CC BY
25Файл конфигурации ПЛИС может быть синтезирован как в соответствии с результатами цеховых испытаний полезной нагрузки КА, так и в соответствии с заданными расчетными значениями. При этом следует отметить, что методика синтеза аппаратно-программных моделей полезной нагрузки КА, реализуемых на основе ПЛИС, также может быть реализована на основе метода макромоделирования [6].
В целом предлагаемый подход использования ре-конфигурируемого аппаратно-программного имитатора полезной нагрузки КА применим в аэрокосмической отрасли при развертывании и испытании наземного сегмента космических систем, при метрологической поверке и аттестации контрольно-проверочной аппаратуры модулей полезных нагрузок, а также при проведении работ по исследованию функционирования космических систем передачи данных с имитацией различных условий прохождения сигналов по радиоканалам.
К преимуществам применения аппаратно-программного имитатора можно отнести: сокращение сроков ввода в эксплуатацию наземных систем орбитальных испытаний полезной нагрузки и систем мониторинга связи, сокращение рисков возникновения нештатных ситуаций в работе ресурсов полезной нагрузки космического аппарата, обусловленных некорректным функционированием аппаратного и программного обеспечения рассматриваемых систем на этапе их развертывания и отладки, а также возможность повышения надежности функционирования космических систем в целом за счет реализации дополнительной возможности экспериментальных исследований и оценки влияния параметров тракта прохождения сигнала на функционирование космических систем связи и ретрансляции.
Библиографические ссылки
1. Braun Teresa M. Satellite communications. Payload and systems // Wiley-IEEE Press, 2012. 400 p.
2. Официальный сайт компании National Instruments [Электронный ресурс]. URL: http://www.ni.com (дата обращения 01.09.2016).
3. Александров В. В., Кулешов С. В., Цветков О. В. Концепция программируемой технологии цифровой теории связи: от герц к бит/с // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2007. Т. 5, № 6. С. 62-72.
4. Баран Е. Д. LabVIEW FPGA. Реконфигурируе-мые измерительные и управляющие системы. М. : ДМК Пресс, 2009. 448 с.
5. Комаров В. А., Пичкалев А. В. Применение технологий NI FPGA при испытаниях бортовой аппаратуры космических аппаратов // Интеллект и наука: тр. XI Междунар. научн.-практ. конф. (г. Железно-горск, 28-29 апреля 2011 г.). Красноярск : Центр информации, 2011. 380 с.
6. Калабеков Б. А., Лапидус В. Ю., Малафеев В. М. Методы автоматизированного расчета электронных схем в технике связи. М. : Радио и связь, 1990. 272 с.
References
1. Teresa M. Braun. Satellite communications. Payload and systems // Wiley-IEEE Press, 2012. 400 p.
2. Offical site National Instruments. Available at: http://www.ni.com (accessed 01.09.2016).
3. Aleksandrov V. V., Kuleshov S. V., Tsvetkov O. V. Kontseptsiya programmiruemoy tekhnologii tsifrovoy teorii svyazi: ot gerts k bit/s. // Informatsionno-izmeritel'nye i upravlyayushchie sistemy. 2007. Vol. 5, № 6. Р. 62-72.
4. Baran E. D. LabVIEW FPGA. Rekonfiguriruemye izmeritel'nye i upravlyayushchie sistemy. M. : DMK Press, 2009. 448 р.
5. Komarov V. A., Pichkalev A. V. Primenenie tekhnologiy NI FPGA pri ispytaniyakh bortovoy apparatury kosmicheskikh apparatov // Intellekt i nauka : tr. XI Mezhdunar. nauchn.-prakt. konf. (g. Zheleznogorsk, 28-29 aprelya 2011 g.). Krasnoyarsk : Tsentr informatsii, 2011. 380 р.
6. Kalabekov B. A., Lapidus V. Yu., Malafeev V. M. Metody avtomatizirovannogo rascheta elektronnykh skhem v tekhnike svyazi. M. : Radio i svyaz', 1990. 272 р.
