Napajanje za svemirske brodove. Sistem napajanja za brodski kompleks svemirskih letjelica (160,00 RUB) Odsjek za svemirsko inženjerstvo i tehnologiju

M.A. PETROVICHEV, A. S. GURTOV SISTEM NABAVKA ENERGIJE UKRCAN KOMPLEKS KOSMIČKIH KOLA Odobreno od Uredničkog i izdavačkog vijeća Univerziteta kao nastavno sredstvo Izdavačka kuća SAMARA SSAU 2007. UDK 629.78.05 BBK 39.62 P306 C T I O N A L P R E T E N A O R Y E C T I O R Y E C T I O N Razvijanje stručnog centra za obuku stručnjaka u svijetu Inovativnog stručnog usavršavanja u oblast vazduhoplovnih i geografskih informacionih tehnologija” PR I Recenzenti: doktor tehničkih nauka A.<...>Koptev, zam. Šef odjela Državnog naučnoistraživačkog centra "TsSKB - Progres" S. I. Minenko P306 Petrovichev M.A.<...>Sistem snabdijevanje energijom ukrcan kompleks svemirska letjelica: udžbenik. dodatak / M.A. Petrovichev, A.S. Gurtov.<...>Udžbenik je namijenjen studentima specijalnosti 160802" Prostor uređaja i blokovi za ubrzanje."<...>UDK 629.78.05 BBK 39.62 ISBN 978-5-7883-0608-7 2 © Petrovichev M. A., Gurtov AS, 2007 © Samara State Aerospace University, 2007 Sistem napajanje Kompleks svemirskih letjelica na brodu Od svih vrsta energije, električna je najuniverzalnija.<...>. Sistem napajanje(SES) CA je jedan od najvažnijih sistema koji osigurava funkcionalnost CA. <...>Pouzdanost SES-a u velikoj mjeri je određena 3 redundantnošću svih vrsta izvora, pretvarača, prebacivanje oprema i mreže.<...>Struktura sistemima napajanje CA Basic sistem napajanje CA je sistem jednosmerna struja.<...>Za suprotstavljanje vršnim opterećenjima koristite tampon izvor. <...>Po prvi put višekratnu upotrebu CAŠatl je koristio sistem napajanja bez bafera.<...> 4 Sistem distribucija Converter Converter Network Consumer Primarni izvor Buffer izvor Rice.<...>Struktura aparata svemirskog sistema napajanja Buffer izvor karakterizira činjenica da je ukupna energija koju proizvodi jednaka nuli.<...>Da biste uskladili karakteristike baterije sa primarnim izvorom i mrežom, koristite<...>

System_of_energy_snaply_of_onboard_complex_of_spacecraft_.pdf

FEDERALNA AGENCIJA ZA OBRAZOVANJE DRŽAVNA OBRAZOVNA USTANOVA VISOKOG STRUČNOG OBRAZOVANJA “SAMARSKI DRŽAVNI VAZDUHOPLOVNI UNIVERZITET po imenu akademika S.P. KRALJICA" M. A. PETROVICHEV, A. S. GURTOV SISTEM NAPAJANJA ELEKTRIČNOM OBJEKTOM KOMPLEKSA KOSMIČKIH VOZILA Odobren od strane Uredničkog i izdavačkog vijeća Univerziteta kao nastavno sredstvo S A M A R A Izdavačka kuća SSAU 2007.

Stranica 1

UDK 629.78.05 BBK 39.62 P306 Inovativni obrazovni program „Razvoj centra kompetencija i obuka stručnjaka svetske klase u oblasti vazduhoplovnih i geoinformacionih tehnologija” Recenzenti: doktor tehničkih nauka A. N. Koptev, zamenik šefa Odseka Državne naučne nauke Istraživački centar RKTs TsSKB - Progres" S. I. M inenko Petrovichev M. A. P306 Sistem napajanja za kompleks svemirskih letjelica: udžbenik / M. A. Petrovichev, A. S. Gurtov. - Samara: Izdavačka kuća Samara State Aerospace University, 2007. – 88 str. : ilustr. ISBN 978-5-7883-0608-7 Uloga i značaj sistema za napajanje svemirskog broda, razmotrene su komponente ovog sistema, posebna pažnja je posvećena razmatranju principa rada i uređaja za napajanje potrošni materijal, karakteristike njihove upotrebe u svemirskoj tehnologiji. Priručnik pruža prilično obiman referentni materijal koji studenti neelektrotehničkih specijalnosti mogu koristiti u izradi kurseva i diploma. Udžbenik je namijenjen studentima specijalnosti 160802 "Svemirski brodovi i viši stepen". Može biti od koristi i mladim stručnjacima u raketnoj i svemirskoj industriji. Pripremljeno na Odsjeku za vazduhoplovstvo. UDK 629.78.05 BBK 39.62 ISBN 978-5-7883-0608-7 2 © Petrovichev M. A., Gurtov AS, 2007 © Samara State Aerospace University, 2007 PRIOR I T T K E T O N E N A T I O A N L N Y

Stranica 2

Sistem napajanja za kompleks svemirskih brodova na brodu Od svih vrsta energije, električna je najuniverzalnija. U poređenju sa drugim vrstama energije, ima niz prednosti: električna energija se lako pretvara u druge vrste energije, efikasnost električnih instalacija je mnogo veća od efikasnosti instalacija koje rade na drugim vrstama energije, električna energija se lako pretvara u druge vrste energije. prenose kroz žice do potrošača, električna energija se lako distribuira među potrošačima. Automatizacija procesa kontrole leta bilo koje svemirske letjelice (SC) nezamisliva je bez električne energije. Električna energija se koristi za pogon svih elemenata uređaja i opreme svemirskih letjelica (pogonska grupa, komande, komunikacioni sistemi, instrumentacija, grijanje itd.). Sistem napajanja (PSS) svemirske letjelice jedan je od najvažnijih sistema koji osigurava rad letjelice. Glavni zahtjevi za SES: neophodna opskrba energijom za završetak cijelog leta, pouzdan rad u bestežinskom stanju, neophodna pouzdanost osigurana redundantnošću (u smislu snage) glavnog izvora i pufera, odsustvo emisija i potrošnje plinovi, mogućnost rada u bilo kojoj poziciji u prostoru, minimalna težina, minimalni troškovi. Sva električna energija potrebna za izvođenje programa leta (za normalan rad, kao i za neke nenormalne) mora biti na brodu, jer je njena dopuna moguća samo za stanice s posadom. Pouzdanost SES-a je u velikoj mjeri određena 3

