Napájanie kozmickej lode. Napájací systém pre palubný komplex kozmickej lode (160,00 RUB) Katedra kozmického inžinierstva a technológie

M.A. PETROVICHEV, A. S. GURTOV SYSTÉM DODÁVKA ENERGIE NA PALUBE KOMPLEXNÉ VESMÍRNYCH VOZÍKOV Schválené redakčnou a vydavateľskou radou univerzity ako učebná pomôcka Vydavateľstvo SAMARA SSAU 2007 MDT 629.78.05 BBK 39.62 P306 K O V Č N Á P R E T E N A O R Y O Y E C T I O N Inovatívne odborné vzdelávacie centrum svetového inovačného vzdelávacieho programu svetového oblasť letectva a geografických informačných technológií“ PR I Recenzenti: doktor technických vied A.<...>Koptev, zástupca. Vedúci oddelenia Štátneho vedecko-výskumného centra "TsSKB - Progress" S. I. Minenko P306 Petrovičev M.A.<...>Systém zásobovanie energiou na palube komplexné kozmická loď: učebnica. príspevok / M.A. Petrovičev, A.S. Gurtov.<...>Učebnica je určená pre študentov odboru 160802 " Priestor zariadení a urýchľovacie bloky“.<...>MDT 629.78.05 BBK 39.62 ISBN 978-5-7883-0608-7 2 © Petrovichev M. A., Gurtov AS, 2007 © Samara State Aerospace University, 2007 Systém Zdroj palubný komplex kozmických lodí Zo všetkých druhov energie je elektrická najuniverzálnejšia.<...>. Systém Zdroj(SES) CA je jedným z najdôležitejších systémov zabezpečujúcich funkčnosť CA. <...>Spoľahlivosť SES je do značnej miery determinovaná 3 redundanciou všetkých typov zdrojov, prevodníkov, prepínanie zariadení a siete.<...>Štruktúra systémov Zdroj CA Základné systém Zdroj CA je systém priamy prúd.<...>Na vyrovnávanie záťažových špičiek použite vyrovnávacia pamäť zdroj. <...>Prvýkrát na opakovane použiteľné CA Shuttle používal systém napájania bez vyrovnávacej pamäte.<...> 4 Systém distribúcia Konvertor Konvertor siete Spotrebiteľ Primárny zdroj Buffer zdroj Ryža.<...>Štruktúra zariadenia vesmírneho napájacieho systému Buffer zdroj vyznačujúci sa tým, že celková energia, ktorú vyrobí, je nulová.<...>Aby sa vlastnosti batérie zhodovali s primárnym zdrojom a sieťou, použite<...>

System_of_energy_supplyof_onboard_complex_of_spacecraft_.pdf

FEDERÁLNA AGENTÚRA PRE VZDELÁVANIE ŠTÁTNA VZDELÁVACIA INŠTITÚCIA VYSOKÉHO ODBORNÉHO VZDELÁVANIA „ŠTÁTNA LETECKÁ UNIVERZITA SAMARA pomenovaná po akademikovi S.P. KRÁĽOVNÁ" M. A. PETROVICHEV, A. S. GURTOV NAPÁJACÍ SYSTÉM PALUBNÉHO KOMPLEXU KOZMICKÝCH VOZÍKOV Schválené Edičnou a vydavateľskou radou univerzity ako učebná pomôcka Vydavateľstvo S A M A R A SZÚ 2007

Strana 1

MDT 629.78.05 BBK 39.62 P306 Inovatívny vzdelávací program „Rozvoj kompetenčného centra a prípravy špičkových odborníkov v oblasti letectva a geoinformačných technológií“ Recenzenti: doktor technických vied A. N. Koptev, zástupca vedúceho katedry štátnej ved. Výskumné centrum RKTs TsSKB - Progress" S. I. M i nenko Petrovičev M. A. P306 Systém napájania palubného komplexu kozmickej lode: učebnica / M. A. Petrovičev, A. S. Gurtov. - Samara: Samara Publishing House State Aerospace University, 2007. – 88 pp. : ill. ISBN 978-5-7883-0608-7 Úloha a význam napájacieho systému pre kozmickú loď, komponenty tohto systému sa zvažujú, osobitná pozornosť sa venuje zohľadneniu princípov činnosti a zariadení napájania zásoby, vlastnosti ich použitia pre kozmickú techniku ​​Príručka poskytuje pomerne rozsiahly referenčný materiál, ktorý môžu využiť pri tvorbe ročníkov a diplomov študentom neelektrických odborov Učebnica je určená pre študentov odboru 160802 „Kozmické lode a vyššie stupne“. Môže to byť užitočné aj pre mladých odborníkov v raketovom a vesmírnom priemysle. Pripravené na katedre letectva. MDT 629.78.05 BBK 39.62 ISBN 978-5-7883-0608-7 2 © Petrovichev M. A., Gurtov AS, 2007 © Samara State Aerospace University, 2007 PREDCHÁDZAJÚCE K T O A N Á N Y P

Strana 2

Systém napájania palubného komplexu kozmickej lode Zo všetkých druhov energie je elektrická najuniverzálnejšia. V porovnaní s inými druhmi energie má množstvo výhod: elektrická energia sa ľahko premieňa na iné druhy energie, účinnosť elektrických inštalácií je oveľa vyššia ako účinnosť zariadení pracujúcich na iné druhy energie, elektrická energia sa ľahko vyrába prenášať cez vodiče k spotrebiteľovi, elektrická energia sa ľahko distribuuje medzi spotrebiteľov. Automatizácia procesov riadenia letu akejkoľvek kozmickej lode (SC) je nemysliteľná bez elektrickej energie. Elektrická energia sa používa na pohon všetkých prvkov zariadení a vybavenia kozmickej lode (pohonná skupina, ovládacie prvky, komunikačné systémy, prístrojové vybavenie, kúrenie atď.). Napájací systém (PSS) kozmickej lode je jedným z najdôležitejších systémov zabezpečujúcich chod kozmickej lode. Hlavné požiadavky na SES: nevyhnutná dodávka energie na dokončenie celého letu, spoľahlivá prevádzka v podmienkach beztiaže, potrebná spoľahlivosť zabezpečená redundanciou (výkonovo) hlavného zdroja a vyrovnávacej pamäte, absencia emisií a spotreba plynov, možnosť prevádzky v akejkoľvek polohe v priestore, minimálna hmotnosť, minimálne náklady. Všetka elektrická energia potrebná na uskutočnenie letového programu (pre normálnu prevádzku, ako aj pre niektoré abnormálne) musí byť na palube kozmickej lode, pretože jej doplnenie je možné len pre stanice s posádkou. Spoľahlivosť SES je do značnej miery určená 3

