Napajanje za vesoljska plovila. Sistem napajanja za vgrajeni kompleks vesoljskih plovil (160,00 RUB) Oddelek za vesoljsko tehniko in tehnologijo

M.A. PETROVIČEV, A. S. GURTOV SISTEM OSKRBA Z ENERGIJO NA KROVU KOMPLEKSNO VESOLJSKIH VOZIL Odobril uredniški in založniški svet Univerze kot učni pripomoček Založba SAMARA SSAU 2007 UDC 629.78.05 BBK 39.62 P306 K C I O N A L N A R E T E N A O R Y E C C I I Inovativni izobraževalni program "Razvoj kompetenčnega centra in usposabljanje strokovnjakov svetovnega razreda v področje letalskih in vesoljskih in geografskih informacijskih tehnologij” PR I Recenzenti: doktor tehniških znanosti A.<...>Koptev, namestnik. Vodja oddelka Državnega znanstvenoraziskovalnega centra "TsSKB - Progress" S. I. Minenko P306 Petrovičev M.A.<...>Sistem oskrba z energijo na krovu kompleksen vesoljska plovila: učbenik. dodatek / M.A. Petrovičev, A.S. Gurtov.<...>Učbenik je namenjen študentom specialnosti 160802 " Vesolje naprave in bloki za pospeševanje."<...>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 na krovu vesoljskih plovil Od vseh vrst energije je električna najbolj univerzalna.<...>. Sistem napajanje(SES) CA je eden najpomembnejših sistemov za zagotavljanje funkcionalnosti CA. <...>Zanesljivost SES v veliki meri določa 3 redundanca vseh vrst virov, pretvornikov, preklapljanje opremo in omrežja.<...>Struktura sistemi napajanje CA Osnovno sistem napajanje CA je sistem enosmerni tok.<...>Za preprečevanje največjih obremenitev uporabite medpomnilnik vir. <...>Prvič na za večkratno uporabo CA Shuttle je uporabljal sistem napajanja brez medpomnilnika.<...> 4 Sistem distribucija Pretvornik Pretvornik Omrežje Potrošnik Primarni vir Medpomnilnik vir riž.<...>Struktura aparata vesoljskega napajalnega sistema Medpomnilnik vir značilen po tem, da je skupna energija, ki jo proizvede, enaka nič.<...>Če želite uskladiti značilnosti baterije s primarnim virom in omrežjem, uporabite<...>

System_of_energy_supply_of_board_complex_of_spacecraft_.pdf

ZVEZNA AGENCIJA ZA IZOBRAŽEVANJE DRŽAVNA IZOBRAŽEVALNA INSTITUCIJA VISOKEGA STROKOVNEGA IZOBRAŽEVANJA "SAMARA STATE AEROSPACE UNIVERZA" poimenovana po akademiku S.P. KRALJICA" M. A. PETROVICHEV, A. S. GURTOV NAPAJALNI SISTEM VKLOPNEGA KOMPLEKSA VESOLJSKIH VOZIL Odobren s strani Uredniškega in založniškega sveta Univerze kot učni pripomoček S A M A R A Založba SSAU 2007

