Орлов А.Г., Севастьянов Н.Н. Бортовой ретрансляционный комплекс (БРК) спутника связи. Принципы работы, построение, параметры (2014) (1152061), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Такой подход позволил обеспечить единство характеристикэлементов и адекватных им технологий, что особенно важно для микроэлектроники; сократить номенклатуру компонентов для интеграции; обеспечить высокиетребования к электрическим характеристикам и их устойчивости к различнымвоздействиям среды на оборудование БРК в ходе наземной отработки и эксплуатации (механические, тепловые, радиационные, электромагнитные воздействия).Следует отметить, что при создании БРК «Ямал-100» впервые в отечественнойпрактике была решена задача обеспечения функционирования всего оборудованияв условиях негерметизированной платформы. В предшествующих отечественныхКА эта задача решалась либо частично (например, в УМ КА «Молния-3»), либовесь РТР размещался в гермоконтейнере (КА «Радуга», «Горизонт»).При создании БРК «Ямал-100» для реализации описанной выше структурнойсхемы впервые были применены широко используемые и сегодня новые СВЧкомпоненты: входные и выходные многоканальные СВЧ мультиплексоры, электромеханические СВЧ коммутаторы, специальные СВЧ циркуляторы и поглощающие нагрузки.Особо следует остановиться на выборе ключевого элемента БРК – усилителемощности.
Известно, что в современных многоствольных БРК с высокими энергетическими характеристиками используются выходные усилители мощности наЛБВ. Использовались они и в упоминавшихся ранее БРК отечественных КА связи(«Молния-3», «Радуга», «Горизонт»). Однако к моменту создания БРК «Ямал-100»УЛБВ с повышенными ресурсными характеристиками (10 лет и выше) толькобыли разработаны и, по существу, проходили либо летную квалификацию, либоопытную эксплуатацию в рамках продвинутых зарубежных программ «Intelsat»,«Eutelsat» и др. Кроме того, УЛБВ принципиально содержат высоковольтные цепи и требуют тщательного контроля в зоне размещения на платформе КА остаточного давления газовой среды, материалов и технологии монтажа.
Учитываяновизну и оригинальность платформы КА «Ямал-100», в качестве УМ для БРК166«Ямал-100» были выбраны твердотельные усилители, разработанные и производимые японской фирмой NEC. Преимущества этих усилителей: отсутствие высоковольтного питания и, как следствие, безопасность в условиях любых пониженных давлений, окружающих материалов и неотработанных технологий, существенно меньшие массы и габариты (важные для создания проектных запасов),повышенная гарантированная линейность, 10-летний ресурс с высокой надежностью и имевшаяся на момент поставки положительная летная квалификация.9.1.3.
НадежностьИзвестно, что в области обеспечения надежности и ресурса отечественные КАсвязи существенно уступали зарубежным. Более того, аппаратура БРК считаласьсамой слабой и ненадежной из подсистем КА.Поэтому при создании БРК КА «Ямал-100» этому уделялось первостепенноевнимание. Надежностные и ресурсные характеристики обеспечивались реализацией следующих мероприятий:– выбранная схемотехника привела к сокращению количества используемых,особенно активных компонентов;– выбранные электронные компоненты комплектовались радиоэлементами,соответствующими космическим требованиям Mil или Space стандартов;– компоненты поставлялись в виде функционально и конструктивно законченных единиц, которые подвергались при наземной квалификации всесторонним повышенным испытаниям на электрические, механические, тепловые требования;– все компоненты прошли квалификацию по подобию, т.е. их летные аналогидолжны были иметь не только наземную, но и летную квалификацию;– все этапы проектирования и изготовления поставляемого зарубежнымифирмами оборудования (EQSR, CDR, TRR и т.д.) принимались заказчиком с участием разработчиков;– монтаж оборудования на платформе или промежуточных конструктивах(сборках) проводился в соответствии с конструкторско-технологической документацией разработчика, составленной на основании инструкций по эксплуатации – user(ов) – изготовителя и поставщика оборудования.Впервые в отечественной практике в аппаратуре РТР БРК были разработаныэффективные методы «скользящего» резервирования усилителей мощности набазе высоконадежных СВЧ переключателей, дающие значительный выигрыш помассе и надежности.