Majitelia patentu RU 2598862:

Použitie: v oblasti elektrotechniky na napájanie kozmických lodí z primárnych zdrojov rôzneho výkonu. Technickým výsledkom je zvýšená spoľahlivosť napájania. Systém napájania kozmickej lode obsahuje: skupinu solárnych batérií priameho slnečného žiarenia (1), skupinu solárnych batérií odrazeného slnečného svetla (7), generátorový obvod (8), stabilizátor napätia (2), nabíjačku ( 3), vybíjacie zariadenie (4), batériu (5), usmerňovacie zariadenie (9), regulátor (10) nabíjania batérie a spotrebiče (6). Striedavé napätie z generátorového obvodu (8) sa v bloku (9) premieňa na konštantné napätie a privádza sa na prvý vstup regulátora (10) nabíjania batérie. Konštantné napätie zo solárnych panelov odrazeného slnečného svetla (7) sa privádza na druhý vstup regulátora nabíjania batérie (10). Celkové napätie z generátorového obvodu a solárnych panelov odrazeného slnečného svetla z prvého výstupu regulátora (10) ide na druhý vstup batérie (5). Z druhého výstupu ovládača k prvému vstupu batérie (5) sa prijímajú riadiace signály zo spínačov (15-21) s kontaktmi 1-3 a spínačov (22-25) s kontaktmi 1-2. Počet ovládaných spínacích zariadení závisí od počtu batérií v batérii. Na dobitie vybranej batérie (11-14) na príslušných spínačoch sa ich prvý kontakt otvorí s tretím a zatvorí sa druhým, na zodpovedajúcich spínačoch sa prvý a druhý kontakt zatvoria. Zodpovedajúca batéria pripojená týmto spôsobom k druhému vstupu batérie sa dobíja menovitým nabíjacím prúdom až do prijatia príkazu z ovládača (10) na výmenu ďalšej batérie. Spotrebiteľ (6) prijíma energiu zo zostávajúcich batérií, pričom obchádza odpojenú, z prvého výstupu batérie (5). 5 chorých.

Vynález sa týka kozmickej technológie a môže byť použitý ako súčasť rotačne stabilizovanej kozmickej lode.

Známy napájací systém pre kozmickú loď so spoločnými zbernicami (analógový), ktorý obsahuje solárne panely (primárny zdroj energie), batériu a spotrebiče. Nevýhodou tohto systému je, že napätie v tomto systéme je nestabilizované. To vedie k energetickým stratám v káblových sieťach a vo vstavaných individuálnych stabilizátoroch spotrebiteľov.

Známy napájací systém pre kozmickú loď s oddelenými zbernicami a paralelným pripojením stabilizátora napätia (analógového), ktorý obsahuje nabíjačku, vybíjacie zariadenie a batériu. Jeho nevýhodou je nemožnosť použitia extrémneho regulátora výkonu pre solárne panely.

Technicky najbližší navrhovanému systému je napájací systém kozmickej lode s oddelenými zbernicami a so sériovo-paralelným zapojením stabilizátora napätia 2 (prototyp), ktorý obsahuje aj solárne panely priameho slnečného žiarenia 1, nabíjačku 3, výbojku. zariadením 4, nabíjateľnou batériou 5 (obr. 1). Nevýhodou tohto napájacieho systému je neschopnosť prijímať, premieňať a akumulovať elektrickú energiu zo zdrojov rôzneho výkonu, ako je energia magnetického poľa Zeme a energia odrazeného slnečného žiarenia od zemského povrchu.

Účelom vynálezu je rozšíriť možnosti napájacieho systému kozmickej lode na príjem, premenu a akumuláciu elektriny z rôznych primárnych zdrojov rôzneho výkonu, čo umožňuje zvýšiť aktívnu životnosť a napájanie kozmickej lode.

Na obr. 2 napájací systém rotačne stabilizovanej kozmickej lode, obr. 3 - batéria obsahujúca spínacie zariadenia ovládané ovládačom; na obr. 4 je pohľad na rotačne stabilizovanú kozmickú loď z obr. Obrázok 5 schematicky znázorňuje jednu z možností pohybu rotačne stabilizovanej kozmickej lode na obežnej dráhe.

Napájací systém rotačne stabilizovanej kozmickej lode obsahuje skupinu solárnych panelov 7, určených na premenu slnečného svetla odrazeného od Zeme na elektrickú energiu, generujúc obvod 8, ktorý je sústavou vodičov (vinutia) umiestnených pozdĺž tela sondy. kozmická loď, v ktorej je indukovaná elektromotorická sila na počítanie rotácie kozmickej lode okolo svojej osi v magnetickom poli Zeme, usmerňovacie zariadenie 9, regulátor nabíjania batérie zo zdrojov rôzneho výkonu 10, batéria 5 obsahujúca spínanie riadené ovládačom zariadenia 15-25, ktoré pripájajú alebo odpájajú jednotlivé batérie 11-14 k ovládaču 9, aby sa dobili nízkym prúdom (obr. 2).