Vlasnici patenta RU 2598862:

Upotreba: u oblasti elektrotehnike za napajanje svemirskih letelica iz primarnih izvora različite snage. Tehnički rezultat je povećana pouzdanost napajanja. Sistem napajanja svemirske letjelice sadrži: grupu solarnih baterija direktne sunčeve svjetlosti (1), grupu solarnih baterija reflektirane sunčeve svjetlosti (7), generatorski krug (8), stabilizator napona (2), punjač ( 3), uređaj za pražnjenje (4), bateriju (5), ispravljač (9), regulator punjenja baterije (10) i potrošače (6). Izmjenični napon iz kruga za generiranje (8) pretvara se u konstantni napon u bloku (9) i dovodi se na prvi ulaz kontrolera punjenja baterije (10). Konstantni napon sa solarnih panela reflektirane sunčeve svjetlosti (7) dovodi se na drugi ulaz kontrolera punjenja baterije (10). Ukupni napon iz generatorskog kruga i solarnih panela reflektirane sunčeve svjetlosti sa prvog izlaza kontrolera (10) ide na drugi ulaz baterije (5). Od drugog izlaza kontrolera do prvog ulaza baterije (5), upravljački signali se primaju od prekidača (15-21) sa kontaktima 1-3 i prekidača (22-25) sa kontaktima 1-2. Broj kontroliranih sklopnih uređaja ovisi o broju baterija u bateriji. Za punjenje odabrane baterije (11-14) na odgovarajućim prekidačima, njihovi prvi kontakti se otvaraju sa trećim i zatvaraju sa drugim, na odgovarajućim prekidačima se zatvaraju prvi i drugi kontakt. Odgovarajuća baterija spojena na ovaj način na drugi ulaz baterije puni se nazivnom strujom punjenja sve dok se od kontrolera (10) ne dobije naredba za promjenu sljedeće baterije. Potrošač (6) se napaja iz preostalih baterija, zaobilazeći isključenu, sa prvog izlaza baterije (5). 5 ill.

Pronalazak se odnosi na svemirsku tehnologiju i može se koristiti kao dio svemirskih letjelica stabiliziranih rotacijom.

Poznati sistem napajanja za svemirsku letjelicu sa uobičajenim autobusima (analogni), koji sadrži solarne panele (primarni izvor energije), bateriju i potrošače. Nedostatak ovog sistema je što je napon u ovom sistemu nestabilizovan. To dovodi do gubitaka energije u kablovskim mrežama iu ugrađenim individualnim potrošačkim stabilizatorima.

Poznati sistem napajanja svemirskog broda sa odvojenim magistralama i paralelnim priključkom stabilizatora napona (analogni), koji sadrži punjač, ​​uređaj za pražnjenje i bateriju. Njegov nedostatak je nemogućnost korištenja ekstremnog regulatora snage za solarne panele.

Najbliži po tehničkoj suštini predloženom sistemu je sistem napajanja svemirske letelice sa odvojenim sabirnicama i sa serijsko-paralelnom vezom stabilizatora napona 2 (prototip), koji takođe sadrži solarne panele direktne sunčeve svetlosti 1, punjač 3, pražnjenje uređaj 4, punjiva baterija 5 (slika 1). Nedostatak ovog sistema napajanja je nemogućnost primanja, pretvaranja i akumulacije električne energije iz izvora različite snage, kao što su energija Zemljinog magnetnog polja i energija reflektovane sunčeve svjetlosti sa površine Zemlje.

Svrha pronalaska je proširenje mogućnosti sistema napajanja svemirske letjelice za primanje, pretvaranje i akumulaciju električne energije iz različitih primarnih izvora različite snage, što omogućava povećanje aktivnog vijeka trajanja i napajanje svemirskih letjelica.

Na sl. 2 prikazuje sistem napajanja svemirske letjelice stabilizovane rotacijom; Sl. 3 - baterija koja sadrži sklopne uređaje kojima upravlja kontroler; na sl. 4 je pogled na svemirsku letjelicu stabilizovanu rotacijom na Sl. Slika 5 šematski prikazuje jednu od opcija za kretanje svemirske letjelice stabilizirane rotacijom u orbiti.

Sistem napajanja svemirske letjelice stabilisane rotacijom sadrži grupu solarnih panela 7, dizajniranih da pretvaraju sunčevu svjetlost reflektovanu od Zemlje u električnu energiju, stvarajući kolo 8, koji je skup provodnika (namota) smještenih duž tijela svemirska letjelica, u kojoj se inducira elektromotorna sila za brojanje rotacije letjelice oko njene ose u Zemljinom magnetskom polju, ispravljač 9, kontroler punjenja baterije iz izvora napajanja različite snage 10, baterija 5 koja sadrži prekidače upravljane kontrolerom uređaji 15-25 koji povezuju ili isključuju pojedinačne baterije 11-14 na kontroler 9 kako bi ih napunili malom strujom (slika 2).

