CC BY
11УДК 621.384.2
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ БЕТАЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ*
В. Г. Сидоров, Т. В. Ткачева*, А. В. Ушаков
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: tka4evatv@yandex.ru
Новому поколению микропотребляющих устройств нужны компактные и долговечные элементы питания. Одним из перспективных направлений является использование прямого преобразования ядерной энергии на основе бетавольтаического эффекта.
Ключевые слова: микропотребляющие, бетавольтаический эффект.
PERSPECTIVE AREAS OF APPLICATION OF BETA ELECTRICAL POWER SOURCES
V. G. Sidorov, T. V. Tkacheva*, A. V. Ushakov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: tka4evatv@yandex.ru
New generation of micropower devices needs compact and long-lifetime power supplies. One of perspective ways to create such devices is to use Direct Conversion Nuclear Batteries based on the betavoltaic effect.
Keywords: micropower, betavoltaic effect.
Тенденции к миниатюризации разрабатываемых устройств и аппаратов предъявляют новые требования к источникам питания. Анализ применения микропотребляющих устройств показывает, что использование традиционных источников питания не позволяет обеспечить длительное функционирование устройства. В связи с этим актуальной является разработка новых микромощных радиационно-стимули-рованных источников (РСИ) на основе бетавольтаи-ческого эффекта для существующих и перспективных устройств и механизмов, вследствие чего необходимо провести анализ возможных областей применения для определения параметров новых источников питания
[1-4].
Традиционно новые и перспективные технологии находят широкое применение в космической промышленности, медицине, робототехнике и т. п. Можно выделить следующие области и направления [1]:
- космос:
- распределенное многоступенчатое энергопитание бортовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА);
- встраиваемые РСИ в сложно-функциональные и многокристальные микромодули;
- беспроводные сенсорные сети на борту космического аппарата (КА);
- медицина:
- кардиостимуляторы;
- нейростимуляторы;
- кохлеарные и другие имплантаты;
- микроробототехника;
- системы портативного медиа- и скрытого наблюдения;
- радиочастотная идентификация или RFID.
Развитие технологии беспроводных сенсорных сетей (СС) не обошло и разработчиков КА. За рубежом уже давно ведутся исследования в области применения СС на борту КА [5] (рис. 1).
Отсутствие проводов для передачи данных с бортовых датчиков, размещенных по всему КА, позволит в значительной мере упростить этапы разработки. Малый вес мотов играет не последнюю роль в возможных преимуществах СС перед традиционными кабелями. В некоторых случаях вес проложенных кабелей превышает вес мотов, а учитывая большое количество датчиков на борту КА, выигрыш по массе может достигать десятков, а возможно, и сотен килограммов. Учитывая стоимость одного килограмма полезной нагрузки, выводимой на орбиту (около 25-30 тысяч долларов США), экономические выгоды от замены кабельной сети на беспроводную очевидны.
Еще одна проблема, которую может решить внедрение радиостимулированных источников в аппаратуру для КА, - это высокая чувствительность целого ряда оборудования к помехам по шинам питания. Внедрение РСИ в конструктивно законченные электронные компоненты для энергопитания критически важных функциональных узлов бортовой аппаратуры КА путем установки их на печатную плату дает толчок, к разработке концепции распределенной 3-ступенчатой сети энергопитания бортовой РЭА с резервными автономными источниками. Проект такой структурной схемы сети энергопитания показан на рис. 2.
*Работы проведены при поддержке ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014-2020 годы», соглашение о предоставлении субсидии № 14.577.21.0117.
Фешетневские чтения. 2016
Рис. 1. Конфигурация мотов в пределах: а - наноспутника 6,6 кг; б - мини-спутника 300 кг
Рис. 2. Структурная схема распределенной 3-ступенчатой сети энергопитания бортовой РЭА
Традиционно используемая на данный момент система электропитания на борту КА может быть дополнена РСИ, подключенными к наиболее важным регистрам и ОЗУ в составе модуля, в которые записывается информация, необходимая для дальнейших операций и вычислений. При возникновении аварийной ситуации данная информация может быть немедленно затребована для скорейшего восстановления системы.
Библиографические ссылки
1. Разработка технологии, конструкции и изготовление радиационно-стимулированного источника повышенного постоянного и импульсного напряжения на основе высокообогащенного изотопа никеля-63 : отчет по ПНИ / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т ; рук. П. В. Зеленков. Красноярск, 2015.
2. Electron-hole pairs generation rate estimation irradiated by isotope Nickel-63 in silicone using GEANT4 [Электронный ресурс]. URL: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/94/ 1/012024 (дата обращения 16.09.2016).
3. Plasma chemical silicon etching process [Электронный ресурс]. URL: http://iopscience.iop.org/ article/10.1088/1757-899X/122/1/012028 (дата обращения 16.09.2016).
4. Modeling of microporous silicon betaelectric converter with 63Ni plating in GEANT4 toolkit] [Электронный ресурс]. URL: http://iopscience.iop.org/article/ 10.1088/1757-899X/122/1/012036 (дата обращения 16.09.2016).
