CC BY
18Решетневскуе чтения. 2017
УДК 629.78.001.5
АВТОНОМНЫЙ КОМПЛЕКС С КОМБИНИРОВАННЫМ НАКОПИТЕЛЕМ ЭНЕРГИИ
ДЛЯ НАЗЕМНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ КА
Ц. Г. Надараиа1, И. Я. Шестаков2, А. А. Фадеев2, К. Н. Виноградов3*
1ООО «Конструирование, внедрение образцов новой техники» Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 75 2Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 3АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 E-mail: V1nogradov-KN@yandex.ru
Рассматривается концепция автономного комплекса для наземных электрических испытаний космических аппаратов. В составе комплекса имеется комбинированный накопитель энергии и ионисторы.
Ключевые слова: накопитель энергии, система электропитания, ионистор.
AUTONOMOUS COMPLEX WITH COMBINED ENERGY STORAGE DEVICE
FOR LAND OPERATION OF SPACE VEHICLES
C. G. Nadaraia1, I. Ja. Shestakov2, A. A. Fadeev2, K. N. Vinogradov3*
:LLC "Design, implementation of new equipment" 75, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation
2Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
3JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: V1nogradov-KN@yandex.ru
The authors consider the concept of an autonomous complex for terrestrial electrical tests of space vehicles. The complex includes a combined energy storage device and supercapacitors.
Keywords: energy storage device, the power supply system, supercapacitor.
Современный космический аппарат (КА) состоит из целевой аппаратуры и конструктивно обособленного модуля служебных систем, который обеспечивает функционирование КА в процессе полета (управление, контроль, электроснабжение, телеметрия, температурный режим и т. д.) [1; 2]. Система электропитания осуществляет непрерывное энергоснабжение спутника в условиях существенной неравномерности во времени мощности нагрузки во всех режимах работы КА на орбите [3]. На этапе наземной эксплуатации и при подготовке к запуску используются внешние источники электроэнергии, содержащие аккумуляторные батареи либо питающиеся от сети.
Существует несколько основных проблем с электропитанием от сети [4]:
- пропадание напряжения;
- провал или всплеск напряжения;
- понижение (повышенное) напряжения;
- переходные процессы при коммутации;
- электромагнитные и радиочастотные помехи;
- нелинейные искажения напряжения.
Для отдельных рабочих станций, принимающих сигналы со спутников, вполне достаточно защиты от первых трех проблем с электропитанием. Однако для большинства ретрансляционных наземных станций космической и тропосферной связи, а также для испытательных комплексов КА с критичной нагрузкой,
которая не допускает прерывания питающего тока, требуется энергия высокого качества.
Авторами [5; 6] предложена концепция комбинированного накопителя энергии, который может применяться в составе автономного комплекса, в качестве источника бесперебойного питания (ИБП) с выходом постоянного или переменного тока.
В состав испытательного комплекса входит следующее оборудование:
- управляющая ЭВМ;
- панель оператора;
- панель коммутации;
- ИБП с комбинированным накопителем энергии;
- система охлаждения.
Комбинированный накопитель энергии, представленный на рисунке, функционально состоит из химических источников (аккумуляторные батареи), установленных на вращающейся платформе (кинетический накопитель энергии).
По периферии неподвижного корпуса 6 расположены ионисторы 13, включённые параллельно аккумуляторной батарее. Ионисторы работают в буфере с аккумуляторными батареями 1 в целях защиты их от резких скачков тока нагрузки: при низком токе нагрузки батарея подзаряжает ионистор и, если ток резко возрастет, ёмкостный накопитель отдаст запасенную энергию, чем уменьшит нагрузку на батарею.
Космическое и специальное электронное приборостроение
Схема комбинированного накопителя энергии
Особенно цена некритичность ионисторов к режиму заряда, практически неограниченное число циклов заряд-разряд. Ионисторы не требуют ухода в течение всего срока службы.
Ионистор - это энергонакопительный конденсатор, заряд в котором накапливается на границе раздела двух сред - электрода и электролита. Энергия в ионисторе содержится в виде статического заряда.
