Научная статья на тему 'Развитие системы электропитания для малых космических аппаратов'

Развитие системы электропитания для малых космических аппаратов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
571
158
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Журавлёв А.В., Козлов Р.В., Лукьяненко М.В.

Описываются текущее состояние и тенденции развития систем электропитания для малых космических аппаратов, их достоинства и недостатки. Приводятся сравнительные характеристики различных типов фотопреобразователей и аккумуляторных батарей. Указываются пути повышения эффективности систем электропитания космических аппаратов с негерметичным приборным отсеком.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Журавлёв А.В., Козлов Р.В., Лукьяненко М.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Развитие системы электропитания для малых космических аппаратов»

Секция «Автоматика и электроника»

- организация автономного контура контроля и управления КА;

- информационно-логическое взаимодействие с внешним контуром управления и контроля КА.

В ходе проведения испытаний бортового комплекса управления решаются следующие задачи:

- Электрическая отработка аппаратуры БКУ и БКУ в целом с определением соответствия реальных характеристик обменных сигналов в комплексной схеме БКУ требованиям технических заданий (ТЗ);

- Отладка бортового программного обеспечения;

- Отработка логики функционирования и взаимодействия подсистем входящих в состав БКУ;

- Отработка комплексного функционирования БКУ.

Как результат испытаний подтверждается правильность технических решений, принятых при проектировании БКУ и выдается заключение о допуске БКУ к дальнейшим испытаниям.

Отработка БКУ на стенде 1.08БКУ обычно выявляет большое количество замечаний, устранение которых требует доработки аппаратуры, кабелей или ПО, что говорит об эффективности отработки.

В связи с моральным и техническим устареванием испытательного оборудования, ограниченными возможностями развития ПО на данных средствах, по-

явлением новых задач, а также с развитием испытательной техники был изготовлен стенд 1.08БКУ с использованием оборудования на основе УХ1-техно-логий.

Следует отметить, что эксплуатация нового стенда 1.08БКУ показала некоторые недостатки в заложенных решениях. Одним из самых главных является то, что при использовании УХ1-технологий для построения испытательных комплексов в случае возникновении необходимости разработки новых УХ1-приборов требуются большие финансовые затраты и большие сроки реализации доработки стенда.

Однако в целом, принятые технические решения по структуре испытательного комплекса, архитектуре аппаратных средств, по способу автоматизации испытаний и обработке результатов испытаний можно считать вполне успешными.

Кроме того, развитие данного комплекса позволит решать на стенде 1.08БКУ ряд перспективных задач вызванных усложнением интерфейсов в перспективных аппаратах ОАО «ИСС», требованиями по сокращению сроков проведения испытаний, а также появлением новых задач для данного этапа отработки БКУ.

© Есюнин В. В., 2011

УДК 621.311.61

А. В. Журавлёв, Р. В. Козлов Научный руководитель - М. В. Лукьяненко ОАО «Информационные спутниковые системы имени академика М. Ф. Решетнёва», Железногорск

РАЗВИТИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ДЛЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Описываются текущее состояние и тенденции развития систем электропитания для малых космических аппаратов, их достоинства и недостатки. Приводятся сравнительные характеристики различных типов фотопреобразователей и аккумуляторных батарей. Указываются пути повышения эффективности систем электропитания космических аппаратов с негерметичным приборным отсеком.

В настоящее время активно развивается рынок малых космических аппаратов (КА). Малая масса и относительно малая стоимость позволяет выводить на орбиту значительное количество таких КА и решать с их помощью широкий круг профильных задач. В частности, малые КА выполняют задачи дистанционного зондирования Земли, персональной связи, научные задачи и т. д. [1].

В целях повышения удельных энергетических и массо-габаритных характеристик малых КА в России и ОАО «Информационные спутниковые системы» в частности осуществляется переход к разработке КА с негерметичным приборным отсеком и использованием в СЭП трехкаскадных арсенид-галлиевых фотопреобразователей (ФП), литий-ионных аккумуляторных батарей и нового поколения автоматики СЭП. Для КА среднего и тяжелого класса этот переход практически завершен. Разработан КА «Глонасс-К», завершается разработка КА «АтоБ-5», «Те1кот» и других КА [2; 4].

В ОАО «ИСС» направление малых КА представлено такими изделиями как «Стрела», «Гонец» и др.