stran 1

UDC 629.78.05 BBK 39.62 P306 Inovativni izobraževalni program "Razvoj kompetenčnega centra in usposabljanje strokovnjakov svetovnega razreda na področju vesoljskih in geoinformacijskih tehnologij" Recenzenti: doktor tehničnih znanosti A. N. Koptev, namestnik vodje oddelka državne znanstvene Raziskovalni center RKTs TsSKB - Napredek" S. I. M i nenko Petrovichev M. A. P306 Sistem napajanja za vgrajeni kompleks vesoljskega plovila: učbenik / M. A. Petrovichev, A. S. Gurtov. - Samara: Samara Publishing House State Aerospace University, 2007. - 88 str. : ilustr. ISBN 978-5-7883-0608-7 Obravnavana sta vloga in pomen napajalnega sistema za vesoljsko plovilo, komponente tega sistema, posebna pozornost je namenjena upoštevanju principov delovanja in napajalnih naprav. potrebščine, značilnosti njihove uporabe za vesoljsko tehnologijo Priročnik ponuja precej obsežno referenčno gradivo, ki ga lahko študenti neelektričnih specialitet uporabljajo pri tečaju in diplomskem oblikovanju Učbenik je namenjen študentom specialnosti 160802 "Vesoljska plovila in višje stopnje". Morda bo koristen tudi mladim strokovnjakom v raketni in vesoljski industriji. Pripravljeno na oddelku za letala. UDC 629.78.05 BBK 39.62 ISBN 978-5-7883-0608-7 2 © Petrovichev M. A., Gurtov AS, 2007 © Samarska državna vesoljska univerza, 2007 PREJ T T K E T O N E N A C I J A N L Y P R E S

stran 2

Sistem napajanja za kompleks vesoljskih plovil na krovu Od vseh vrst energije je električna najbolj univerzalna. V primerjavi z drugimi vrstami energije ima vrsto prednosti: električna energija se zlahka pretvarja v druge vrste energije, izkoristek električnih inštalacij je veliko večji od izkoristkov naprav, ki delujejo na druge vrste energije, električno energijo je enostavno Prenese po žicah do porabnika, se električna energija zlahka porazdeli med porabnike. Avtomatizacija procesov krmiljenja letenja katerega koli vesoljskega plovila (SC) je nepredstavljiva brez električne energije. Električna energija se uporablja za pogon vseh elementov naprav in opreme vesoljskih plovil (pogonska skupina, krmilniki, komunikacijski sistemi, instrumentacija, ogrevanje itd.). Sistem napajanja (PSS) vesoljskega plovila je eden najpomembnejših sistemov, ki zagotavljajo delovanje vesoljskega plovila. Glavne zahteve za SES: potrebna oskrba z energijo za dokončanje celotnega leta, zanesljivo delovanje v breztežnosti, potrebna zanesljivost, zagotovljena z redundanco (v smislu moči) glavnega vira in medpomnilnika, odsotnost emisij in porabe plini, možnost delovanja v katerem koli položaju v prostoru, minimalna teža, minimalni stroški. Vsa električna energija, potrebna za izvajanje programa letenja (za normalno delovanje, pa tudi za nekatere nenormalne), mora biti na krovu vesoljskega plovila, saj je njeno obnavljanje možno samo za postaje s posadko. Zanesljivost SES v veliki meri določa 3

Lastniki patenta RU 2598862:

Uporaba: na področju elektrotehnike za napajanje vesoljskih plovil iz primarnih virov različnih moči. Tehnični rezultat je povečana zanesljivost napajanja. Napajalni sistem vesoljskega plovila vsebuje: skupino sončnih baterij neposredne sončne svetlobe (1), skupino solarnih baterij odbite sončne svetlobe (7), generatorsko vezje (8), stabilizator napetosti (2), polnilnik ( 3), praznjelnik (4), baterijo (5), usmerniško napravo (9), krmilnik polnjenja baterije (10) in porabnike (6). Izmenična napetost iz generatorskega vezja (8) se v bloku (9) pretvori v konstantno napetost in se dovaja na prvi vhod krmilnika polnjenja baterije (10). Konstantna napetost iz solarnih panelov odbite sončne svetlobe (7) se dovaja na drugi vhod krmilnika polnjenja baterije (10). Skupna napetost iz generatorskega tokokroga in solarnih panelov odbite sončne svetlobe iz prvega izhoda krmilnika (10) gre na drugi vhod baterije (5). Od drugega izhoda krmilnika do prvega vhoda akumulatorja (5) se sprejemajo krmilni signali iz stikal (15-21) s kontakti 1-3 in stikal (22-25) s kontakti 1-2. Število krmiljenih stikalnih naprav je odvisno od števila baterij v bateriji. Za polnjenje izbrane baterije (11-14) na ustreznih stikalih se njihovi prvi kontakti odprejo s tretjim in zaprejo z drugim, na ustreznih stikalih se prvi in ​​drugi kontakt zapreta. Tako priključena ustrezna baterija na drugi vhod baterije se polni z nazivnim polnilnim tokom do prejema ukaza krmilnika (10) za zamenjavo naslednje baterije. Potrošnik (6) se napaja iz preostalih akumulatorjev, mimo odklopljenega, iz prvega akumulatorskega izhoda (5). 5 bolnih.