Systém funguje nasledovne. Počas procesu vynášania kozmickej lode na obežnú dráhu je rotovaná tak, že os rotácie aparatúry a solárnych panelov priameho slnečného žiarenia sú orientované smerom k Slnku (obr. 4). Počas pohybu rotujúcej kozmickej lode na obežnej dráhe generátorový obvod zachytáva indukčné čiary magnetického poľa Zeme rýchlosťou rotácie kozmickej lode okolo svojej osi. Výsledkom je, že podľa zákona elektromagnetickej indukcie sa vo generátorovom obvode indukuje elektromotorická sila

kde µ o je magnetická konštanta, H je sila magnetického poľa Zeme, Sin je plocha generujúceho obvodu, Nc je počet závitov v obvode, ω je uhlová frekvencia otáčania.

Keď je generátorový obvod uzavretý voči záťaži, prúd tečie v obvode generátora spotrebiteľa. Výkon generátorového obvodu závisí od krútiaceho momentu kozmickej lode okolo svojej osi

kde J KA je moment zotrvačnosti kozmickej lode.

Výrobný obvod je teda dodatočným zdrojom elektriny na palube kozmickej lode.

Striedavé napätie z generátorového obvodu 8 je usmernené na bloku 9 a privádzané na prvý vstup regulátora 10 nabíjania batérie. Priame napätie zo solárnych panelov odrazeného slnečného svetla 7 sa privádza na druhý vstup regulátora 10 nabíjania batérie. Celkové napätie z prvého výstupu ovládača 10 ide na druhý vstup batérie 5. Z druhého výstupu ovládača k prvému vstupu batérie 5 sa prijímajú riadiace signály zo spínačov 15-21, ktoré majú kontakty 1 -3 a spínače 22-25, ktoré majú kontakty 1-2. Počet ovládaných spínacích zariadení závisí od počtu batérií v batérii. Na dobitie vybranej batérie (11-14) na príslušných spínačoch sa ich prvý kontakt otvorí s tretím a zatvorí sa druhým, na zodpovedajúcich spínačoch sa prvý a druhý kontakt zatvoria. Zodpovedajúca batéria pripojená týmto spôsobom k druhému vstupu batérie sa dobíja nízkym prúdom, kým sa neprijme príkaz z ovládača 10 na výmenu ďalšej batérie. Spotrebiteľ prijíma energiu zo zostávajúcich batérií, pričom obchádza batériu 5, ktorá je odpojená od prvého výstupu.

Keď je kozmická loď na obežnej dráhe v polohe 1 (obr. 4, 5), solárne panely odrazeného slnečného svetla sú orientované smerom k Zemi. V tomto okamihu nabíjačka 3, ktorá je súčasťou napájacieho systému kozmickej lode, prijíma elektrinu zo solárnych panelov priameho slnečného žiarenia 1 a regulátor 10 nabíjania batérie prijíma elektrinu zo solárnych panelov odrazeného slnečného svetla 7 a generátorového obvodu 8. V polohe kozmickej lode 2, solárne panely priameho slnka Svetlá 1 zostávajú nasmerované k Slnku, zatiaľ čo solárne články odrazeného slnečného svetla sú čiastočne zakryté. V tomto okamihu nabíjačka 3 napájacieho systému kozmickej lode naďalej prijíma elektrinu zo solárnych panelov priameho slnečného žiarenia a ovládač 10 stráca časť energie z bloku 7, ale naďalej prijíma energiu z bloku 8 cez usmerňovač 9. V polohe kozmickej lode 3 sú všetky skupiny solárnych panelov zatienené, nabíjačka 3 nedostáva elektrinu zo solárnych panelov 1 a palubní spotrebitelia kozmickej lode dostávajú elektrinu z batérie. Regulátor nabíjania batérie pokračuje v prijímaní energie z generujúceho obvodu 8 a dobíja ďalšiu batériu. V polohe kozmickej lode 4 sú solárne panely priameho slnečného žiarenia 1 opäť osvetlené Slnkom, zatiaľ čo solárne panely odrazeného slnečného svetla sú čiastočne zakryté. V tomto okamihu nabíjačka 3 napájacieho systému kozmickej lode naďalej prijíma elektrinu zo solárnych panelov priameho slnečného žiarenia a ovládač 10 stráca časť energie z bloku 7, ale naďalej prijíma energiu z bloku 8 cez usmerňovač 9.

Systém napájania rotačne stabilizovanej kozmickej lode je teda schopný prijímať, premieňať a akumulovať: a) energiu priameho a odrazeného slnečného svetla; b) kinetická energia rotácie kozmickej lode v magnetickom poli Zeme. Inak je fungovanie navrhovaného systému podobné známemu.

Technický výsledok - zvýšenie aktívneho života a napájania kozmickej lode - je dosiahnuté použitím mikrokontrolérovej nabíjačky ako súčasti napájacieho systému kozmickej lode, ktorá umožňuje nabíjanie batérie zo zdrojov elektrickej energie rôznych výkonov (odráža sa slnečné svetlo a energia z magnetického poľa Zeme).

Praktická implementácia funkčných jednotiek podľa tohto vynálezu môže byť uskutočnená nasledovne.

Ako generátorový obvod možno použiť trojfázové dvojvrstvové vinutie s izolovaným medeným drôtom, čím sa tvar krivky elektromotorickej sily priblíži sínusoide. Ako usmerňovač možno použiť mostíkový obvod trojfázového usmerňovača s nízkovýkonovými diódami typu D2 a D9, ktorý zníži zvlnenie usmerneného napätia. Ako regulátor nabíjania batérie je možné použiť mikrokontrolér MAX 17710. Dokáže pracovať s nestabilnými zdrojmi s rozsahom výstupného výkonu od 1 μW do 100 mW. Zariadenie má zabudovaný boost konvertor pre nabíjanie batérií zo zdrojov s typickým výstupným napätím 0,75 V a vstavaný regulátor na ochranu batérií pred prebitím. Lítium-iónové batérie so subsystémom vyrovnávania napätia batérie (balančný systém) možno použiť ako batériu obsahujúcu spínacie zariadenia ovládané regulátorom. Môže byť implementovaný na základe ovládača MSP430F1232.