Sistem radi na sljedeći način. Tokom procesa lansiranja svemirske letjelice u orbitu, ona se rotira na način da su os rotacije aparata i solarni paneli direktne sunčeve svjetlosti orijentisani prema Suncu (slika 4). Tokom kretanja rotirajuće svemirske letjelice u orbiti, generatorski krug presreće indukcijske linije Zemljinog magnetskog polja brzinom rotacije letjelice oko svoje ose. Kao rezultat toga, prema zakonu elektromagnetne indukcije, elektromotorna sila se inducira u krugu generiranja

gdje je µ o magnetska konstanta, H je jačina Zemljinog magnetskog polja, S in je površina generirajućeg kruga, N c je broj zavoja u krugu, ω je kutna frekvencija rotacije.

Kada je strujni krug zatvoren za opterećenje, struja teče u krugu za generiranje potrošača. Snaga generatorskog kruga ovisi o momentu letjelice oko svoje ose

gdje je J KA moment inercije svemirske letjelice.

Stoga je krug za generiranje dodatni izvor električne energije na brodu.

Izmjenični napon iz kruga za generiranje 8 se ispravlja na bloku 9 i dovodi na prvi ulaz kontrolera punjenja baterije 10. Direktni napon sa solarnih panela reflektirane sunčeve svjetlosti 7 dovodi se na drugi ulaz kontrolera punjenja baterije 10. Ukupni napon sa prvog izlaza kontrolera 10 ide na drugi ulaz baterije 5. Od drugog izlaza kontrolera do prvog ulaza baterije 5, kontrolni signali se primaju od prekidača 15-21, koji imaju kontakte 1 -3, i prekidači 22-25, sa kontaktima 1-2. Broj kontroliranih sklopnih uređaja ovisi o broju baterija u bateriji. Za punjenje odabrane baterije (11-14) na odgovarajućim prekidačima, njihovi prvi kontakti se otvaraju sa trećim i zatvaraju sa drugim, na odgovarajućim prekidačima se zatvaraju prvi i drugi kontakt. Odgovarajuća baterija spojena na ovaj način na drugi ulaz baterije se puni malom strujom sve dok se od kontrolera 10 ne primi naredba za promjenu sljedeće baterije. Potrošač prima napajanje iz preostalih baterija, zaobilazeći bateriju 5, koja je isključena iz prvog izlaza.

Kada je letelica u orbiti u poziciji 1 (sl. 4, 5), solarni paneli reflektovane sunčeve svetlosti su orijentisani prema Zemlji. U ovom trenutku punjač 3 uključen u sistem napajanja svemirske letjelice prima električnu energiju od solarnih panela direktne sunčeve svjetlosti 1, a kontroler punjenja baterije 10 prima električnu energiju od solarnih panela reflektirane sunčeve svjetlosti 7 i generirajućeg kruga 8. U položaju svemirske letjelice 2, solarni paneli direktne solarne Svjetla 1 ostaju usmjerena prema Suncu, dok su solarne ćelije reflektirane sunčeve svjetlosti djelimično zaklonjene. U ovom trenutku punjač 3 sistema za napajanje svemirske letjelice nastavlja da prima električnu energiju od solarnih panela direktne sunčeve svjetlosti, a kontroler 10 gubi dio energije iz bloka 7, ali nastavlja da prima energiju iz bloka 8 preko ispravljača 9. U položaju letjelice 3 sve grupe solarnih panela su zasjenjene, punjač 3 ne prima električnu energiju od solarnih panela 1, a potrošači u letjelici dobijaju električnu energiju iz baterije. Kontrolor punjenja baterije nastavlja primati energiju iz kruga za generiranje 8, dopunjavajući sljedeću bateriju. Na poziciji letjelice 4, solarni paneli direktne sunčeve svjetlosti 1 su ponovo osvijetljeni Suncem, dok su solarni paneli reflektirane sunčeve svjetlosti djelimično zaklonjeni. U ovom trenutku punjač 3 sistema napajanja svemirske letelice nastavlja da prima električnu energiju od solarnih panela direktne sunčeve svetlosti, a kontroler 10 gubi deo energije iz bloka 7, ali nastavlja da prima energiju iz bloka 8 preko ispravljača 9.

Dakle, sistem napajanja rotaciono stabilizovane letelice je sposoban da prima, pretvara i akumulira: a) energiju direktne i reflektovane od sunčeve svetlosti; b) kinetička energija rotacije letelice u magnetnom polju Zemlje. Inače, funkcionisanje predloženog sistema je slično poznatom.

Tehnički rezultat - povećanje aktivnog vijeka trajanja i napajanja letjelice - postiže se upotrebom mikrokontrolerskog punjača kao dijela sistema napajanja svemirske letjelice, koji omogućava punjenje baterije iz izvora električne energije različite snage (reflektovano sunčeva svetlost i energija iz Zemljinog magnetnog polja).

Praktična implementacija funkcionalnih jedinica ovog pronalaska može se izvesti na sljedeći način.

Trofazni dvoslojni namotaj sa izoliranom bakrenom žicom može se koristiti kao generirajući krug, koji će oblik krive elektromotorne sile približiti sinusoidi. Mostno kolo trofaznog ispravljača s diodama male snage tipa D2 i D9 može se koristiti kao ispravljač, koji će smanjiti valovitost ispravljenog napona. Kao regulator punjenja baterije može se koristiti mikrokontroler MAX 17710. Može raditi sa nestabilnim izvorima sa rasponom izlazne snage od 1 μW do 100 mW. Uređaj ima ugrađeni boost konvertor za punjenje baterija iz izvora sa tipičnim izlaznim naponom od 0,75 V i ugrađeni regulator za zaštitu baterija od prepunjavanja. Litijum-jonske baterije sa podsistemom za izjednačavanje napona baterije (sistem za balansiranje) mogu se koristiti kao baterija koja sadrži sklopne uređaje upravljane kontrolerom. Može se implementirati na bazi kontrolera MSP430F1232.

