Научная статья на тему 'Методика ускоренных термовакуумных испытаний аккумуляторных батарей для космического аппарата'

Методика ускоренных термовакуумных испытаний аккумуляторных батарей для космического аппарата Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
252
68
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ / СИСТЕМА ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ / АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ / ТЕРМОВАКУУМНЫЕ ИСПЫТАНИЯ / SPACECRAFT / ELECTRIC POWER GENERATION SYSTEM / ACCUMULATION BATTERY / THERMAL VACUUM TESTS

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Лизунов Андрей Аркадьевич, Тарасов Вячеслав Сергеевич

Рассмотрена проблема совершенствования технических характеристик системы генерирования электроэнергии, решение которой позволит значительно улучшить технико-экономические показатели космического аппарата. Разработана методика ускоренных термовакуумных испытаний никель-металлогидридного аккумулятора. Испытаниям подверглась аккумуляторная батарея 10НМГ-8,0.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Лизунов Андрей Аркадьевич, Тарасов Вячеслав Сергеевич

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

Techniques of Accelerated Thermal-Vacuum Tests of Spacecraft Accumulation Batteries1JSC VPK NPO Mashinostroeniya

The problem of perfection of technical characteristics of the electric power generation system is considered, the solving of which will make it possible to substantially improve technical and economic characteristics of spacecrafts. The technique of accelerated thermal-vacuum tests of the nickel metal hydride accumulator is developed. The 10NMG-8,0 battery was tested. Refs. 3. Figs. 2.

Текст научной работы на тему «Методика ускоренных термовакуумных испытаний аккумуляторных батарей для космического аппарата»

УДК 629.7

А. А. Лизунов, В. С. Тарасов

МЕТОДИКА УСКОРЕННЫХ ТЕРМОВАКУУМНЫХ ИСПЫТАНИЙ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ ДЛЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Рассмотрена проблема совершенствования технических характеристик системы генерирования электроэнергии, решение которой позволит значительно улучшить технико-экономические показатели космического аппарата. Разработана методика ускоренных термовакуумных испытаний никель-металлогидридного аккумулятора. Испытаниям подверглась аккумуляторная батарея 10НМГ-8,0.

E-mail: vpk@npomash.ru; avalanche64@mail.ru

Ключевые слова: космический аппарат, система генерирования электроэнергии, аккумуляторная батарея, термовакуумные испытания.

Освоение и изучение космоса требуют постоянного развития и совершенствования космических аппаратов (КА) и их систем, в том числе системы генерирования электроэнергии (СГЭ). Во многом выполнение полетной программы КА зависит от эффективности СГЭ.

Конструкция и характеристики СГЭ определяют конструктивный облик, срок активного существования КА в полете, его функциональные возможности, надежность, массогабаритные и экономические показатели. Система генерирования электроэнергии составляет 30. ..35% массы, объема и стоимости КА. Проблема совершенствования технических характеристик СГЭ имеет актуальное значение для улучшения технико-экономических показателей КА [1].

Одним из основных элементов, ограничивающих возможности повышения мощности и ресурса СГЭ КА, является накопительная подсистема, в которой в качестве накопителя энергии используются никель-кадмиевые герметичные (НКГ), никель-водородные (НВ), никель-металлогидридные (НМГ) и литиевые (Li-ion) аккумуляторные батареи (АБ).

В России имеется достаточно мощная и разветвленная инфраструктура по производству источников тока и значительные запасы основных видов сырья для их выпуска. В конце 1980-х гг. страна была одним из мировых лидеров по производству энергии в аккумуляторах в киловатт-часах [2].

В настоящее время в отрасли работают специалисты и ученые из ведущих компаний и институтов России: ИФХЭ РАН (академик А.Ю. Цивадзе, А.М. Скундин), ОАО "НПП "Квант" (Г.В. Серопян), ОАО "НИАИ "Источник" (А.Б.Шохор, Б.А.Борисов, Г.А.Голикова),

ОАО "Ригель" (В.И.Емельянов, А.Б.Жданов) и другие, многие из которых принимали участие в термовакуумных испытаниях АБ.

В результате анализа отказов новых АБ на начальных стадиях эксплуатации было выявлено, что в основном АБ выходят из строя из-за производственных дефектов, работы в предельных диапазонах температур (от повышенных до пониженных), повреждения при транспортировке.

Следует отметить основные недостатки известных термовакуумных испытаний АБ, проводившихся ранее: длительное время тестирования работоспособности (в среднем более 14 суток); отсутствие тестирования в предельно допустимом диапазоне температур.

В настоящей работе приведена разработанная методика ускоренных термовакуумных испытаний НМГ АБ.

Создав заранее более жесткие условия, чем эксплуатационные, по характеру изменения крутизны семейства кривых заряда-разряда характеристик АБ определяли возможный эксплуатационный срок, чтобы подтвердить надежность, качество сборки и эксплуатационные характеристики.