Charakteristické vlastnosti navrhovaného zariadenia teda prispievajú k dosiahnutiu tohto cieľa.

Informačné zdroje

1. Analógový svet Maxim. Nové mikroobvody / Symmetron Group of Companies // Vydanie č. 2, 2013. - 68 s.

2. Grilikhes V.A. Solárna energia a lety do vesmíru / V.A. Griliches, P.P. Orlov, L.B. Popov - M.: Nauka, 1984. - 211 s.

3. Kargu D.L. Napájacie systémy pre kozmické lode / D.L. Kargu, G.B. Steganov [a ďalší] - Petrohrad: VKA im. A.F. Mozhaisky, 2013. - 116 s.

4. Katsman M.M. Elektrické stroje / M.M. Katzman. - učebnica manuál pre špeciálnych študentov technické školy. - 2. vyd., prepracované. a dodatočné - M.: Vyššie. Shk., 1990. - 463 s.

5. Pryanishnikov V.A. Elektronika. Priebeh prednášok / V.A. Pryanishnikov - Petrohrad: Krona Print LLC, 1998. - 400 s.

6. Rykovanov A.N. Li-ion akumulátorové napájacie systémy / A.N. Rykovanov // Výkonová elektronika. - 2009. - č. 1.

7. Chilin Yu.N. Modelovanie a optimalizácia energetických systémov kozmických lodí / Yu.N. Chilin. - Petrohrad: VIKA, 1995. - 277 s.

Napájací systém kozmickej lode obsahujúci skupinu solárnych batérií priameho slnečného žiarenia, nabíjačku, ktorá prijíma elektrinu zo solárnych batérií priameho slnečného žiarenia, vybíjacie zariadenie, ktoré napája spotrebiteľov z batérie, stabilizátor napätia, ktorý napája spotrebiteľov zo solárnej batérie priameho slnečného svetla , vyznačujúci sa tým, že dodatočne obsahuje skupinu solárnych panelov určených na premenu slnečného svetla odrazeného od Zeme na elektrickú energiu, generátorový obvod, ktorým je sústava vodičov (vinutia) umiestnených na tele kozmickej lode, v ktorých pôsobí elektromotorická sila indukuje rotáciou kozmickej lode okolo svojej osi v magnetickom poli zemské pole, usmerňovacie zariadenie a obsahuje aj regulátor nabíjania batérie zo zdrojov rôzneho výkonu, batériu, ktorá navyše obsahuje spínacie zariadenia ovládané regulátorom, ktoré pripojte alebo odpojte jednotlivé batérie k ovládaču, aby ste ich dobili.

Podobné patenty:

Vynález sa týka vesmírnej technológie a môže byť použitý na zásobovanie energiou kozmickej lode (SV) a staníc. Technickým výsledkom je použitie tepelného riadiaceho systému na získanie dodatočnej energie.

Vynález sa týka oblasti elektrotechniky. Systém autonómneho napájania obsahuje solárnu batériu, zásobník elektriny, nabíjač-vybíjacie zariadenie a záťaž pozostávajúcu z jedného alebo viacerých stabilizátorov napätia s koncovými spotrebičmi elektriny pripojenými na ich výstupy.

Vynález sa týka elektrotechnického priemyslu a môže byť použitý pri navrhovaní systémov autonómneho napájania pre umelé družice Zeme (AES). Technickým výsledkom je zvýšenie špecifických energetických charakteristík a spoľahlivosti systému autonómneho napájania družice. Navrhuje sa spôsob napájania záťaže jednosmerným prúdom v autonómnom napájacom systéme pre umelú družicu Zeme zo solárnej batérie a súboru sekundárnych zdrojov elektriny - dobíjacích batérií obsahujúcich sériovo zapojené batérie Nacc, ktorý spočíva v stabilizácii napätia na záťaži, nabíjanie a vybíjanie akumulátorov cez jednotlivé nabíjačky a vybíjacie konvertory, pričom vybíjacie konvertory sú vyrobené bez napäťových zosilňovačov, pre ktoré sa počet batérií Nacc v každej batérii volí z pomeru: Nacc≥(Un+1) /Uacc.min, kde Nacc je počet batérií v sériovom obvode každej batérie; Un - napätie na výstupe autonómneho napájacieho systému, V; Uacc.min je minimálne vybíjacie napätie jednej batérie, V, nabíjacie meniče sú vyrobené bez napäťových zosilňovačov, pre ktoré sa napätie v pracovnom bode solárnej batérie volí z pomeru: Urt>Uacc.max Nacc+1 , kde Urt je napätie v pracovnom bode solárnej batérie na konci garantovaného zdroja jej práce, B; Uacc.max je maximálne nabíjacie napätie jednej batérie, V, pričom vypočítaný počet batérií Nacc sa dodatočne zvýši na základe pomeru: Nacc≥(Un+1)/Uacc.min+Nfailure, kde Nfailure je počet povolených výpadky batérie a stabilizácia napätia záťažou a nabíjanie batérie prebieha pomocou extrémnej regulácie napätia solárneho panelu.

Vynález sa týka oblasti elektrotechniky. Technický výsledok spočíva v rozšírení prevádzkových možností systému, zvýšení jeho záťažového výkonu a zabezpečení maximálnej neprerušovanej prevádzky pri zachovaní optimálnych prevádzkových parametrov batérie pri napájaní spotrebičov jednosmerným prúdom.

Vynález sa týka oblasti solárnej energie, najmä solárnych zariadení, ktoré nepretržite monitorujú Slnko, ako pomocou koncentrátorov slnečného žiarenia, tak aj plochých kremíkových modulov, určených na napájanie spotrebiteľov napríklad v oblastiach nespoľahlivého a decentralizovaného napájania elektrickou energiou.

Vynález sa týka elektrotechnického priemyslu a môže byť použitý pri navrhovaní systémov autonómneho napájania pre umelé družice Zeme (AES).

[0001] Vynález sa týka solárnych systémov rotácie (SPSB) kozmickej lode (SC). Vynález je určený na umiestnenie prvkov SPSB na otáčanie vysokovýkonnej solárnej batérie a prenos elektriny zo solárnej batérie do kozmickej lode.