Dakle, karakteristične karakteristike predloženog uređaja doprinose postizanju ovog cilja.

Izvori informacija

1. Analogni svijet Maxim. Nova mikro kola / Grupa kompanija Symmetron // Broj 2, 2013. - 68 str.

2. Grilikhes V.A. Solarna energija i svemirski letovi / V.A. Griliches, P.P. Orlov, L.B. Popov - M.: Nauka, 1984. - 211 str.

3. Kargu D.L. Sistemi napajanja svemirskih letjelica / D.L. Kargu, G.B. Steganov [i drugi] - Sankt Peterburg: VKA im. A.F. Mozhaisky, 2013. - 116 str.

4. Katsman M.M. Električne mašine / M.M. Katzman. - udžbenik priručnik za specijalne učenike tehničke škole. - 2. izd., revidirano. i dodatne - M.: Više. Shk., 1990. - 463 str.

5. Pryanishnikov V.A. Elektronika. Tok predavanja / V.A. Pryanishnikov - St. Petersburg: Krona Print LLC, 1998. - 400 str.

6. Rykovanov A.N. Li-jonski sistemi za napajanje baterijama / A.N. Rykovanov // Energetska elektronika. - 2009. - br. 1.

7. Chilin Yu.N. Modeliranje i optimizacija u energetskim sistemima svemirskih letjelica / Yu.N. Chilin. - Sankt Peterburg: VIKA, 1995. - 277 str.

Sistem za napajanje svemirske letjelice koji sadrži grupu solarnih baterija direktne sunčeve svjetlosti, punjač koji prima električnu energiju iz solarnih baterija direktne sunčeve svjetlosti, uređaj za pražnjenje koji napaja potrošače iz baterije, stabilizator napona koji napaja potrošače iz solarne baterije direktne sunčeve svjetlosti , karakteriziran time što dodatno sadrži grupu solarnih panela dizajniranih za pretvaranje sunčeve svjetlosti reflektirane od Zemlje u električnu energiju, generatorski krug, koji je skup provodnika (namota) smještenih na tijelu letjelice, u kojem je elektromotorna sila induciran zbog rotacije letjelice oko svoje ose u magnetskom polju Zemljino polje, ispravljački uređaj, a sadrži i regulator punjenja baterije iz izvora energije različite snage, bateriju, koja dodatno sadrži sklopne uređaje kojima upravlja kontroler. priključite ili odspojite pojedinačne baterije na kontroler kako biste ih napunili.

Slični patenti:

Pronalazak se odnosi na svemirsku tehnologiju i može se koristiti za napajanje svemirskih letjelica (SV) i stanica. Tehnički rezultat je korištenje sistema termičke kontrole za dobivanje dodatne energije.

Pronalazak se odnosi na oblast elektrotehnike. Autonomni sistem napajanja sadrži solarnu bateriju, uređaj za skladištenje električne energije, uređaj za punjenje-pražnjenje i opterećenje koje se sastoji od jednog ili više stabilizatora napona sa krajnjim potrošačima električne energije priključenim na njihove izlaze.

Pronalazak se odnosi na elektroindustriju i može se koristiti u projektovanju sistema autonomnog napajanja za veštačke Zemljine satelite (AES). Tehnički rezultat je povećanje specifičnih energetskih karakteristika i pouzdanosti sistema autonomnog napajanja satelita. Predložena je metoda za napajanje opterećenja jednosmjernom strujom u sustavu autonomnog napajanja umjetnog satelita Zemlje iz solarne baterije i seta sekundarnih izvora električne energije - punjivih baterija koje sadrže Nacc baterije povezane u seriju, a koji se sastoji od stabilizacije napona. o opterećenju, punjenju i pražnjenju baterija preko pojedinačnih punjača i pretvarača pražnjenja, dok se pretvarači pražnjenja izrađuju bez uređaja za povišenje napona, za koje se broj baterija Nacc u svakoj bateriji bira iz omjera: Nacc≥(Un+1) /Uacc.min, gdje je Nacc broj baterija u serijskom kolu svake baterije; Un - napon na izlazu iz sistema autonomnog napajanja, V; Uacc.min je minimalni napon pražnjenja jedne baterije, V, pretvarači punjenja su izrađeni bez jedinica za povišenje napona, za koje se napon na radnoj tački solarne baterije bira iz omjera: Urt>Uacc.max Nacc+1 , gdje je Urt napon na radnoj tački solarne baterije na kraju zagarantovanog resursa njenog rada, B; Uacc.max je maksimalni napon punjenja jedne baterije, V, dok se izračunati broj baterija Nacc dodatno povećava na osnovu omjera: Nacc≥(Un+1)/Uacc.min+Nfailure, gdje je Nfailure broj dozvoljenih kvarovi baterije, a stabilizacija napona opterećenjem i punjenjem baterije se vrši pomoću ekstremne regulacije napona solarnog panela.

Pronalazak se odnosi na oblast elektrotehnike. Tehnički rezultat se sastoji u proširenju operativnih mogućnosti sistema, povećanju njegove snage opterećenja i osiguravanju maksimalnog neprekidnog rada uz održavanje optimalnih radnih parametara baterije pri napajanju potrošača jednosmernom strujom.

Pronalazak se odnosi na oblast solarne energije, posebno na solarne instalacije koje kontinuirano nadziru Sunce, kako sa koncentratorima sunčevog zračenja tako i sa ravnim silikonskim modulima, dizajniranim za napajanje potrošača, na primer, u područjima nepouzdanog i decentralizovanog napajanja.

Pronalazak se odnosi na elektroindustriju i može se koristiti u projektovanju sistema autonomnog napajanja za veštačke Zemljine satelite (AES).