Эти КА разрабатываются по герметичной технологии (с герметичным приборным отсеком). В системе электропитания (СЭП) на таких КА традиционно используется никель-водородные аккумуляторные батареи (АБ), кремниевые батареи солнечные (БС) и стабилизатор напряжения питания. Для малых КА повышение значений удельных энергетических и массо-габаритных характеристик системы электропитания приводит к значительному возрастанию их эффективности, себестоимости, позволяет осуществлять запуск одновременно большего количества спутников или в качестве попутного груза

В табл. 1 приведены сравнительные характеристики параметров различных типов фотопреобразователей.

Очевидно, что трехкаскадные арсенид-галиевые ФП имеют почти вдвое более высокий КПД и удельно-массовые энергетические характеристики панелей.

В табл. 2 приведены сравнительные характеристики параметров различных типов аккумуляторных батарей.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

Таблица 1

Характеристики фотопреобразователей

Варианты панели КПД ФП, % Удельно-массовые характеристики панелей в начале САС

Удельная мощность, Вт/м2 Удельная масса, кг/м2 Вт/кг Тыс. руб./Вт

Планарный, Si 15 151 2,3 66 6.6

Планарный, GaAs отечественный 27 278 2,3 121 12.6

Таблица 2

Характеристики аккумуляторных батарей

Удельная энергоемкость (Вт-ч/кг) КПД (%) Пределы напряжения, В Среднее напряжение разряда, В

Ni-H2 60 70 1,0-1,7 1,2

Li-ion 125 96 2,5-4,1 3,5

Литий-ионная АБ имеет более чем в два раза высокую удельную энерговооруженность, пределы напряжения и среднее напряжение разряда.

Как видно из табл. 1 и 2 АБ и трехкаскадные арсе-нид-галиевые ФП обладают более высокими удельными характеристиками по сравнению с использующимися аналогами [3; 5]. В результате чего, можно уменьшить массу СЭП имеющую те же энергетические характеристики (выходная мощность БС и энергоемкость АБ) или при тех же размерах СЭП значительно увеличить энерговооруженность КА, добавив энергопотребляемое оборудование.

В рамках проведения работ по этому направлению в сегменте малых КА в ОАО «ИСС» был разработан и в мае 2008 г. запущен на орбиту малый КА негерметичного исполнения «Юбилейный». Запуск КА «Юбилейный» и трехлетняя летная эксплуатация подтвердили правильность выбранного направления развития систем электропитания сегмента малых КА.

Таким образом, разработка СЭП на базе современных технических решений для малых КА с негерметичным приборным отсеком с использованием литий-ионной АБ и трехкаскадных арсенид-галлиевых ФП является актуальной и перспективной.

Библиографические ссылки

1. Алфёров Ж. И., Андреев В. М., Румянцев В. Д. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики. URL: http://www.ioffe.rssi.ru/journals/ftp/ 2004/08/р937-948.рё^/Физика и техника полупроводников. 2004. Т. 38. Вып. 8. С. 937-948.

2. Достовалов А. Космический аппарат AMOS-5: новый контракт в рамках международного сотрудничества. «Информационные спутниковые системы». 2010. № 10. С. 11-13.

3. Ефимов В. П. Фотопреобразователи солнечного излучения нового поколения. Физическая инженерия поверхности. 2010. Т. 8. № 2. С. 11-13.

4. Звонарь В., Чеботарев В. Новое качество спутниковой навигации // Информационные спутниковые системы. 2010. № 11. С. 12-13.

5. Коренко А. Эффективные источники энергии // Информационные спутниковые системы. 2008. № 4. С. 12-13.

© Журавлёв А. В., Козлов Р. В., Лукьяненко М. В., 2011

УДК 621.314

А. Н. Зорин Научный руководитель - Н. Н. Горяшин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЫШАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ С РЕЖИМОМ КОММУТАЦИИ КЛЮЧЕВОГО ЭЛЕМЕНТА ПРИ НУЛЕВЫХ ЗНАЧЕНИЯХ ТОКА

Исследуется возможность оптимального выбора параметров элементов резонансного контура квазирезонансного преобразователя напряжения с переключением ключевых элементов при нулевых значениях тока с точки зрения минимума статических потерь.

Постоянное развитие мировой индустрии телекоммуникаций требует увеличения мощностей ретранслирующего оборудования, в которое входят космические спутниковые системы. Необходимость увеличения мощностей ставит задачу увеличения удельных энергетических характеристик систем элек-

троснабжения КА. Для увеличения удельной мощности импульсных преобразователей напряжения (ПН) необходимо увеличивать частоту преобразования, что в классических схемах ПН приводит к увеличению мощности потерь на переключение ключевых элементов (КЭ).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.