее 1 % высоты орбиты и 0,05 град.наклонения орбиты.21Удачный пробный пуск с макетом космического аппарата и пуск с КА«Кондор-Э», подтвердил правильность принятого решения.1.2.2Создание системы генерирования электроэнергии в частиунифицированной космической платформыУнифицированная космическая платформа (УКП) создавалась в качествебазовой конструкции целого семейства малых (массой до 1000 кг, САС до 7 лет)космических аппаратов наблюдения Земной поверхности, в первую очередь соптико-электронной и радиолокационной целевой аппаратурой.Выбранагоризонтальнаякомпоновочнаясхема,впереднейчастиплатформы предусмотрено внутреннее пространство для модуля полезнойнагрузки, а оптическая система или антенная система радиолокатора могутустанавливаться на переднем торце платформы.Двигательнаяустановкапредставляетсобойотдельныймодуль,установленный на заднем торце платформы.

На рис. 1.1. представлен общий видУКП.Система генерирования электроэнергиипредназначена для обеспеченияпри наземных испытаниях и в процессе летной эксплуатации бортовых системизделия электрической энергией постоянного тока напряжением (28,0  0,5) В насвоих выходных шинах мощностью в соответствии с режимами работы изделия.Принцип построения СГЭ основан на использовании в качестве первичногоисточника электрической энергии – батареи солнечной с фотоэлектрическимипреобразователями, в качестве накопителя энергии – батареи химическихаккумуляторов, а также электронных регуляторов, позволяющих обеспечитьвысокое качество электрической энергии, оптимальное использование СБ и АБ,модульное построение СГЭ.22АРККомпенсационныйэлектромагнитАБСистема ориентациии стабилизации_____________Рисунок 1.1.

Общий вид унифицированной космической платформы23Принциппостроенияинеобходимостьобеспеченияпоказателейнадежности определили построение СГЭ из четырех параллельно включенныхна общую шину одинаковых энергетических подсистем. В каждую подсистемувходитоднаАБиоднозарядно-разрядноеустройствоаппаратурырегулирования и контроля.Исходя из выбранной схемы построения, в состав СГЭ входят следующиесоставные части:- солнечная батарея;- система управления поворотами СБ;- батарея химических аккумуляторов;- аппаратура регулирования и контроля;- межблочная кабельная сеть.Конструктивно СБ состоит из двух независимых друг от друга«крыльев»: правого и левого, расположенных на внешних сторонах правой илевой панелей УКП.В состав каждого «крыла» СБ входят четыре углепластиковые панели сустановленными на сетеполотно ФЭП; рама; электроприводы крена и тангажа;система раскрытия; крепление крыла СБ в пакет и к корпусу изделия;электрооборудование крыла СБ.СУП БС предназначена для обеспечения раскрытия и поворотов СБ покрену и тангажу.В состав СУП БС входят: два электропривода поворотов СБ по крену; дваэлектропривода поворотов СБ по тангажу; блок управления электроприводами.Управление электроприводами осуществляется по двум независимым каналам.При необходимости СГЭ УКП может быть модернизирована, в том числев части увеличения средневитковой располагаемой мощности, а также срокаактивного функционирования.Обеспечение высокого ресурса работы СГЭ (до 11лет) должнопредусматривать организацию таких условий ее работы, при которыхобеспечивается минимальная деградация ФЭП и АБ.

Обеспечение высокого24ресурса АРК достигается применением элементной базы с максимальнымразрешенным ресурсом работы, введением «холодного» резерва наиболеересурсно-уязвимых функциональных узлов АРК, а также применения такогоспособа резервирования, как метод глубокого секционирования.1.3Путиулучшениятактико-техническиххарактеристиксистемыгенерирования электроэнергияПути, по которым должно проводиться улучшение показателей этихсистем, являлись предметом дискуссии на всероссийских научно-техническихсеминарах по СГЭ. В ряде работ делается предложение о переходе на выходноенапряжение постоянного тока до 230-250 В.

Однако источники электропитания,работающие от такой сети постоянного тока, должны быть выполнены на базеинверторов, что не позволяет получить на выходе СГЭ напряжения снеобходимыми уровнями гармонических составляющих, при выполненииограничений по массе и объёму СГЭ. Уровень помех на выходе СГЭ в этомслучае составляет не менее 10 %.Создание мощных высоковольтных источников электропитания на базерегулируемых инверторов с прямоугольной формой напряжения связано струдностямипередачиэтогонапряжениячерезвысоковольтныйтрансформатор, так как влияние паразитных параметров первичной обмотки нацепьпервичнойобмоткипропорциональноквадратукоэффициентатрансформации.

Поэтому даже при относительно небольшой собственнойёмкости вторичной обмотки, но при высоком коэффициенте трансформации,высокой частоте преобразования, и крутом фронте напряжения существенновозрастает значение тока зарядки собственной ёмкости вторичной обмотки.При работе на выпрямитель с емкостным фильтром в пусковых режимах и припереключениях протекают большие токи в диодах выпрямителя и втранзисторах инвертора. Одним из путей решения проблемы передачиэлектроэнергии через высоковольтный трансформатор является использованиесинусоидальной или колоколообразной формы напряжения. Такая форма25напряжения на первичной обмотке высоковольтного трансформатора должнабытьобеспеченаприизменениинагрузкивширокихпределах(отмаксимальной до нуля).Влияние выбросов напряжения источников электропитания можноустранитьпередатчикасинхронизациейилипереключенияповышениемчастотытранзисторовинверторовпреобразованиядоотуровня,обеспечивающего вывод выбросов за диапазон доплеровских частот.

Вограниченных объёмах с учётом уровня развития компонентной базывысоковольтных источников обычно используется первый способ. Выбороптимального варианта для построения источника электропитания на базеинвертора с выходной мощностью до 60 кВт при напряжении до 30 В требуетпроведения дальнейших исследований.При возникновении аварийных режимов необходима защита нагрузки иисточников электропитания. Эта защита наиболее актуальна в мощныхвысоковольтных устройствах.НПО «Полюс» разработано устройство защиты цепей СГЭ и системыавтономного электроснабжения от короткого замыкания на выходе.

Устройствозащиты выполнено на базе тиристоров, закорачивающих первичную сетьэлектроснабжения с последующим разрывом аварийной цепи контактнойаппаратурой. В качестве датчика короткого замыкания используется диоднаяоптопара с высоковольтной развязкой на базе световода или реле на базегеркона с высоковольтной изоляцией.В состав аппаратуры входят устройства, требующие высокостабильныхбалансных напряжений. Так, для навигационной аппаратуры требуетсянапряжение ±10 В с допустимой нестабильностью ±0.002 В при всех условияхэксплуатации. Получение таких прецизионных напряжений потребовалоразработки термостатитующего устройства для поддержания неизменнойтемпературы компонентов схемы источника электропитания.