Vynález sa týka oblasti premeny slnečnej energie a jej prenosu k pozemným spotrebiteľom. Vesmírna elektráreň obsahuje solárny kolektor (1) lalokového typu, teleso stanice (2) a zväzok (3) mikrovlnných antén. Kolektor (1) je vyrobený z dosiek (panelov) fotoelektrických meničov - hlavného aj pomocného. Dosky majú obdĺžnikový a trojuholníkový tvar. Ich spojenia sú vytvorené vo forme automatických háčikov a slučiek, ktoré sa pri nasadení kolektora spájajú prostredníctvom viackrídlového mechanizmu. V zloženom stave má zberač (1) tvar kocky. Lúčové antény (3) sústreďujú mikrovlnnú energiu na zosilňovač, ktorý túto energiu prenáša do pozemných elektrární. Technický výsledok vynálezu je zameraný na zvýšenie účinnosti premeny energie a jej prenosu k spotrebiteľom na rozsiahlych územiach Zeme. 16 chorých.

Použitie: v oblasti elektrotechniky na napájanie kozmických lodí z primárnych zdrojov rôzneho výkonu. Technickým výsledkom je zvýšená spoľahlivosť napájania. Napájací systém kozmickej lode obsahuje: skupinu solárnych batérií priameho slnečného žiarenia, skupinu solárnych batérií odrazeného slnečného žiarenia, generátorový obvod, stabilizátor napätia, nabíjačku, vybíjacie zariadenie, dobíjaciu batériu, usmerňovacie zariadenie, regulátor nabíjania batérie a spotrebiče. Striedavé napätie z generátorového obvodu sa v jednotke premieňa na konštantné napätie a privádza sa na prvý vstup regulátora nabíjania batérie. Konštantné napätie zo solárnych panelov odrazeného slnečného svetla sa privádza na druhý vstup regulátora nabíjania batérie. Celkové napätie z generátorového obvodu a solárnych panelov odrazeného slnečného svetla z prvého výstupu regulátora ide na druhý vstup batérie. Z druhého výstupu ovládača k prvému vstupu batérie sa prijímajú riadiace signály zo spínačov s kontaktmi 1-3 a spínačov s kontaktmi 1-2. Počet ovládaných spínacích zariadení závisí od počtu batérií v batérii. Na dobitie vybranej batérie sa na príslušných spínačoch ich prvý kontakt otvorí tretím a zatvorí sa druhým, na zodpovedajúcich spínačoch sa prvý a druhý kontakt zatvoria. Zodpovedajúca batéria pripojená týmto spôsobom k druhému vstupu batérie sa dobíja menovitým nabíjacím prúdom až do prijatia príkazu z ovládača na výmenu ďalšej batérie. Spotrebiteľ prijíma energiu zo zostávajúcich batérií, pričom obchádza odpojenú batériu z prvého výstupu batérie. 5 chorých.

Rozvoj konkurencieschopnej vesmírnej technológie si vyžaduje prechod na nové typy batérií, ktoré spĺňajú požiadavky na napájacie systémy perspektívnych kozmických lodí.

V súčasnosti sa kozmické lode používajú na organizovanie komunikačných systémov, navigácie, televízie, štúdium poveternostných podmienok a prírodných zdrojov Zeme a skúmanie hlbokého vesmíru.

Jednou z hlavných podmienok takýchto zariadení je presná orientácia v priestore a korekcia pohybových parametrov. To výrazne zvyšuje požiadavky na systém napájania zariadenia. Problémy s napájaním kozmických lodí a predovšetkým vývoj identifikácie nových zdrojov elektriny majú na globálnej úrovni prvoradý význam.

V súčasnosti sú hlavnými zdrojmi elektriny pre kozmické lode solárne a dobíjacie batérie.

Solárne panely dosiahli svoje fyzikálne limity, pokiaľ ide o ich výkon. Ich ďalšie zlepšenie je možné pomocou nových materiálov, najmä arzenidu gália. To vám umožní zvýšiť výkon solárnej batérie 2-3 krát alebo znížiť jej veľkosť.

Spomedzi nabíjateľných batérií pre kozmické lode sú dnes široko používané niklovo-vodíkové batérie. Energeticko-hmotnostné charakteristiky týchto batérií však dosiahli svoje maximum (70-80 Wh/kg). Ich ďalšie zlepšovanie je veľmi obmedzené a navyše si vyžaduje veľké finančné náklady.

V tejto súvislosti v súčasnosti prebieha aktívne zavádzanie lítium-iónových batérií (LIB) na trh vesmírnych technológií.

Charakteristiky lítium-iónových batérií sú oveľa vyššie v porovnaní s inými typmi batérií s podobnou životnosťou a počtom cyklov nabíjania a vybíjania. Špecifická energia lítium-iónových batérií môže dosiahnuť 130 Wh/kg alebo viac a energetická účinnosť je 95 %.

Dôležitým faktom je, že LIB rovnakej štandardnej veľkosti sú schopné bezpečne fungovať, keď sú zapojené paralelne v skupinách, takže nie je ťažké vytvoriť lítium-iónové batérie rôznych kapacít.

Jedným z hlavných rozdielov medzi LIB a niklovo-vodíkovými batériami je prítomnosť elektronických automatizačných jednotiek, ktoré monitorujú a riadia proces nabíjania a vybíjania. Zodpovedajú tiež za vyrovnávanie napäťovej nerovnováhy jednotlivých LIB a zabezpečujú zber a prípravu telemetrických informácií o hlavných parametroch batérie.

Za hlavnú výhodu lítium-iónových batérií sa však stále považuje zníženie hmotnosti v porovnaní s tradičnými batériami. Podľa odborníkov použitie lítium-iónových batérií na telekomunikačných satelitoch s výkonom 15-20 kW zníži hmotnosť batérií o 300 kg. Vzhľadom na to, že náklady na uvedenie 1 kg užitočnej hmoty na obežnú dráhu sú približne 30 tisíc dolárov, výrazne to zníži finančné náklady.