Впервые по разработанной методике испытаниям подверглась АБ 10НМГ-8,0, включенная по схеме, изображенной на рис. 1.

Испытания проводились в СКБ КП ИКИ РАН в термовакуумной установке ВУ-1А [3], снабженной экраном с установленными в нем термодатчиками, измеряющими температуру в камере. На АБ термодатчики были установлены следующим образом: № 61, № 62 и № 4

Рис. 1. Схема включения АБ:

ДОКА — служебная аппаратура дистанционного обслуживания космического аппарата; ЗУ — зарядное устройство; А — амперметр; V — вольтметр

— сверху на АБ; № 3 — под АБ (между АБ и основанием); № 5 — на основании.

Показания термодатчиков, установленных на АБ, приведены на рис. 2.

Согласно разработанной методике испытаний были сняты характеристики при трех значениях температуры в термовакуумной установке ВУ-1А на экране внутри камеры.

В течение всего процесса испытаний велась регистрация следующих параметров заряда-разряда с интервалами 15 мин (либо 5 мин — в особых участках): давление в камере и АБ; температура на экране в термовакуумной установке ВУ-1А; температура основания, на котором

Рис.2. Заряд (а) и разряд (б) АБ при температуре на экране внутри камеры 30 0 С:

1 — и В; 2-6 — термодатчики № 62, № 61, № 4, № 5 и № 3 соответственно

установлена АБ; температура корпуса АБ; ток заряда /з = const =2 А и разряда /р = 2,3 ... 2,5 А; напряжение АБ при заряде-разряде.

По полученным значениям строятся графики, которые отражают данные заряда-разряда при температурах: - 10 °С, 20 °С, 30 °С на экране внутри камеры, что подтверждает требования по надежности и безопасности эксплуатации АБ.

В качестве примера приведены значения заряда и разряда при температуре 30 °С на экране внутри камеры (рис. 2).

Предварительно была определена температура на металлических пластинах в центре вакуумной камеры. Температура на экране примерно была равна температуре на металлической пластине, расположенной в центре вакуумной камеры. Поэтому, разместив объект в центре камеры, мы условно приняли, что температура в месте расположения объекта примерно равна температуре на экране камеры. Давление в камере составляло 1,8-10-5 ммрт. ст. и выдерживалось в течение всех испытаний. Измеренное падение напряжения на сопротивлении проводов при заряде-разряде составило 0,57В.

Отличие разработанной методики от существующих заключается в ускоренном определении дефектной АБ для работы в условиях космоса.

По результатам предложенной методики были сделаны следующие выводы:

1. Сокращено время тестирования работоспособности с 14 до 4 суток.

2. Аккумуляторная батарея не теряет работоспособности при равных токах заряда-разряда и выполняет функции стабилизатора напряжения в пределах 12... 15 В.

3. При низком давлении в камере (1,8-10-5 ммрт. ст.) АБ показала работоспособность при повышенных (30 °С) и пониженных температурах (-10 °С).

4. Аккумуляторная батарея соответствует требованиям по надежности и безопасности эксплуатации в обитаемом объекте и открытом космосе.

Результат работы по предлагаемой методике позволил использовать ее в дальнейшей работе при изготовлении АБ для КА производства ОАО "ВПК "НПО Машиностроения".

Работа выполнена в рамках реализации Федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы" (ГК№ П608 от 06.08.09).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Савенков В. В. Проблемные вопросы разработки приборов для высоковольтной системы электроснабжения российского сегмента международной космической станции. - М.: Энергия, 2000. - С. 26-30.

2. А н и с и м о в А. Н. Решение научно-практической конференции // Электрохимическая энергетика. - 2006. - Т. 6, № 3. - С. 171-174.

3. Фролов Е. С., Минайчев В. Е., Александрова А. Т. Вакуумная техника. - М.: Машиностроение, 1992. - С. 137-149.

Статья поступила в редакцию 20.12.2010

Андрей Аркадьевич Лизунов родился в 1959 г., окончил МВТУ им. Н.Э. Баумана в 1986 г. Начальник расчетно-конструкторского и экспериментально-исследовательского отдела систем электропитания ОАО "ВПК "НПО Машиностроения" (г. Реутов, Моск. обл.).

A.A. Lizunov (b. 1959) graduated from the Bauman Moscow Higher Technical School in 1986. Head of design-construction and experimental-study department of electric power systems of JSC "VPK "NPO Mashinostroeniya" (Reutov, Moscow region).

Вячеслав Сергеевич Тарасов — инженер-конструктор расчeтно-конструкторского и экспериментально-исследовательского отдела систем электропитания ОАО "ВПК "НПО Машиностроения" (г. Реутов, Моск. обл.), аспирант кафедры ЭКАО МЭИ.

V.S. Tarasov — engineer-constructor of design-construction and experimental-study department of electric power systems of JSC "VPK "NPO Mashinostroeniya" (Reutov, Moscow region), post-graduate of EKAO department of the Moscow Energy Institute.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.