Во время работы комбинированного накопителя энергия заряженных аккумуляторных батарей 1 через блок коммутации 11 и обмотки 8, 9 вращающегося трансформатора подается в электромеханическую систему 12. В предлагаемой конструкции отсутствуют щеточно-контактный аппарат и токосъемные кольца, что увеличивает срок эксплуатации КНЭ. Проблема токосъема решается с помощью установки на ось 7 индукционного редуктосина. Он представляет собой бесконтактный синусно-косинусный вращающийся трансформатор с электрической редукцией.
Заключение. В статье рассмотрена концепция автономного комплекса для испытаний и обеспечения электроэнергией заданного качества потребителей ретрансляционных наземных станций. В состав комплекса входит ИБП с комбинированным накопителем энергии, содержащим вращающийся трансформатор и ионисторы. Отсутствие щёточно-контактного устройства и контактных колец увеличивает срок эксплуатации комплекса.
Библиографические ссылки
1. Конструкция и проектирование космических летательных аппаратов : учебник для средних специальных учебных заведений / Н. И. Паничкин, Ю. В. Слепушкин, В. П. Шинкин и др. М. : Машиностроение, 1986. 344 с.
2. Гущин В. Н. Основы устройства космических аппаратов : учебник для вузов. М. : Машиностроение, 2003. 272 с.
3. Чеботарев В. Е. Проектирование космических аппаратов систем информационного обеспечения : в 2 кн. Кн. 2. Внутреннее проектирование космического аппарата ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. 168 с.
4. Куско А., Томпсон М. Сети электроснабжения. Методы и средства обеспечения качества энергии : пер. с англ. А. Н. Рабодзея. М. : Додэка-XXI, 2010. 333 с.
5. Химико-кинетический накопитель энергии / Ц. Г. Надараиа, Л. А Бабкина, И. Я. Шестаков и др. // Вестник СибГАУ. 2014. № 2 (54). С. 56-61.
6. Особенности работы химико-кинетического накопителя энергии / К. Н. Виноградов, И. Я. Шестаков, А. А. Фадеев и др. // Решетневские чтения : материалы XVIII Междунар. науч. конф., посвящ. 90-летию со дня рождения генер. конструктора ракет.-космич. систем акад. М. Ф. Решетнева (11-14 нояб. 2014, г. Красноярск) : в 3 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2014. Ч. 1. С. 125-126.
References
1. Konstruktsiya i proektirovanie kosmicheskikh leta-tel'nykh apparatov / N. I. Panichkin, Yu. V. Slepushkin, V. P. Shinkin , N. A. Yatsynin [The design and engineering of space vehicles]. M., Mashinostroenie, 1986, 344 p.
2. Gushchin V. N. Osnovy ustroystva kosmicheskikh apparatov [The basics of the device for space vehicles]. Moscow, Mashinovtroenie, 2003, 272 p.
3. Chebotarev V. E. Proektirovanie kosmicheskikh apparatov sistem informatsionnogo obespecheniya : v 2 kn. Kn. 2. Vnutrennee proektirovanie kosmicheskogo appa-rata [The design of space vehicles of information support systems : in 2 books. Book. 2. The internal design of the space vehicle]. Krasnoyarsk, SibGAU, 2005, 168 р.
4. Kusko A., Tompson M. Seti ehlektrosnabzheniya. Metody i sredstva obespecheniya kachestva ehnergii [Of the electricity network. Methods and tools for quality assurance of energy]. M. : Dodeka-XXI, 2010, 333 р.
5. Nadaraia Ts. G., Babkina L. A., Shestakov I. Ya., Fadeev A. A. Vestnik SibGAU. 2014, no. 2(54). Pp. 56-61.
6. Vinogradov K. N., Shestakov I. Ya., Fadeev A. A., Nadaraia Ts. G. [Work features of chemical-kinetic energy storage device]. MaterialyXVIIIMezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya". [Materials XVIII Intern. Scientific. Conf. "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2014, Pat. 1. P. 125-126. (In Russ.)
© Надараиа Ц. Г., Шестаков И. Я.
Фадеев А. А., Виноградов К. Н., 2017
