CC BY
96Библиографические ссылки
1. Zimmerschied K. Modulated high power thermal battery test stand // IEEE Power Modulator and High Voltage Conference (IPMHVC), 2010. doi: 10.1109/IPMHVC.2010.5958439.
2. Пат. 2390477 Российская Федерация, МПК7 B 64 G 1/42. Способ проведения ресурсных испытаний аккумуляторов космического назначения и устройство для его реализации / Коротких В. В. № 2009108898/11 ; заявл. 10.03.2009 ; опубл. 27.05.2010.
3. Groot J. State-of-Health Estimation of Li-ion Batteries: Cycle Life Test Methods. Goteborg: Chalmers University of Technology Press, 2012.
4. Gu W. B. Integrated simulation and testing of electric vehicle batteries // IEEE Battery Conference on Applications and Advances, 1998. doi: 10.1109/BCAA. 1998. Р. 653-856.
5. Fedchenko A. S., Kopylov E. A., Lobanov D. K. An automated charge-discharge unit for electrical tests of individual high capacity lithium-ion battery cells // IEEE Control and Communications (SIBCON), 2015.
References
1. Zimmerschied K. Modulated high power thermal battery test stand // IEEE Power Modulator and High Voltage Conference (IPMHVC), 2010. doi: 10.1109/IPMHVC.2010.5958439.
2. Korotkih V. V. Sposob provedeniya resursnyh ispy-taniy akkumulatorov kosmicheskogo naznacheniya I us-troystvo ego realizacii [The method of the endurance test batteries for space applications and device for its realization]. Patent RF, no. 2390477, 2009.
3. Groot J. State-of-Health Estimation of Li-ion Batteries: Cycle Life Test Methods // Goteborg: Chalmers University of Technology Press, 2012.
4. Gu W. B. Integrated simulation and testing of electric vehicle batteries // IEEE Battery Conference on Applications and Advances, 1998. doi: 10.1109/BCAA.1998.653856.
5. Fedchenko A. S., Kopylov E. A., Lobanov D. K. An automated charge-discharge unit for electrical tests of individual high capacity lithium-ion battery cells, IEEE Control and Communications (SIBCON), 2015.
© Копылов Е. А., Лобанов Д. К., Федченко А. С., 2015
УДК 629.78.015
О ПРОЦЕДУРАХ ПРИЕМОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
В. И. Копытов, С. А. Орлов
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: [email protected].
Рассматриваются методики приемочных испытаний космических аппаратов (КА), дается сравнительный анализ испытаний КА на гармоническую вибрацию, на широкополосную случайную вибрацию, испытаний на гармоническую вибрацию и акустический шум.
Ключевые слова: космический аппарат, акустические испытания, вибрационные испытания.
ABOUT PROCEDURE OF ACCEPTANCE MECHANICAL TESTS OF SPACECRAFT
V. I. Kopytov, S. A. Orlov
JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]
The paper considers methods of acceptance tests of spacecraft, provides a comparative analysis of the spacecraft test with the harmonic vibration, the broadband random vibration and tests with the harmonic vibration and acoustic noise.
Keywords: spacecraft, acoustic tests, vibration test.
Одним из завершающих видов испытаний при изготовлении космических аппаратов являются приемочные испытания на механические нагрузки [1; 2]. В настоящее время для выполнения приемочных испытаний (в зависимости от имеющегося оборудования) применяются три методики испытаний. Испытания проводятся на гармоническую вибрацию в частотном диапазоне частот 5-2 000 Гц, на широкопо-
лосную случайную вибрацию также в диапазоне частот 5-2 000 Гц, а также на низкочастотную вибрацию в диапазоне частот 5-100 Гц и акустический шум в диапазоне частот 20-10 000 Гц [3].
Испытания КА на гармоническую вибрацию наиболее широко были распространены в мировой практике в 60-70-х гг. ХХ века, а затем постепенно были заменены комбинированными испытаниями на низко-
Решетнеескцие чтения. 2015
частотную вибрацию и акустический шум. В РФ только на нескольких предприятиях-изготовителях КА имеются акустические камеры, поэтому и сейчас проводят испытания с использованием всех трех методик (например, в НПО им. С. А. Лавочкина приемочные испытания КА проводят на широкополосную случайную вибрацию [4]).