Izum se nanaša na vesoljsko tehnologijo in se lahko uporablja kot del rotacijsko stabiliziranih vesoljskih plovil.

Znan je napajalni sistem za vesoljsko plovilo s skupnimi vodili (analogni), ki vsebuje solarne panele (primarni vir energije), baterijo in porabnike. Pomanjkljivost tega sistema je, da je napetost v tem sistemu nestabilizirana. To vodi do izgub energije v kabelskih omrežjih in v vgrajenih stabilizatorjih posameznih porabnikov.

Znan je napajalni sistem vesoljskega plovila z ločenimi vodili in vzporedno vezavo napetostnega stabilizatorja (analognega), ki vsebuje polnilnik, praznjelnik in baterijo. Njegova pomanjkljivost je nezmožnost uporabe ekstremnega regulatorja moči za solarne panele.

Predlaganemu sistemu je po tehničnem bistvu najbližje napajalni sistem vesoljskega plovila z ločenimi vodili in z zaporedno vzporedno vezavo napetostnega stabilizatorja 2 (prototip), ki vsebuje tudi solarne panele neposredne sončne svetlobe 1, polnilnik 3, razelektritev naprava 4, polnilna baterija 5 (slika 1). Pomanjkljivost tega sistema napajanja je nezmožnost sprejemanja, pretvorbe in akumulacije električne energije iz virov različnih moči, kot sta energija zemeljskega magnetnega polja in energija odbite sončne svetlobe od zemeljskega površja.

Namen izuma je razširiti zmogljivosti sistema napajanja vesoljskega plovila za sprejemanje, pretvorbo in akumulacijo električne energije iz različnih primarnih virov različnih moči, kar omogoča povečanje aktivne življenjske dobe in napajanja vesoljskega plovila.

Na sl. 2 prikazuje napajalni sistem rotacijsko stabiliziranega vesoljskega plovila; sl. 3 - baterija, ki vsebuje stikalne naprave, ki jih krmili krmilnik; na sl. 4 je pogled na rotacijsko stabilizirano vesoljsko plovilo na sl. Slika 5 shematično prikazuje eno od možnosti gibanja rotacijsko stabiliziranega vesoljskega plovila v orbiti.

Napajalni sistem vesoljskega plovila s stabilizacijo vrtenja vsebuje skupino sončnih kolektorjev 7, ki so zasnovani za pretvorbo sončne svetlobe, ki se odbija od Zemlje, v električno energijo, ki ustvarja vezje 8, ki je niz prevodnikov (navitij), nameščenih vzdolž telesa plovila. vesoljsko plovilo, v katerem se inducira elektromotorna sila za štetje vrtenja vesoljskega plovila okoli svoje osi v zemeljskem magnetnem polju, usmerniška naprava 9, krmilnik polnjenja baterije iz napajalnikov različnih moči 10, baterija 5, ki vsebuje krmilno krmiljeno stikalo. naprave 15-25, ki povežejo ali odklopijo posamezne baterije 11-14 na krmilnik 9, da jih ponovno napolnijo z nizkim tokom (slika 2).