© Лямичева Т. Ю., Комаров В. А., 2016
УДК 629.78.001.5
ВЛИЯНИЕ ВРАЩАЮЩИХСЯ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ НА МАССОГАБАРИТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
1 2 2 2* Ц. Г. Надараиа , И. Я. Шестаков , А. А. Фадеев , К. Н. Виноградов
1000 «Конструирование, внедрение образцов новой техники» Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 75
2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*Е-таП: [email protected]
Система генерирования электроэнергии - одна из важнейших бортовых систем космических аппаратов. Авторы оценивают энергетические характеристики комбинированного накопителя в составе данной системы.
Ключевые слова: литий-ионный аккумулятор, накопитель энергии, перспективный космический аппарат, система электропитания, маховик, энерговооруженность.
Решетневс^ие чтения. 2016
THE EFFECT OF ROTATING BATTERIES FOR MASS-DIMENSIONAL CHARACTERISTICS OF POWER SUPPLY SYSTEM OF THE SPACE VEHICLES
C. G. Nadaraia1, I. Ja. Shestakov2, A. A. Fadeev2, K. N. Vinogradov2*
1LLC «Design, implementation of new eqipment» 75, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation 2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, 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 assess the energy performance of the combined storage device within this system.
Keywords: rechargeable lithium-ion battery, energy storage device, perspective space vehicle, the power supply system, the flywheel, power.
Космические аппараты (КА) являются одним из перспективных направлений космической деятельности [1].
Производство высоконадежных и конкурентоспособных на мировом рынке спутников различного назначения предъявляет высокие требования к системе генерирования электроэнергии и средств для их технической подготовки к запуску [2]. Выход из строя системы электропитания (СЭП) влечет за собой выход из строя всего аппарата [3]. Поэтому повышение эффективности снабжения электроэнергией различных потребителей на борту КА путем совершенствования СЭП является актуальной задачей.
В работах [4; 5] представлен комбинированный накопитель энергии (см. рисунок), обеспечивающий необходимое электропитание бортовой аппаратуры во время нерасчетных режимов работы КА для поддержания его «живучести», снятия телеметрии и выдачи команд радиоуправления в случаях возможных аварийных ситуаций генератора электроэнергии. Комбинированный накопитель энергии включает химические источники (аккумуляторные батареи), установленные на вращающейся платформе (кинетический накопитель энергии).
1 6 ю 2
Комбинированный накопитель энергии
Аккумуляторная батарея состоит из N последовательно соединенных аккумуляторных ячеек. Каждая
ячейка содержит М литий-ионных аккумуляторов, соединенных параллельно.
К = N • М, (1)
где К - общее число аккумуляторов, определяемое конструктивными особенностями вращающейся платформы.
В предлагаемом комбинированном накопителе энергии реализовано:
N = 4 ячейки, М = 11 аккумуляторов, К = 44 общее число аккумуляторов.
Применяемые аккумуляторы ГУП «НИИ электроугольных изделий» имеют индекс ЛИА-8, размеры 105*45*25 мм, расположены вертикально. Каждый аккумулятор имеет емкость (С) 8 Ач, рабочее напряжение 2,8 В, массу 0,27 кг [6].
Кинетическая энергия вращающихся масс определяется по известной формуле:
1 л
2 z
2
(2)
вращающегося диска;
где Jz - момент инерции 6 - угловая скорость диска.
Количество извлекаемой энергии из аккумулятора, без полного разряда
Е^ = С •и
'АБ _ ^ ^ АБ
(3) известные
0,7 . (3)
данные, получим
Подставляя Еаб = 56,5 кДж.
Тогда энергия всей аккумуляторной батареи Е^аб = 2,5106 Дж.
Общая энергия Ер системы с полностью заряженной аккумуляторной батареей и вращающимся маховиком равна
1 2 0,7+^^ ) . (4)
Ер = К ■ С-иАБ
Учитывая ш = —-, а также -kr 30
500 об/мин
и щт = 6 500 об/мин, определим значение энергии Екин по крайнему правому выражению формулы (4): Екин = 0,6106 Дж.
Кинетическая энергия маховика по отношению к энергии аккумуляторной батареи составит:
Е
100% = 24%.