В ОАО «ИСС» на сегодняшний день приемочные испытания средних и тяжелых КА включают в себя испытания на гармоническую вибрацию и акустические воздействия. В то же время малые КА, а также ранее разработанные КА герметичного исполнения (например, КА серии «Глонасс-М», «Гонец-Д» и ряд других) испытания проходят на гармоническую вибрацию в диапазоне частот 5-2 000 Гц.
Преимуществом испытаний на гармоническую вибрацию является достаточная простота этого метода: простые средства задания и контроля режимов нагружения, небольшая погрешность задания режима испытаний, повторяемость (при необходимости повторных испытаний), понятные (с точки зрения толкования результатов измерений) и надежные алгоритмы обработки, легко реализуемые процедуры вырезаний и т. д. Главным недостатком такого метода испытаний (как и метода испытаний на случайную вибрацию) является неравномерное нагружение КА. Причиной этого является кинематическое возбуждение, когда силовое воздействие передается через основание КА, в результате чего часть конструкции и оборудования КА получает повышенное воздействие, а другие элементы (например, элементы с повышенным демпфированием) остаются недогруженными. При этом следует отметить, что источником вибрационных воздействий в среднечастотной и высокочастотной областях служит акустическое воздействие, создающее максимальный отклик на больших поверхностях (сотовые панели, панели солнечных батарей, рефлекторы антенн и т. д.). Поэтому для небольших КА, имеющих незначительные площади поверхности, допустимым является проведение приемочных испытаний на гармоническую вибрацию. Основной набор бортовой аппаратуры герметичных КА находится в герметичном контейнере, снижающем уровни акустического давления на 10-15 дБ, в результате чего уровень звукового давления не превышает величины в 130 дБ, а такой акустический шум какого-то значительного отклика оборудования не вызывает. Кроме того, частота подвески приборной рамы находится в диапазоне частот 50-60 Гц, что существенно снижает воздействия в более высокочастотном диапазоне. В докладе приводятся результаты испытаний различных КА на гармоническую вибрацию, на широкополосную случайную вибрацию, а также на комбинированное воздействие (испытания на гармоническую вибрацию и акустический шум).
При анализе нагрузок участка выведения различают низкочастотные нагрузки, обусловленные переходными процессами (нарастание, спад тяги, плескание топлива в баках и т. д.) и высокочастотные нагрузки (широкополосная случайная вибрация, передаваемая конструкцией ракеты-носителя через интерфейс с КА, и акустическое давление).
Низкочастотные нагрузки моделируются эквивалентной гармонической вибрацией, величина и скорость развертки для результирующей вибрации выбираются из предположения вызвать отклик на оборудование, похожий на отклик, предсказанный для переходного процесса.
Основной проблемой при моделировании нагрузок участка выведения гармонической вибрацией является избыточное испытание, связанное с изменением граничных условий конструкции КА между испытательной и летной конфигурацией. Во время вибрационного испытания испытываемый КА присоединяется к очень жесткому приспособлению и возбуждается или приводится в движение вдоль одного линейного направления с ограничением вдоль других пяти степеней свободы. Например, в конфигурации полета КА, прикрепленный к адаптеру и ракете-носителю, обычно проявляет некоторую гибкость во всех шести степенях свободы. В летной конфигурации ускорение в интерфейсе между конструкцией ракеты-носителя и КА снижается на определенных частотах, что приводит к провалам в спектрах ускорения. Эти частоты соответствуют резонансным частотам испытуемого КА, жестко прикрепленного к вибратору. Во время вибрационных испытаний в основании КА прикладывается ускорение, которое является огибающей полетного ускорения в интерфейсе, несмотря на снижение амплитуды на определенных частотах летной конфигурации. Это приводит к чрезмерному усилению входных сил и внутренних напряжений на резонансных частотах испытываемого КА. Таким образом, ускорения отклика конструкции КА будут превышать значения, которые встречаются во время моделирования пуска.
Чтобы избежать чрезмерной нагрузки конструкции КА и его оборудования, входной спектр вибрационных испытаний подвергают «вырезанию». «Вырезание» можно разделить на «первичное вырезание» и «вторичное вырезание».