Sistem deluje na naslednji način. Med postopkom izstrelitve vesoljskega plovila v orbito se le-to vrti tako, da so vrtilna os aparata in solarni paneli neposredne sončne svetlobe usmerjeni proti Soncu (slika 4). Med gibanjem rotirajočega vesoljskega plovila v orbiti generatorsko vezje prestreže indukcijske črte zemeljskega magnetnega polja pri hitrosti vrtenja vesoljskega plovila okoli svoje osi. Posledično se po zakonu elektromagnetne indukcije v generatorskem vezju inducira elektromotorna sila

kjer je µ o magnetna konstanta, H je moč zemeljskega magnetnega polja, S in je območje generatorskega vezja, N c je število ovojev v vezju, ω je kotna frekvenca vrtenja.

Ko je generatorsko vezje zaprto za breme, tok teče v tokokrogu porabnika. Moč generatorskega vezja je odvisna od navora vesoljskega plovila okoli svoje osi

kjer je J KA vztrajnostni moment vesoljskega plovila.

Tako je generatorsko vezje dodaten vir električne energije na krovu vesoljskega plovila.

Izmenična napetost iz generatorskega vezja 8 se popravi na bloku 9 in se napaja na prvi vhod krmilnika polnjenja baterije 10. Neposredna napetost iz solarnih panelov odbite sončne svetlobe 7 se napaja na drugi vhod krmilnika polnjenja baterije 10. Skupna napetost iz prvega izhoda krmilnika 10 gre na drugi vhod baterije 5. Od drugega izhoda krmilnika do prvega vhoda baterije 5 se krmilni signali sprejemajo iz stikal 15-21, ki imajo kontakte 1 -3 in stikala 22-25, ki imajo kontakte 1-2. Število krmiljenih stikalnih naprav je odvisno od števila baterij v bateriji. Za polnjenje izbrane baterije (11-14) na ustreznih stikalih se njihovi prvi kontakti odprejo s tretjim in zaprejo z drugim, na ustreznih stikalih se prvi in ​​drugi kontakt zapreta. Ustrezna baterija, ki je tako povezana z drugim vhodom baterije, se polni z nizkim tokom, dokler ne prejme ukaza krmilnika 10 za zamenjavo naslednje baterije. Potrošnik se napaja iz preostalih baterij, mimo baterije 5, ki je odklopljena od prvega izhoda.

Ko je vesoljsko plovilo v orbiti v položaju 1 (sl. 4, 5), so solarni paneli odbite sončne svetlobe usmerjeni proti Zemlji. V tem trenutku polnilnik 3, ki je vključen v napajalni sistem vesoljskega plovila, prejema električno energijo iz sončnih kolektorjev neposredne sončne svetlobe 1, krmilnik polnjenja baterije 10 pa prejema elektriko od solarnih kolektorjev odbite sončne svetlobe 7 in generatorskega vezja 8. V položaju vesoljskega plovila 2, solarni paneli direktne sončne luči 1 ostanejo usmerjene proti soncu, medtem ko sončne celice odbite sončne svetlobe delno zakrijejo. V tem trenutku polnilnik 3 napajalnega sistema vesoljskega plovila še naprej prejema električno energijo iz sončnih kolektorjev neposredne sončne svetlobe, krmilnik 10 pa izgubi del energije iz bloka 7, vendar še naprej prejema energijo iz bloka 8 prek usmernika 9. V položaju vesoljskega plovila 3 so vse skupine sončnih kolektorjev zasenčene, polnilnik 3 ne prejema električne energije iz sončnih kolektorjev 1, vgrajeni porabniki vesoljskega plovila pa prejemajo elektriko od baterije. Krmilnik polnjenja baterije še naprej prejema energijo iz generatorskega vezja 8 in ponovno polni naslednjo baterijo. Na položaju vesoljskega plovila 4 so solarni paneli neposredne sončne svetlobe 1 ponovno osvetljeni s Soncem, medtem ko so solarni paneli odbite sončne svetlobe delno zakriti. V tem trenutku polnilnik 3 napajalnega sistema vesoljskega plovila še naprej prejema električno energijo iz sončnih kolektorjev neposredne sončne svetlobe, krmilnik 10 pa izgubi del energije iz bloka 7, vendar še naprej prejema energijo iz bloka 8 prek usmernika 9.