5. Lappas V., Prassinos G., Baker A., Magnuss R. Wireless Sensor Motes for Small Satellite Applications // IEEE Antennas and Propagation Magazine. October 2006. Vol. 48, № 5. P. 175-179.
References
1. Razrabotka tekhnologii, konstruktsii i izgotovlenie radiatsionno-stimulirovannogo istochnika povyshennogo postoyannogo i impul'snogo napryazheniya na osnove vysokoobogashchennogo izotopa nikelya-63. Otchet po PNI. FGBOU VO «SibGAU», ruk. P. V. Zelenkov. Krasnoyarsk, 2015 (In Russ.).
2. Kovalev I. V., Sidorov V. G., Zelenkov P. V., Khoroshko A. Y. and Lelekov A. T. [Electron-hole pairs generation rate estimation irradiated by isotope Nickel-63 in silicone using GEANT4] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2015. Vol. 94. Available at: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/ 1757-899X/94/1/012024.
3. Rudenko K. V., Miakonkih A. V., Rogojin A. E., Bogdanov S. V., Sidorov V. G. and Kovalev I. V. [Plasma chemical silicon etching process] // IOP Conference
Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 122. Available at: http://iopscience.iop.org/ article/10.1088/1757-899X/122/1/012028.
4. Zelenkov P. V., Sidorov V. G., Lelekov E. T., Khoroshko A. Y., Bogdanov S. V. and Lelekov A. T. [Modeling of microporous silicon betaelectric converter with 63Ni plating in GEANT4 toolkit] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016.
Vol. 122. Available at: http://iopscience.iop.org/ article/10.1088/1757-899X/122/1/012036.
5. Lappas V., Prassinos G., Baker A. and Magnuss R. Wireless Sensor Motes for Small Satellite Applications. IEEE Antennas and Propagation Magazine. October 2006. Vol. 48, № 5. P. 175-179.
© Сидоров В. Г., Ткачева Т. В., Ушаков А. В., 2016
УДК 621.391
ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛЯРНЫ1Х КОДОВ В СОВРЕМЕННЫ1Х СИСТЕМАХ СВЯЗИ
Г. С. Тимофеев
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: t1 m0feev.grigorij@gmail.com
Рассматриваются полярные коды. Приведены результаты моделирования полярных кодов и LDPC-кодов в современных системах цифровой, в том числе спутниковой, связи.
Ключевые слова: коды с коррекцией ошибок, полярные коды, полярные подкоды, LDPC-коды.
APPLYING POLAR CODES IN MODERN COMMUNICATION SYSTEMS
G. S. Timofeev
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: t1 m0feev.grigorij@gmail.com
This paper gives a description of polar codes and provides the results of computer modeling of polar codes and LDPC-codes in modern digital communication systems, including satellite communication systems.
Keywords: error correcting codes, polar codes, polar subcodes, LDPC-codes.
Введение. Одним из главных методов повышения надежности и эффективности передачи данных по каналам цифровой и спутниковой связи является помехоустойчивое кодирование. Полярные коды [1] достигают пропускной способности двоичного симметричного канала без памяти (ДСКБП), также отличаются простотой построения, кодирования и декодирования. В ИКНиТ СПбПУ разработаны полярные подкоды [2], являющиеся развитием идей работы [1] и превосходящие по эффективности ЬБРС-коды (см. рисунок).
Кодирование. Полярный код С задается набором параметров N К, Ас), где N - длина кодового слова; К - размер информационной части; Ас - множество «замороженных» символов, играющих роль проверочных символов, \Ас\ = N - К, Ас с (0,..^ -1} .
Множество Ас может быть получено с помощью поляризации канала. Поляризация канала описывается линейным преобразованием, задаваемым матрицей
F, где F - 2^2 - ядро поляризации; F = ^ ^ ®я - я-кратное Кронекеровское произведение мат-
рицы с собой; я = ^г^ где N - длина кодового слова конструируемого кода. Алгоритмы построения полярных кодов подробно рассмотрены в [3].
Процедура кодирования описывается выражением х^ = uNGN, где х^ - кодовое слово; и^ - вектор, включающий информационные символы (и{ й Ас, 1 < 1 < N1 и «замороженные» биты (и1 е Ас ,1 < i < N1; GN - порождающая матрица, задаваемая выражением GN = BNF, где В^г - матрица перестановки. Систематическое кодирование полярных кодов рассматривается в [4; 5].
Декодирование. Для декодирования полярных кодов в [1] предлагается алгоритм последовательного исключения (5С). Алгоритм основан на расчете коэффициента правдоподобия для каждого символа на каждом уровне поляризации канала. Число узлов определяется как N(/og2N + 1). Также стоит отметить, что SC-декодирование является алгоритмом с мягким решением.
Дальнейшее развитие алгоритма последовательного декодирования представлено в работах [6; 7].