Pronalazak se odnosi na sistem rotacije solarnih nizova (SPSB) svemirske letelice (SC). Izum je namijenjen za smještaj SPSB elemenata za rotaciju solarne baterije velike snage i prijenos električne energije iz solarne baterije do svemirske letjelice.

Pronalazak se odnosi na oblast konverzije solarne energije i njenog prenosa do zemaljskih potrošača. Svemirska elektrana sadrži solarni kolektor (1) lobnog tipa, kućište stanice (2) i snop (3) mikrotalasnih antena. Kolektor (1) je napravljen od ploča (panela) fotoelektričnih pretvarača - glavnih i pomoćnih. Ploče imaju pravougaoni i trouglasti oblik. Njihove veze su izvedene u obliku automatskih kuka i petlji, koje se, kada se kolektor aktivira, povezuju preko višekrilnog mehanizma. U presavijenom stanju kolektor (1) ima oblik kocke. Beam antene (3) fokusiraju mikrovalnu energiju na pojačalo, koje ovu energiju prenosi zemaljskim elektranama. Tehnički rezultat pronalaska je usmjeren na povećanje efikasnosti konverzije energije i prijenosa do potrošača na ogromnim područjima Zemlje. 16 ill.

Upotreba: u oblasti elektrotehnike za napajanje svemirskih letelica iz primarnih izvora različite snage. Tehnički rezultat je povećana pouzdanost napajanja. Sistem za napajanje svemirske letjelice sadrži: grupu solarnih baterija direktne sunčeve svjetlosti, grupu solarnih baterija reflektirane sunčeve svjetlosti, generatorsko kolo, stabilizator napona, punjač, ​​uređaj za pražnjenje, punjivu bateriju, ispravljač, kontroler punjenja baterije i potrošači. Izmjenični napon iz kruga za generiranje pretvara se u konstantni napon u jedinici i dovodi se na prvi ulaz kontrolera punjenja baterije. Konstantni napon sa solarnih panela reflektirane sunčeve svjetlosti dovodi se na drugi ulaz kontrolera punjenja baterije. Ukupni napon iz kruga za generiranje i solarnih panela reflektirane sunčeve svjetlosti sa prvog izlaza kontrolera ide na drugi ulaz baterije. Od drugog izlaza kontrolera do prvog ulaza baterije, upravljački signali se primaju od prekidača koji imaju kontakte 1-3 i prekidača koji imaju kontakte 1-2. Broj kontroliranih sklopnih uređaja ovisi o broju baterija u bateriji. Za punjenje odabrane baterije, na odgovarajućim prekidačima se njihovi prvi kontakti otvaraju trećim i zatvaraju drugim, na odgovarajućim prekidačima se zatvaraju prvi i drugi kontakt. Odgovarajuća baterija spojena na ovaj način na drugi ulaz baterije puni se nazivnom strujom punjenja sve dok se od kontrolera ne primi naredba za promjenu sljedeće baterije. Potrošač dobiva napajanje iz preostalih baterija, zaobilazeći isključenu, iz prvog izlaza baterije. 5 ill.

Razvoj konkurentne svemirske tehnologije zahtijeva prelazak na nove tipove baterija koje zadovoljavaju zahtjeve sistema napajanja perspektivnih svemirskih letjelica.

Danas se svemirske letjelice koriste za organizaciju komunikacijskih sistema, navigacije, televizije, proučavanje vremenskih prilika i prirodnih resursa Zemlje, te istraživanje dubokog svemira.

Jedan od glavnih uslova za takve uređaje je tačna orijentacija u prostoru i korekcija parametara kretanja. Ovo značajno povećava zahtjeve za sistem napajanja uređaja. Problemi snabdijevanja svemirskih letjelica i, prije svega, razvoja u cilju identifikacije novih izvora električne energije, od najveće su važnosti na globalnom nivou.

Trenutno su glavni izvori električne energije za svemirske letjelice solarne i punjive baterije.

Solarni paneli su dostigli svoje fizičke granice u pogledu svojih performansi. Njihovo daljnje poboljšanje moguće je korištenjem novih materijala, posebno galij arsenida. To će vam omogućiti da povećate snagu solarne baterije za 2-3 puta ili smanjite njenu veličinu.

Među punjivim baterijama za svemirske letjelice danas se široko koriste nikl-vodikove baterije. Međutim, energetsko-masene karakteristike ovih baterija su dostigle svoj maksimum (70-80 Wh/kg). Njihovo dalje unapređenje je veoma ograničeno i, osim toga, zahteva velike finansijske troškove.

S tim u vezi, trenutno je aktivno uvođenje litijum-jonskih baterija (LIB) na tržište svemirske tehnologije.

Karakteristike litijum-jonskih baterija su mnogo veće u odnosu na druge tipove baterija sa sličnim vekom trajanja i brojem ciklusa punjenja-pražnjenja. Specifična energija litijum-jonskih baterija može dostići 130 Wh/kg ili više, a energetska efikasnost je 95%.

Važna činjenica je da LIB-ovi iste standardne veličine mogu bezbedno da rade kada su paralelno povezani u grupe, tako da nije teško formirati litijum-jonske baterije različitog kapaciteta.

Jedna od glavnih razlika između LIB-a i nikl-vodikovih baterija je prisustvo elektronskih jedinica za automatizaciju koje nadgledaju i upravljaju procesom punjenja-pražnjenja. Oni su takođe odgovorni za nivelisanje neravnoteže napona pojedinačnih LIB-ova i obezbeđuju prikupljanje i pripremu telemetrijskih informacija o glavnim parametrima baterije.

Ipak, glavna prednost litijum-jonskih baterija se smatra smanjenjem težine u odnosu na tradicionalne baterije. Prema riječima stručnjaka, korištenje litijum-jonskih baterija na telekomunikacionim satelitima snage 15-20 kW će smanjiti težinu baterija za 300 kg. S obzirom da je trošak izvođenja 1 kg korisne mase u orbitu oko 30 hiljada dolara, to će značajno smanjiti finansijske troškove.