Jedným z popredných ruských vývojárov takýchto batérií pre kozmické lode je OJSC Aviation Electronics and Communication Systems (AVEX), súčasť KRET. Technologický proces výroby lítium-iónových batérií v podniku zaisťuje vysokú spoľahlivosť a znížené náklady.

ZDROJE ELEKTRICKEJ ENERGIE PRE KOSMICKÉ VOZIDLÁ
Prednášal prof. Lukjanenko Michail Vasilievič
hlavu Katedra automatických riadiacich systémov Sibírskej štátnej leteckej univerzity pomenovaná po akademikovi M.F. Rešetnyová

Štúdium a prieskum vesmíru si vyžaduje vývoj a vytváranie kozmických lodí na rôzne účely. V súčasnosti sú automatické kozmické lode bez posádky najrozšírenejšie na vytvorenie globálneho systému komunikácií, televízie, navigácie a geodézie, prenosu informácií, štúdium poveternostných podmienok a prírodných zdrojov Zeme, ako aj prieskum hlbokého vesmíru. Na ich vytvorenie je potrebné zabezpečiť veľmi prísne požiadavky na presnosť orientácie zariadenia v priestore a korekciu orbitálnych parametrov a to si vyžaduje zvýšenie napájania kozmických lodí.
Jedným z najdôležitejších palubných systémov každej kozmickej lode, ktorý v prvom rade určuje jej výkonové charakteristiky, spoľahlivosť, životnosť a ekonomickú efektívnosť, je systém napájania. Preto sú problémy vývoja, výskumu a vytvárania systémov napájania kozmických lodí prvoradé a ich riešenie umožní dosiahnuť svetovú úroveň z hľadiska špecifických hmotnostných ukazovateľov a aktívneho života.
V poslednom desaťročí popredné svetové spoločnosti vyvinuli tlak na zvýšenie napájania kozmických lodí, čo umožňuje, s rovnakými obmedzeniami hmotnosti zariadení, aké existujú u existujúcich nosičov, neustále zvyšovať výkon užitočného zaťaženia. Takéto úspechy boli možné vďaka úsiliu, ktoré vyvinuli vývojári všetkých komponentov palubných napájacích systémov a predovšetkým zdrojov energie.
Hlavnými zdrojmi elektriny pre kozmické lode sú v súčasnosti solárne a dobíjacie batérie.
Solárne batérie s kremíkovým monokryštalickým fotovoltaickým meničom dosiahli svoj fyzikálny limit z hľadiska hmotnostne špecifických charakteristík. Ďalší pokrok vo vývoji solárnych článkov je možný použitím fotovoltaických konvertorov na báze nových materiálov, najmä arzenidu gália. Trojstupňové fotovoltické meniče z arzenidu gália sa už používajú na americkej platforme HS-702, na európskom Spasebus-400 atď., čím sa viac ako zdvojnásobil výkon solárnej batérie. Napriek vyššej cene fotovoltaických konvertorov vyrobených z arzenidu gália ich použitie umožní zvýšiť výkon solárnej batérie 2-3 krát alebo pri rovnakom výkone zodpovedajúcim spôsobom zmenšiť plochu solárnej batérie v porovnaní s na kremíkové fotovoltaické konvertory.
V podmienkach geostacionárnej dráhy umožňuje použitie fotoelektrických konvertorov na báze arzenidu gália poskytnúť merný výkon solárnej batérie 302 W/m2 na začiatku prevádzky a 230 W/m2 na konci jej aktívnej životnosti (10 -15 rokov).
Vývoj štvorstupňových fotovoltických meničov z arzenidu gália s účinnosťou okolo 40 % umožní mať výkon solárnych článkov až 460 W/m2 na začiatku prevádzky a 370 W/m2 na konci r. jeho aktívny život. V blízkej budúcnosti by sme mali očakávať výrazné zlepšenie masovo špecifických charakteristík solárnych batérií.
V súčasnosti sú na kozmických lodiach široko používané batérie na báze nikel-vodíkového elektrochemického systému, avšak energeticko-hmotnostné charakteristiky týchto batérií dosiahli svoj limit (70-80 Wh/kg). Možnosť ďalšieho zlepšovania špecifických vlastností nikel-vodíkových batérií je veľmi obmedzená a vyžaduje si veľké finančné náklady.
Na vytvorenie konkurencieschopnej vesmírnej technológie bolo potrebné prejsť na nové typy elektrochemických zdrojov energie vhodné na použitie ako súčasť napájacieho systému pre perspektívne kozmické lode.
Trh s vesmírnymi technológiami v súčasnosti aktívne zavádza lítium-iónové batérie. Lítium-iónové batérie majú totiž vyššiu hustotu energie v porovnaní s niklovo-vodíkovými batériami.
Hlavnou výhodou lítium-iónovej batérie je zníženie hmotnosti vďaka vyššiemu pomeru energie a hmotnosti. Pomer energie a hmotnosti lítium-iónových batérií je vyšší (125 Wh/kg) v porovnaní s maximom dosiahnutým pri niklovo-vodíkových batériách (80 Wh/kg).
Hlavné výhody lítium-iónových batérií sú:
- zníženie hmotnosti batérie vďaka vyššiemu pomeru energie k hmotnosti (zníženie hmotnosti batérie je ~40%);
- nízka tvorba tepla a vysoká energetická účinnosť (cyklus nabíjania a vybíjania) s veľmi nízkym samovybíjaním, čo zaisťuje najjednoduchšie ovládanie pri štarte, prenosovej dráhe a bežnej prevádzke;
- technologicky vyspelejší výrobný proces pre lítium-iónové batérie v porovnaní s niklovo-vodíkovými batériami, ktorý umožňuje dobrú opakovateľnosť charakteristík, vysokú spoľahlivosť a znížené náklady.