Первичное вырезание выполняется для ограничения интерфейсных сил до приёмочных нагрузок. Это эквивалентно ограничению квазистатических ускорений в центре масс КА. Как правило, вырезания осуществляются на резонансных частотах, совпадающих с частотами мод с большой эффективной массой, которые создают большие силы реакции в интерфейсе КА. Вырезание должно сводиться к минимуму, таким образом, чтобы ускорения, прикладываемые в основании испытываемого КА, были не меньше нагрузок, которых требует разработчик ракеты-носителя.
Вторичное вырезание связано со снижением уровня в интерфейсах критического оборудования КА. В этом случае ограничением являются требования к нагрузкам на критическое оборудование.
При испытаниях на вибростенде (испытания на гармоническую или широкополосную случайную вибрацию) максимальные ускорения создаются в диапазоне до 100 Гц на модах с большой эффективной массой. На частотах выше 100 Гц в основном возбуждаются парциальные моды с малыми эффективными массами, создающими значительно меньшие ускорения. При испытаниях в акустической камере возбуждаются легкие с большой площадью конструкции,
моды которых лежат в диапазоне выше 100 Гц. Ускорения на этих модах существенно превышают ускорения при испытаниях на вибростенде.
Отклик конструкции КА в диапазоне до 100 Гц, создаваемый приложенной в основании КА широкополосной случайной вибрацией, эквивалентен отклику на гармоническую вибрацию, а в диапазоне выше 100 Гц значительно меньше отклика, создаваемого акустическим давлением. Это позволяет не проводить испытания КА на широкополосную случайную вибрацию.
Таким образом, для приемочных испытаний КА наиболее предпочтительным является комбинированный режим нагружения: низкочастотная гармоническая вибрация и акустический шум.
Библиографические ссылки
1. Product verification requirements for launch, upper-stage and space vehicles. MIL-STD-1540D. 1999. 15 January. 308 p.
2. Space engineering. Testing. ECSS-E10-03A. 2002. 15.02. 170 p.
3. Calvi A. Spacecraft Loads Analysis. An Overview // ESA / ESTEC. 2011. November 21. 126 p.
4. Проект национального стандарта РФ ГОСТ Р «Нормы прочности автоматических космических аппаратов».
References
1. Product verification requirements for launch, upper-stage and space vehicles. MIL-STD-1540D, 15 January, 1999. 308 p.
2. Space engineering. Testing. ECSS-E10-03A, 15.02. 2002. 170 p.
3. Calvi A, Spacecraft Loads Analysis. An Overview. ESA / ESTEC, November 21, 2011. 126 p.
4. Draft national standard of the Russian Federation "Strength standard of automated spacecraft", 2013.
© Копытов В. И., Орлов С. А., 2015
УДК 681.7.069.2
СОБСТВЕННАЯ ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ КРЕМНИЕВЫХ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЛУЧИСТОГО ПОТОКА ПРИ ТЕПЛОВАКУУМНЫХ ИСПЫТАНИЯХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
С. А. Крат
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: *[email protected]
Сформулирована проблема влияния собственной температурной зависимости кремниевых фотоэлектрических преобразователей на оценку освещенности в ходе тепловакуумных испытаний КА и предложен способ ее коррекции.
Ключевые слова: наземная экспериментальная отработка КА, тепловакуумные испытания, имитатор солнечного излучения, фотоэлектрические преобразователи.
INHERENT SILICON PHOTO-ELECTRIC CONVERTER TEMPERATURE DEPENDENCE UNDER SPACE VEHICLE THERMAL VACUUM TESTS
S. А. Krat
JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: *[email protected]
This paper formulates a problem influencing silicon photo-electric converter inherent temperature dependence on illumination estimation under space vehicle thermal vacuum tests. Illumination estimation correction way is proposed.
Keywords: land experimental trying out, thermal vacuum tests, the sunlight simulator, photo-electric converters.
С производством негерметичных КА связано усовершенствование испытательной базы для наземной экспериментальной отработки и проводятся мероприятия по повышению точности условий космического пространства, воспроизводимых действующими имитационными установками и по повышению их КПД.
Одним из основных этапов наземной экспериментальной отработки КА считаются тепловакуумные испытания, которые проводятся в термобарокамерах, имитирующих условия реальной эксплуатации КА с применением специального испытательного оборудования, стендов и систем [1].