Jedan od vodećih ruskih proizvođača takvih baterija za svemirske letelice je OJSC Aviation Electronics and Communication Systems (AVEX), dio KRET-a. Tehnološki proces proizvodnje litijum-jonskih baterija u preduzeću obezbeđuje visoku pouzdanost i smanjene troškove.

IZVORI ELEKTRIČNE ENERGIJE ZA SVEMIŠKA VOZILA
prof. Lukjanenko Mihail Vasiljevič
glava Katedra za automatske sisteme upravljanja Sibirskog državnog vazduhoplovnog univerziteta po imenu akademika M.F. Reshetnyova

Proučavanje i istraživanje svemira zahtijeva razvoj i stvaranje svemirskih letjelica za različite namjene. Trenutno se automatske bespilotne letjelice najviše koriste za formiranje globalnog sistema komunikacija, televizije, navigacije i geodezije, prijenosa informacija, proučavanja vremenskih prilika i prirodnih resursa Zemlje, kao i istraživanja dubokog svemira. Za njihovu izradu potrebno je osigurati vrlo stroge zahtjeve za tačnost orijentacije uređaja u prostoru i korekciju orbitalnih parametara, a to zahtijeva povećanje napajanja svemirskih letjelica.
Jedan od najvažnijih sistema na brodu svake letjelice, koji prvenstveno određuje njegove karakteristike performansi, pouzdanost, vijek trajanja i ekonomsku efikasnost, je sistem napajanja. Stoga su problemi razvoja, istraživanja i kreiranja sistema napajanja svemirskih letjelica od najveće važnosti, a njihovo rješavanje će omogućiti dostizanje svjetskog nivoa po specifičnim pokazateljima mase i aktivnom životu.
Tokom posljednje decenije, vodeće svjetske kompanije su se zalagale za povećanje snabdijevanja svemirskih letjelica, što omogućava, uz ista ograničenja na masu uređaja koje nameću postojeći nosači, kontinuirano povećanje snage korisnog tereta. Ovakva postignuća su bila moguća zahvaljujući naporima koje su uložili programeri svih komponenti ugrađenih sistema napajanja, a prije svega izvora napajanja.
Glavni izvori električne energije za svemirske letjelice trenutno su solarne i punjive baterije.
Solarne baterije sa silicijumskim monokristalnim fotonaponskim pretvaračima dostigle su svoje fizičko ograničenje u pogledu karakteristika specifičnih za masu. Dalji napredak u razvoju solarnih ćelija moguć je korišćenjem fotonaponskih pretvarača zasnovanih na novim materijalima, posebno galijum arsenidu. Trostepeni fotonaponski pretvarači od galijum arsenida već se koriste na američkoj platformi HS-702, na evropskom Spasebus-400 itd., što je više nego udvostručilo snagu solarne baterije. Unatoč većoj cijeni fotonaponskih pretvarača napravljenih od galij arsenida, njihova upotreba će omogućiti povećanje snage solarne baterije za 2-3 puta ili, pri istoj snazi, odgovarajuće smanjenje površine solarne baterije u odnosu na na silicijumske fotonaponske pretvarače.
U uslovima geostacionarne orbite, upotreba fotoelektričnih pretvarača na bazi galij arsenida omogućava da se obezbedi specifična snaga solarne baterije od 302 W/m2 na početku rada i 230 W/m2 na kraju njenog aktivnog veka (10 -15 godina).
Razvoj četvorostepenih fotonaponskih pretvarača od galij arsenida sa efikasnošću od oko 40% omogućiće da se dobije gustina snage solarne ćelije do 460 W/m2 na početku rada i 370 W/m2 na kraju rada. njegov aktivan život. U bliskoj budućnosti treba očekivati ​​značajno poboljšanje masenih karakteristika solarnih baterija.
Trenutno se u svemirskim letjelicama široko koriste baterije bazirane na elektrohemijskom sistemu nikl-vodonik, ali su energetsko-masene karakteristike ovih baterija dostigle svoju granicu (70-80 Wh/kg). Mogućnost daljeg poboljšanja specifičnih karakteristika nikl-hidrogen baterija je veoma ograničena i zahteva velike finansijske troškove.
Da bi se stvorila konkurentna svemirska tehnologija, bilo je potrebno preći na nove vrste elektrohemijskih izvora energije pogodne za upotrebu kao dio sistema napajanja za perspektivne svemirske letjelice.
Tržište svemirske tehnologije trenutno aktivno uvodi litijum-jonske baterije. To je zato što litijum-jonske baterije imaju veću gustoću energije u odnosu na nikl-vodonik baterije.
Glavna prednost litijum-jonske baterije je smanjenje težine zbog većeg omjera energije i težine. Odnos energije i težine litijum-jonskih baterija je veći (125 Wh/kg) u poređenju sa maksimumom postignutim za nikl-vodonik baterije (80 Wh/kg).
Glavne prednosti litijum-jonskih baterija su:
- smanjenje težine baterije zbog većeg omjera energije i težine (smanjenje težine baterije je ~40%);
- niska proizvodnja toplote i visoka energetska efikasnost (ciklus punjenja-pražnjenja) sa veoma niskim samopražnjenjem, što obezbeđuje najjednostavniju kontrolu tokom lansiranja, prenosne orbite i normalnog rada;
- tehnološki napredniji proizvodni proces za litijum-jonske baterije u odnosu na nikl-vodonik baterije, koji omogućava dobru ponovljivost karakteristika, visoku pouzdanost i smanjene troškove.