Podľa odborníkov zo SAFT (Francúzsko) použitie lítium-iónových batérií na telekomunikačných satelitoch s výkonom 15-20 kW zníži hmotnosť batérií o 300 kg (náklady na vynesenie 1 kg užitočnej hmoty na obežnú dráhu sú ~ 30 000 dolárov).
Hlavné charakteristiky lítium-iónovej batérie VES140 (vyvinutý spoločnosťou SAFT): garantovaná kapacita 39 A*h, priemerné napätie 3,6 V, napätie na konci nabíjania 4,1 V, energia 140 Wh, merná energia 126 Wh/kg, hmotnosť 1,11 kg , výška 250 mm a priemer 54 mm. Batéria VES140 je vhodná pre vesmírne aplikácie.
V Rusku dnes OJSC Saturn (Krasnodar) vyvinula a vyrobila lítium-iónovú batériu LIGP-120. Hlavné charakteristiky batérie LIGP-120: nominálna kapacita 120 Ah, priemerné napätie 3,64 V, merná energia 160 Wh/kg, hmotnosť 2,95 kg, výška 260 mm, šírka 104,6 mm a hĺbka 44,1 mm. Batéria má prizmatický tvar, čo poskytuje významné výhody z hľadiska mernej objemovej energie batérie v porovnaní s batériami SAFT. Zmenou geometrických rozmerov elektródy môžete získať batériu s rôznou kapacitou. Tento dizajn poskytuje batérii najvyššie charakteristiky špecifického objemu a umožňuje konfiguráciu batérie, čím sa zaisťujú optimálne tepelné podmienky.
Moderné napájacie systémy pre kozmické lode sú komplexným komplexom zdrojov energie, konvertorových a distribučných zariadení, integrovaných do automatického riadiaceho systému a určených na napájanie palubných záťaží. Sekundárne napájacie zdroje sú komplexom na premenu energie, ktorý pozostáva z určitého počtu identických pulzných meničov napätia pracujúcich pre spoločnú záťaž. V tradičnom prevedení sú ako impulzné meniče napätia použité klasické meniče s pravouhlým tvarom prúdu a napätia kľúčového prvku a riadením pomocou pulzne šírkovej modulácie.
Na zlepšenie technických a ekonomických ukazovateľov napájacieho systému kozmickej lode, ako je hustota výkonu, účinnosť, rýchlosť a elektromagnetická kompatibilita, sme navrhli použitie kvázi rezonančných meničov napätia. Uskutočnili sa štúdie o prevádzkových režimoch dvoch paralelne zapojených kvázi rezonančných meničov napätia sériového typu so spínaním elektronického spínača pri nulových hodnotách prúdu a so zákonom o riadení pulznej frekvencie. Na základe výsledkov modelovania a štúdia charakteristík prototypov kvázi-rezonančných meničov napätia sa potvrdili výhody tohto typu meničov.
Získané výsledky nám umožňujú konštatovať, že navrhované kvázi-rezonančné meniče napätia nájdu široké uplatnenie v napájacích systémoch digitálnych a telekomunikačných systémov, prístrojovej techniky, procesných zariadení, automatizačných a telemechanických systémov, bezpečnostných systémov atď.
Súčasnými problémami je štúdium funkčných vlastností vesmírnych zdrojov energie, vývoj ich matematických modelov a štúdium energetických a dynamických režimov.
Pre tieto účely sme vyvinuli a vyrobili unikátne zariadenie na štúdium napájacích systémov kozmických lodí, ktoré umožňuje automatizované testovanie palubných zdrojov energie (solárne a dobíjacie batérie) a systémov napájania všeobecne.
Okrem toho bola vyvinutá a vyrobená automatizovaná pracovná stanica na štúdium energeticko-tepelných podmienok lítium-iónových batérií a batériových modulov a hardvérový komplex na štúdium energetických a dynamických charakteristík solárnych článkov arzenidu gália.
Dôležitým aspektom práce je aj tvorba a výskum alternatívnych zdrojov elektriny pre kozmické lode. Uskutočnili sme výskum zariadenia na ukladanie energie zotrvačníka, čo je super zotrvačník kombinovaný s elektrickým strojom. Zotrvačník rotujúci vo vákuu na magnetických podperách má účinnosť 100%. Zariadenie na akumuláciu energie zotrvačníka s dvoma rotormi má vlastnosť, ktorá umožňuje realizovať trojosovú uhlovú orientáciu. Výkonový gyroskop (gyrodín), ako samostatný samostatný subsystém, možno v tomto prípade vylúčiť, t.j. Zásobník energie zotrvačníka kombinuje funkcie zásobníka energie a výkonového gyroskopu.
Uskutočnil sa výskum elektrodynamických pripevňovacích systémov ako zdroja elektriny pre kozmickú loď. K dnešnému dňu bol vyvinutý matematický model elektrodynamického káblového systému na výpočet maximálneho výkonu; boli stanovené závislosti energetických charakteristík na orbitálnych parametroch a dĺžke pripútania; bola vyvinutá metodika na určenie parametrov káblového systému, ktorý zabezpečuje výrobu daného výkonu; určia sa orbitálne parametre (výška a sklon), pri ktorých sa dosiahne najefektívnejšie využitie uväzovacích systémov v režime výroby energie; Skúmali sa schopnosti lanového systému pri prevádzke v trakčnom režime.