Ранее в отечественных БРК использовалось только резервирование 1:1 на базе ферритовых переключателей на два положения. В БРК«Ямал» применено резервирование 5:1, т.е. на 10 активных УМ использовано2 резервных.1679.1.4. Проведение работ по изучению процессов работы БРКв условиях платформы КА «Ямал»Для создания БРК «Ямал-100» с повышенными функциональными характеристиками, в частности входными шумами РТР и увеличенным ресурсом, былпроведен ряд исследований, направленных на углубленное изучение и уточнение процессов работы БРК в составе новой платформы КА «Ямал-100». Срединих следующие:a) оценка влияния работы плазмы двигателей СПД на работу РТР. Было известно, что плазменная струя таких двигателей может являться при неблагоприятном расположении источником внешнего шума и ухудшить входной шум РТРдо недопустимого уровня. Данная работа проводилась с участием ученых филиала АН СССР (Фрязино), кафедр МФТИ, МАИ.
В ходе исследований было показано, что для исключения появления дополнительного шума необходимо соблюдать определенные требования к режиму СПД и его источников питания, а такжевзаимную геометрию расположения СПД и антенн БРК. Выработанные рекомендации были реализованы в практической конструкции и компоновке БРК;b) при разработке БРК «Ямал-100» были глубоко изучены вопросы возникновения и влияния так называемых мультипакторных (по отечественной терминологиирезонансных) разрядов, возникающих в вакууме в устройствах с высокими напряженностями электрических полей (таких как СВЧ резонаторы, тракты АФУ).
Этиразряды возникают из взаимодействия электронов вторичной электронной эмиссиис электромагнитными полями. Их появление может резко ухудшить функциональные характеристики БРК (внести дополнительные потери и шумы), вызвать деструктивные изменения в материалах трактов (например, ухудшить качество покрытий) и даже спровоцировать, из-за дополнительного газовыделения, газовыеразряды. Зарубежные производители радиооборудования, работающего на высокихмощностях (таких как выходные мультиплексоры, тракты АФУ, усилители мощности) обязательно квалифицируют его на отсутствие данных разрядов.При создании БРК «Ямал-100» были разработаны собственные специальныеустановки и методики, с помощью которых проводились исследования и испытания в вакуумных камерах ЦНИИмаш трактов АФУ, разработанных РКК«Энергия», и были показаны их устойчивость и наличие необходимых запасовпо этому фактору;c) проектирование БРК «Ямал» велось с учетом влияния пассивной интермодуляции. Пассивная интермодуляция (PIM) как физическое явление характерна длямногоствольных ретрансляторов, когда суммарная мощность многочастотногосигнала проходит через общий тракт (например, выходных трактов мультиплексоров, трактов АФУ, соединительных линий передачи, связывающих выходные тракты РТР и АФУ).
При этом, особенно в пиках напряженностей электрического многочастотного сигнала, могут возникать нелинейные процессы в местах контактныхсоединений в трактах, в паразитных загрязняющих пленках и т.д. Из-за нелинейного взаимодействия сигналов возникают интермодуляционные продукты, могущие168попасть через приемную антенну БРК в приемное устройство РТР БРК и существенно ухудшить спектральные характеристики БРК или даже, в предельном случае, заблокировать приемник РТР. Зарубежные производители БРК (особенно американские) давно столкнулись с этим явлением и тщательно отрабатывают его наэтапах проектирования, конструирования и производства.
К сожалению, наши разработчики БРК это практически не учитывали, по-видимому, благодаря малоствольности и невысокой суммарной мощности, благоприятному частотному плану, недостаточно высоким требованиям к спектральной частоте стволов катастрофических проявлений влияния PIM в отечественных КА не было. Однако из-заувеличения многоствольности и мощности выходных сигналов и повышенныхтребований к шумам и спектральным характеристикам возможность появленияPIM в БРК «Ямал-100» нельзя было игнорировать. Для уменьшения влияния PIM вБРК «Ямал-100» было использовано: разделение антенн на приемную и передающую, обеспечение производственной чистоты трактов передачи и зеркал АФУ,строгое нормирование пространственной развязки между антеннами, установка ввыходных мультиплексорах специальных фильтров низких частот, тщательныйконтроль выходных спектров сигналов при наземных испытаниях БРК в БЭК;d) влияние пониженных давлений: поскольку оборудование БРК «Ямал-100»впервые в полном объеме функционировало в негерметичных условиях, вопросывлияния вакуумной космической среды тщательно изучались, в том числе с учетомзарубежного опыта.
Во всех блоках и устройствах предусматривались вакуумныеотверстия, совместимые с требованиями ЭМС. В устройствах высокой мощностиэто делалось для ускорения откачки остаточной среды и предотвращения газовыхразрядов, в маломощных устройствах (например, приемных устройствах РТР) –для откачки вредной агрессивной среды, которая создается в замкнутых объёмахблоков и может вызвать преждевременные отказы оборудования.Наличие вентиляции в аппаратуре БРК предъявляло жесткие требования квнешней среде в условиях производства и испытаний по чистоте помещений ивлажности, что было необычным и нехарактерным даже для отечественнойпроизводственной практики.9.1.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