(5)
Таким образом, расчеты показывают, что использование комбинированного накопителя позволит улучшить массогабаритные характеристики системы электропитания КА в пределах 24 %. Полученное значение проверится на экспериментальной установке. Применение современных материалов для диска и аккумуляторных батарей позволит уменьшить массу накопителя при той же самой энергоёмкости.
Библиографические ссылки
1. 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.
2. Бортовые энергосистемы космических аппаратов на основе солнечных и химических батарей : учеб. пособие. Ч. 1 / Н. В. Белан, К. В. Безручко, В. Б. Елисеев, В. В. Ковалевский, В. А. Летин, В. П. Постано-гов, А. Н. Федоровский. Харьков : ХАИ, 1992. 191 с.
3. Гущин В. Н. Основы устройства космических аппаратов : учебник для вузов. М. : Машиностроение, 2003. 272 с.
4. Надараиа Ц. Г., Бабкина Л. А., Шестаков И. Я., Фадеев А. А. Химико-кинетический накопитель энергии // Вестник СибГАУ. 2014. № 2(54). С. 56-61.
5. Виноградов К. Н., Шестаков И. Я., Фадеев А. А., Надараиа Ц. Г. 0собенности работы химико-кинетического накопителя энергии // Решетневские чтения : материалы XVIII Междунар. науч. конф., посвящ. 90-летию со дня рождения генер. конструктора ракет.-космич. систем акад. М. Ф. Решетнева (1114 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.
6. Химические источники тока : справочник / под ред. Н. В. Коровина и А. М. Скундина. М. : МЭИ, 2003. 740 с.
References
1. Chebotarev V. E. Proektirovanie kosmicheskikh apparatov sistem informatsionnogo obespecheniya : v 2 kn. Kn. 2. Vnutrennee proektirovanie kosmicheskogo apparata [The design of space vehicles of information support systems : in 2 books. Book. 2. The internal design of the space vehicle]. Krasnoyarsk : SibSAU, 2005. 168 р.
2. Belan N. V., Bezruchko K. V., Eliseev V. B., Kovalevskiy V. V., Letin V. A., Postanogov V. P., Fedorovskiy A. N. Bortovye energosistemy kosmicheskikh apparatov na osnove solnechnykh i khimicheskikh batarey. Ch. 1 [Onboard power systems of space vehicles based on solar and chemical batteries]. Khar'kov : KhAI, 1992, 191 р.
3. Gushchin V. N. Osnovy ustroystva kosmicheskikh apparatov [The basics of the device for space vehicles]. Moscow : Mashinovtroenie, 2003. 272 p.
4. Nadaraia Ts. G., Babkina L. A., Shestakov I. Ya., Fadeev A. A. [Chemical-kinetic energy storage device] // Vestnik SibGAU. 2014. № 2(54). P. 56-61 (In Russ.).
5. Vinogradov K. N., Shestakov I. Ya., Fadeev A. A., Nadaraia Ts. G. [Work features of chemical-kinetic energy storage device] // Materialy XVIII Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya". [Materials XVIII Intern. Scientific. Conf. "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2014. Vol. 1. P. 125-126. (In Russ.)
6. Korovin N. V., Skundin A. M. Khimicheskie istochniki toka : spravochnik [Chemical current sources]. Moscow : MEI, 2003. 740 р.
© Надараиа Ц. Г., Шестаков И. Я., Фадеев А. А., Виноградов К. Н., 2016
УДК 681.323:681.326.3:004.383
ОДНОКРИСТАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛИ С ДИНАМИЧЕСКОЙ РЕКОНФИГУРАЦИЕЙ В ЦИФРОВЫХ КОНТУРАХ УПРАВЛЕНИЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ*
О. В. Непомнящий1, Е. А. Вейсов1, Н. А. Мамбеталиев1*, А. С. Правитель2
1 Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 2АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: [email protected]
Предложено решение повышения функциональных возможностей и надежности радиоэлектронной аппаратуры малых космических аппаратов за счет применения динамически-реконфигурируемых однокристальных вычислительных систем.
Ключевые слова: малый космический аппарат, электронная аппаратура, микропроцессор, ПЛИС, динамическая реконфигурация, контроллер, адаптивная система.
*Работа выполнена при финансовой поддержке федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы». (код проекта 14.578.21.0021 RFMEFI57814X0021).
