CC BY
58
Секция ««Электронная техника и технологии»
УДК 629.78.001.5
ПРИМЕНЕНИЕ ИОНИСТОРОВ В КОМБИНИРОВАННОМ НАКОПИТЕЛЕ ЭНЕРГИИ
К. Н. Виноградов1, И. Я. Шестаков1, А. А. Фадеев1, Ц. Г. Надараиа2
1Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 2ООО «Конструирование, внедрение образцов новой техники» Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 75 E-mail: [email protected]
Система генерирования электроэнергии - одна из важнейших бортовых систем космических аппаратов. Для повышения энерговооружённости перспективных спутников авторы предлагают включить ионисторы в состав комбинированного накопителя энергии, содержащего химический и кинетический накопители энергии.
Ключевые слова: накопитель энергии, перспективный космический аппарат, система электропитания, маховик, энерговооруженность, ионистор.
THE USE OF SUPERCAPACITORS IN THE COMBINED ENERGY
STORAGE DEVICE
K. N. Vinogradov1, I. Ja. Shestakov1, A. A. Fadeev1, C. G. Nadaraia2
1Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 2LLC «Design, implementation of new eqipment» 75, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation E-mail: [email protected]
The system of power generation is one of the most important on Board systems of the space vehicles. The authors propose to include supercapacitors at the combination of the energy storage device containing chemical and kinetic energy storage to improve the power of perspective satellites.
Keywords: energy storage device, perspective space vehicle, the power supply system, the flywheel, power, supercapacitor.
Введение. Срок активного существования космических аппаратов зависит от ресурса элементов, входящих в состав системы электропитания (СЭП КА), а также их стойкостью к факторам космического пространства и от особенностей функционирования СЭП КА на рабочей орбите [1; 2]. Создание высокоэффективных и надежных систем электропитания для перспективных спутников определяется применением источников тока с улучшенными техническими характеристиками.
Выход из строя системы электроснабжения влечет за собой выход из строя всего аппарата [3]. Поэтому, проблемы энерговооруженности космических аппаратов, особенно, разработки новых источников электроэнергии, имеют первостепенное значение.
Ионисторы в комбинированном накопителе энергии. В СЭП КА всех типов обязательно используют химические источники тока, в которых энергия химических окислительно-восстановительных реакций преобразуется в электрическую. Они могут применяться в качестве автономных источников энергии и совместно с генераторами электроэнергии для ее накопления и последующей выдачи потребителям на борту аппарата [4].
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 1
В работах [3; 5] представлен комбинированный накопитель энергии (КНЭ) в составе СЭП для компенсации пиковых потреблений во время нерасчетных режимов работы КА для поддержания его «живучести», снятия телеметрии и выдачи команд радиоуправления в случаях возможных аварийных ситуаций генератора электроэнергии.
В предложенном конструктивном исполнении КНЭ не обеспечивает сглаживание импульсов (бросков) тока нагрузки. Наличие в накопителе щёточно-контактного аппарата снижает срок эксплуатации устройства из-за быстрого износа щёток, вследствие чего может снизиться срок активного существования всего спутника.
Предлагается включить в состав системы электропитания ионисторы. Они перспективны в качестве накопителей энергии при работе совместно с солнечными батареями. Здесь особенно ценна некритичность ионисторов к режиму заряда, практически неограниченное число циклов заряд-разряд. Ионисторы не требуют ухода в течении всего срока службы [6].
Ионистор - это энергонакопительный конденсатор, заряд в котором накапливается на границе раздела двух сред - электрода и электролита. Энергия в ионисторе содержится в виде статического заряда.
На рисунке представлен усовершенствованный комбинированный накопитель энергии. По периферии неподвижного корпуса 6 расположены ионисторы 13, включённые параллельно аккумуляторной батареи. 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.
-Г->/////ШШ///-
/ / / / \\ /
5' I / / ^
1 6 Ю 2
Схема комбинированного накопителя энергии
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 [7].
Секция «Электронная техника и технологии»
Заключение. Рассмотрен усовершенствованный комбинированный накопитель энергии, содержащий вращающийся трансформатор и ионисторы. Применение ионисторов позволяет сглаживать пиковые нагрузки на аккумуляторные батареи. Отсутствие щёточно-контактного устройства и контактных колец увеличивает срок эксплуатации СЭП с комбинированным накопителем энергии, а также срок активного существования космического аппарата в целом.
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. Повышение энергетической эффективности системы электропитания перспективных космических аппаратов / Ц. Г. Надараиа, И. Я. Шестаков, А. А. Фадеев и др. // Вестник СибГАУ. 2016. № 4 (17). С. 983-988.
4. Козлов А. Г., Ходосов В. В. Системы электропитания космических аппаратов. Ч. 1 : учеб. пособие ; Балт. гос. техн. ун-т. СПб., 2011. 105 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. Хрусталёв Д. А. Аккумуляторы. М. : Изумруд, 2003. 224 с.
7. Усольцев А. А. Электрические машины : учеб. пособие. СПб. : НИУ ИТМО, 2013. 123 с.
© Виноградов К. Н., Шестаков И. Я., Фадеев А. А., Надараиа Ц. Г., 2017