EURÁZIA NÁRODNÁ UNIVERZITA

ich. L.N. Gumilyov

Fyzikálna a technologická fakulta

Katedra kozmického inžinierstva a technológie

SPRÁVA

PODĽA VÝROBY

PRAXE

ASTANA 2016

Úvod……………………………………………………………………………………………….. 3

1 Všeobecné informácie o napájaní kozmickej lode.…………………..4

1.1 Primárne zdroje elektrickej energie…………………………………4

1.2 Automatizácia systému napájania ................................................................ ..........5

2 Slnečné vesmírne elektrárne………………………………………..………………..6

2.1 Princíp činnosti a konštrukcia solárnych batérií………………………………..6

3 Elektrochemické vesmírne elektrárne………………………………..12

3.1 Zdroje chemického prúdu………………………………………………...13

3.2 Strieborno-zinkové batérie………………………..15

3.3 Nikel-kadmiové batérie………………………16

3.4 Nikel-vodíkové batérie………………………..17

4 Výber parametrov solárnych panelov a vyrovnávacieho zásobníka.........18

4.1 Výpočet parametrov vyrovnávacej pamäte………………………………18

4.2 Výpočet parametrov solárnych panelov…………………………………..20

Záver………………………………………………………………………………………………. 23

Zoznam použitých zdrojov………………………………………………………...24

Špecifikácie ……………………………………………………………………………………… 25

ÚVOD

Jedným z najdôležitejších palubných systémov každej kozmickej lode, ktorý v prvom rade určuje jej výkonové charakteristiky, spoľahlivosť, životnosť a ekonomickú efektívnosť, je systém napájania. Preto sú problémy vývoja, výskumu a vytvárania systémov napájania kozmických lodí prvoradé.

Automatizácia procesov riadenia letu akejkoľvek kozmickej lode (SC) je nemysliteľná bez elektrickej energie. Elektrická energia sa používa na pohon všetkých prvkov zariadení a vybavenia kozmickej lode (pohonná skupina, ovládacie prvky, komunikačné systémy, prístrojové vybavenie, kúrenie atď.).

Vo všeobecnosti napájací systém generuje energiu, premieňa ju a reguluje, ukladá ju na obdobia špičkového odberu alebo tieňovej prevádzky a distribuuje ju po kozmickej lodi. Subsystém napájania môže tiež konvertovať a regulovať napätie alebo poskytovať rozsah úrovní napätia. Často zapína a vypína zariadenie a na zvýšenie spoľahlivosti chráni pred skratmi a izoluje poruchy. Dizajn subsystému je ovplyvnený kozmickým žiarením, ktoré spôsobuje degradáciu solárnych panelov. Životnosť chemickej batérie často obmedzuje životnosť kozmickej lode.

Súčasným problémom je štúdium funkčných vlastností vesmírnych zdrojov energie. Štúdium a prieskum vesmíru si vyžaduje vývoj a vytváranie kozmických lodí na rôzne účely. V súčasnosti sú automatické kozmické lode bez posádky najrozšírenejšie na vytvorenie globálneho systému komunikácií, televízie, navigácie a geodézie, prenosu informácií, štúdium poveternostných podmienok a prírodných zdrojov Zeme, ako aj prieskum hlbokého vesmíru. Na ich vytvorenie je potrebné zabezpečiť veľmi prísne požiadavky na presnosť orientácie zariadenia v priestore a korekciu orbitálnych parametrov a to si vyžaduje zvýšenie napájania kozmických lodí.

Všeobecné informácie o napájaní kozmickej lode.

Geometria kozmickej lode, dizajn, hmotnosť a aktívny život sú do značnej miery určené systémom napájania kozmickej lode. Systém napájania alebo inak označované ako napájací systém (PSS) kozmická loď - systém kozmickej lode, ktorý dodáva energiu iným systémom, je jedným z najdôležitejších systémov. Porucha napájacieho systému vedie k poruche celého zariadenia.

Systém napájania zvyčajne obsahuje: primárny a sekundárny zdroj elektrickej energie, meniče, nabíjačky a automatizáciu riadenia.

1.1 Primárne zdroje energie

Ako primárne zdroje sa používajú rôzne generátory energie:

Solárne panely;

Zdroje chemického prúdu:

Batérie;

Galvanické články;

Palivové články;

Rádioizotopové zdroje energie;

Jadrové reaktory.

Primárny zdroj zahŕňa nielen samotný generátor elektriny, ale aj systémy, ktoré mu slúžia, napríklad orientačný systém solárnych panelov.

Často zdroje energie kombinujú napríklad solárnu batériu s chemickou batériou.

Palivové články

Palivové články majú v porovnaní s párom solárnych batérií a chemickou batériou vysoké hmotnostné a veľkostné charakteristiky a hustotu výkonu, sú odolné voči preťaženiu, majú stabilné napätie a sú tiché. Vyžadujú však zásobu paliva, preto sa používajú na zariadeniach s dobou pobytu vo vesmíre od niekoľkých dní až po 1-2 mesiace.

Používajú sa hlavne vodíkovo-kyslíkové palivové články, pretože vodík má najvyššiu výhrevnosť a navyše voda vznikajúca pri reakcii sa môže použiť na kozmických lodiach s ľudskou posádkou. Na zabezpečenie normálnej prevádzky palivových článkov je potrebné zabezpečiť odvod vody a tepla vznikajúceho v dôsledku reakcie. Ďalším limitujúcim faktorom sú relatívne vysoké náklady na kvapalný vodík a kyslík a náročnosť ich skladovania.

Rádioizotopové zdroje energie

Rádioizotopové zdroje energie sa využívajú najmä v týchto prípadoch:

Vysoká dĺžka letu;

Misie do vonkajších oblastí Slnečnej sústavy, kde je tok slnečného žiarenia nízky;

Prieskumné satelity s radarom s bočným skenovaním nemôžu používať solárne panely kvôli nízkej obežnej dráhe, ale majú vysokú energetickú náročnosť.

1.2 Automatizácia systému napájania

Jeho súčasťou sú zariadenia na riadenie chodu elektrárne, ako aj sledovanie jej parametrov. Typické úlohy sú: udržiavanie parametrov systému v špecifikovaných rozsahoch: napätie, teplota, tlak, prepínanie prevádzkových režimov, napríklad prepínanie na záložný zdroj energie; rozpoznávanie porúch, núdzová ochrana napájacích zdrojov, najmä prúdom; doručovanie informácií o stave systému pre telemetriu a do konzoly astronautov. V niektorých prípadoch je možné prepnúť z automatického na manuálne ovládanie buď z konzoly astronauta, alebo príkazmi z pozemného riadiaceho centra.

Súvisiace informácie.