Prema stručnjacima SAFT-a (Francuska), upotreba litijum-jonskih baterija na telekomunikacionim satelitima snage 15-20 kW smanjiće masu baterija za 300 kg (trošak stavljanja 1 kg korisne mase u orbitu je ~ 30.000 dolara).
Glavne karakteristike VES140 litijum-jonske baterije (razvijene od strane SAFT): garantovani kapacitet 39 A*h, prosečan napon 3,6 V, napon na kraju punjenja 4,1 V, energija 140 Wh, specifična energija 126 Wh/kg, težina 1,11 kg , visine 250 mm i prečnika 54 mm. VES140 baterija je kvalifikovana za upotrebu u svemiru.
U Rusiji je danas OJSC Saturn (Krasnodar) razvio i proizveo litijum-jonsku bateriju LIGP-120. Glavne karakteristike baterije LIGP-120: nominalni kapacitet 120 Ah, prosječni napon 3,64 V, specifična energija 160 Wh/kg, težina 2,95 kg, visina 260 mm, širina 104,6 mm i dubina 44,1 mm. Baterija je prizmatičnog oblika, što daje značajne prednosti u pogledu specifične zapreminske energije baterije u odnosu na SAFT baterije. Promjenom geometrijskih dimenzija elektrode možete dobiti bateriju različitog kapaciteta. Ovaj dizajn pruža najveće karakteristike specifične zapremine baterije i omogućava konfiguraciju baterije, osiguravajući optimalne termičke uslove.
Savremeni sistemi za napajanje svemirskih letelica su složeni kompleks izvora energije, pretvarača i distributivnih uređaja, integrisanih u automatski kontrolni sistem i dizajniranih za napajanje tereta na brodu. Sekundarni izvori napajanja su kompleks za pretvaranje energije koji se sastoji od određenog broja identičnih pretvarača impulsnog napona koji rade za zajedničko opterećenje. U tradicionalnoj verziji, kao impulsni pretvarači napona koriste se klasični pretvarači pravokutnog oblika struje i napona ključnog elementa i upravljanja putem modulacije širine impulsa.
Za poboljšanje tehničkih i ekonomskih pokazatelja sistema napajanja svemirskih letjelica, kao što su gustina snage, efikasnost, brzina i elektromagnetna kompatibilnost, predložili smo upotrebu kvazirezonantnih naponskih pretvarača. Provedene su studije o režimima rada dva paralelno povezana kvazirezonantna serijska naponska pretvarača sa prebacivanjem elektronskog prekidača pri nultim vrijednostima struje i zakonom upravljanja frekvencijom impulsa. Na osnovu rezultata modeliranja i proučavanja karakteristika prototipova kvazirezonantnih naponskih pretvarača, potvrđene su prednosti ovog tipa pretvarača.
Dobijeni rezultati nam omogućavaju da zaključimo da će predloženi kvazirezonantni pretvarači napona naći široku primenu u sistemima napajanja digitalnih i telekomunikacionih sistema, instrumentaciji, procesnoj opremi, sistemima automatike i telemehaničke, sigurnosnim sistemima itd.
Aktuelni problemi su proučavanje karakteristika funkcionisanja svemirskih izvora energije, razvoj njihovih matematičkih modela i proučavanje energetskih i dinamičkih režima.
U ove svrhe razvili smo i proizveli jedinstvenu opremu za proučavanje sistema napajanja svemirskih letelica, koja omogućava automatizovano testiranje izvora napajanja na brodu (solarne i punjive baterije) i sistema napajanja uopšte.
Osim toga, razvijena je i proizvedena automatizirana radna stanica za proučavanje energetsko-termičkih uslova litijum-jonskih baterija i baterijskih modula i hardverski kompleks za proučavanje energetskih i dinamičkih karakteristika solarnih ćelija galij-arsenida.
Važan aspekt rada je i stvaranje i istraživanje alternativnih izvora električne energije za svemirske letjelice. Proveli smo istraživanje na uređaju za skladištenje energije zamašnjaka, koji je super zamašnjak u kombinaciji sa električnom mašinom. Zamajac koji se rotira u vakuumu na magnetnim nosačima ima efikasnost od 100%. Uređaj za skladištenje energije sa zamašnjakom sa dva rotora ima svojstvo koje omogućava realizaciju triaksijalne ugaone orijentacije. U ovom slučaju, energetski žiroskop (žirodin), kao samostalni zasebni podsistem, može se isključiti, tj. Uređaj za skladištenje energije sa zamašnjakom kombinuje funkcije uređaja za skladištenje energije i energetskog žiroskopa.
Istraživanja su sprovedena na elektrodinamičkim priveznim sistemima kao izvoru električne energije za svemirski brod. Do danas je razvijen matematički model elektrodinamičkog kablovskog sistema za izračunavanje maksimalne snage; utvrđene su zavisnosti energetskih karakteristika od parametara orbite i dužine priveza; razvijena je metodologija za određivanje parametara kablovskog sistema koji obezbeđuje proizvodnju date snage; određuju se orbitalni parametri (visina i nagib) na kojima se postiže najefikasnije korišćenje tether sistema u režimu proizvodnje energije; Ispitane su mogućnosti kablovskog sistema pri radu u vučnom režimu.

EURAZIJSKI NACIONALNI UNIVERZITET

Njih. L.N. Gumilyov

Fizičko-tehnološki fakultet

Katedra za svemirsko inženjerstvo i tehnologiju

IZVJEŠTAJ

PO PROIZVODNJI

VJEŽBA

ASTANA 2016

Uvod……………………………………………………………………………………………………………3

1 Opće informacije o napajanju svemirskih letjelica...................................4

1.1 Primarni izvori električne energije………………………………4

1.2 Automatizacija sistema napajanja.................................................. ......... ….5

2 Solarne svemirske elektrane…………..…………………..…..6

2.1 Princip rada i dizajn solarnih baterija 6

3 Elektrohemijske svemirske elektrane…………………………..12

3.1 Hemijski izvori struje……………………………………...13

3.2 Srebrno-cink baterije…………………………………..15

3.3 Nikl-kadmijumske baterije………………………16

3.4 Nikl-vodonik baterije……………………..17

4 Odabir parametara solarnih panela i tampon akumulacije.........18

4.1 Proračun parametara skladištenja međumemorije………………………………18

4.2 Proračun parametara solarnih panela………………………………..20

Zaključak……………………………………………………………………………………………….23

Spisak korištenih izvora……………………………………………………………………….24

Specifikacije………………………………………………………………………………………………25

UVOD

Jedan od najvažnijih sistema na brodu svake letjelice, koji prvenstveno određuje njegove karakteristike performansi, pouzdanost, vijek trajanja i ekonomsku efikasnost, je sistem napajanja. Stoga su problemi razvoja, istraživanja i stvaranja sistema napajanja svemirskih letjelica od najveće važnosti.

Automatizacija procesa kontrole leta bilo koje svemirske letjelice (SC) nezamisliva je bez električne energije. Električna energija se koristi za pogon svih elemenata uređaja i opreme svemirskih letjelica (pogonska grupa, komande, komunikacioni sistemi, instrumentacija, grijanje itd.).

Općenito, sistem napajanja generiše energiju, pretvara je i reguliše, skladišti je za periode najveće potražnje ili rada u sjeni i distribuira je po svemirskoj letjelici. Podsistem napajanja takođe može da pretvara i reguliše napon ili da obezbedi niz nivoa napona. Često uključuje i isključuje opremu i, radi poboljšanja pouzdanosti, štiti od kratkih spojeva i izoluje kvarove. Na dizajn podsistema utiče kosmičko zračenje, koje uzrokuje degradaciju solarnih panela. Vijek trajanja kemijske baterije često ograničava vijek trajanja svemirske letjelice.

Aktuelni problemi su proučavanje karakteristika funkcionisanja svemirskih izvora energije. Proučavanje i istraživanje svemira zahtijeva razvoj i stvaranje svemirskih letjelica za različite namjene. Trenutno se automatske bespilotne letjelice najviše koriste za formiranje globalnog sistema komunikacija, televizije, navigacije i geodezije, prijenosa informacija, proučavanja vremenskih prilika i prirodnih resursa Zemlje, kao i istraživanja dubokog svemira. Za njihovu izradu potrebno je osigurati vrlo stroge zahtjeve za tačnost orijentacije uređaja u prostoru i korekciju orbitalnih parametara, a to zahtijeva povećanje napajanja svemirskih letjelica.

Opće informacije o napajanju svemirskih letjelica.

Geometrija svemirske letjelice, dizajn, masa i aktivni vijek u velikoj mjeri su određeni sistemom napajanja svemirskih letjelica. Sistem napajanja ili na drugi način naveden kao sistem napajanja (PSS) svemirska letjelica – sistem letjelice koji obezbjeđuje napajanje drugim sistemima jedan je od najvažnijih sistema. Kvar na sistemu napajanja dovodi do kvara cijelog uređaja.

Sistem napajanja obično uključuje: primarni i sekundarni izvor električne energije, pretvarače, punjače i automatizaciju upravljanja.

1.1 Primarni izvori energije

Kao primarni izvori koriste se različiti generatori energije:

Solarni paneli;

Hemijski izvori struje:

Baterije;

Galvanske ćelije;

Gorivne ćelije;

Radioizotopni izvori energije;

Nuklearni reaktori.

Primarni izvor uključuje ne samo sam generator električne energije, već i sisteme koji ga opslužuju, na primjer, sistem za orijentaciju solarnih panela.

Često izvori energije kombinuju, na primjer, solarnu bateriju s kemijskom baterijom.

Gorivne ćelije

Gorivne ćelije imaju velike karakteristike težine i veličine i gustinu snage u poređenju sa parom solarnih baterija i hemijskom baterijom, otporne su na preopterećenja, imaju stabilan napon i nečujne su. Međutim, zahtijevaju opskrbu gorivom, pa se koriste na uređajima s periodom boravka u svemiru od nekoliko dana do 1-2 mjeseca.

Uglavnom se koriste vodoničko-kiseoničke gorivne ćelije, jer vodik daje najveću kalorijsku vrijednost, a osim toga, voda nastala kao rezultat reakcije može se koristiti na svemirskim letjelicama s ljudskom posadom. Da bi se osigurao normalan rad gorivih ćelija, potrebno je osigurati uklanjanje vode i topline nastale kao rezultat reakcije. Drugi ograničavajući faktor je relativno visoka cijena tekućeg vodika i kisika i teškoća njihovog skladištenja.

Radioizotopski izvori energije

Radioizotopski izvori energije koriste se uglavnom u sljedećim slučajevima:

Visoko trajanje leta;

Misije u vanjske regije Sunčevog sistema, gdje je fluks sunčevog zračenja nizak;

Izviđački sateliti sa radarom za bočno skeniranje ne mogu koristiti solarne panele zbog niskih orbita, ali imaju veliku potrebu za energijom.

1.2 Automatizacija sistema napajanja

Uključuje uređaje za kontrolu rada elektrane, kao i praćenje njenih parametara. Tipični zadaci su: održavanje parametara sistema u određenim rasponima: napon, temperatura, pritisak, prebacivanje načina rada, na primjer, prebacivanje na rezervni izvor napajanja; prepoznavanje kvarova, hitna zaštita izvora napajanja, posebno strujom; isporuku informacija o stanju sistema za telemetriju i na astronautsku konzolu. U nekim slučajevima moguće je prebaciti se sa automatske na ručnu kontrolu ili sa astronautove konzole ili komandama iz zemaljskog kontrolnog centra.

Povezane informacije.