Tako je sistem napajanja vesoljskega plovila s stabilizacijo vrtenja sposoben sprejemati, pretvarjati in kopičiti: a) energijo neposredne in odbite od sončne svetlobe; b) kinetična energija vrtenja vesoljskega plovila v zemeljskem magnetnem polju. Sicer pa je delovanje predlaganega sistema podobno znanemu.

Tehnični rezultat - povečanje aktivne življenjske dobe in napajanja vesoljskega plovila - je dosežen z uporabo mikrokrmilniškega polnilnika kot dela napajalnega sistema vesoljskega plovila, ki omogoča polnjenje baterije iz virov električne energije različnih moči (odraža se sončna svetloba in energija zemeljskega magnetnega polja).

Praktična izvedba funkcionalnih enot pričujočega izuma se lahko izvede na naslednji način.

Kot generatorsko vezje lahko uporabimo trifazno dvoslojno navitje z izolirano bakreno žico, ki bo obliko krivulje elektromotorne sile približala sinusoidi. Kot usmernik lahko uporabimo premostitveno vezje trifaznega usmernika z diodami majhne moči tipa D2 in D9, ki bo zmanjšala valovitost popravljene napetosti. Mikrokrmilnik MAX 17710 se lahko uporablja kot krmilnik napolnjenosti baterije, deluje z nestabilnimi viri z razponom izhodne moči od 1 μW do 100 mW. Naprava ima vgrajen ojačevalni pretvornik za polnjenje baterij iz virov s tipično izhodno napetostjo 0,75 V in vgrajen regulator za zaščito baterij pred prenapolnjenostjo. Litij-ionske baterije s podsistemom za izravnavo napetosti baterije (sistem za uravnoteženje) se lahko uporabljajo kot baterija, ki vsebuje stikalne naprave, ki jih krmili krmilnik. Lahko se izvede na osnovi krmilnika MSP430F1232.

Tako posebne lastnosti predlagane naprave prispevajo k doseganju tega cilja.

Viri informacij

1. Analogni svet Maxim. Nova mikrovezja / Symmetron Group of Companies // Številka št. 2, 2013. - 68 str.

2. Grilikhes V.A. Sončna energija in vesoljski poleti / V.A. Griliches, P.P. Orlov, L.B. Popov - M.: Nauka, 1984. - 211 str.

3. Kargu D.L. Sistemi napajanja za vesoljska plovila / D.L. Kargu, G.B. Steganov [in drugi] - Sankt Peterburg: VKA im. A.F. Mozhaisky, 2013. - 116 str.

4. Katsman M.M. Električni stroji / M.M. Katzman. - učbenik priročnik za posebne študente tehnične šole. - 2. izd., revidirano. in dodatno - M.: Višje. Shk., 1990. - 463 str.

5. Pryanishnikov V.A. elektronika. Potek predavanj / V.A. Pryanishnikov - St. Petersburg: Krona Print LLC, 1998. - 400 str.

6. Rykovanov A.N. Li-ionski akumulatorski napajalni sistemi / A.N. Rykovanov // Power Electronics. - 2009. - št. 1.

7. Chilin Yu.N. Modeliranje in optimizacija v energetskih sistemih vesoljskih plovil / Yu.N. Chilin. - Sankt Peterburg: VIKA, 1995. - 277 str.

Sistem napajanja vesoljskega plovila, ki vsebuje skupino sončnih baterij neposredne sončne svetlobe, polnilnik, ki prejema elektriko iz sončnih baterij neposredne sončne svetlobe, napravo za praznjenje, ki napaja porabnike iz baterije, stabilizator napetosti, ki napaja porabnike iz sončne baterije neposredne sončne svetlobe. , označen s tem, da dodatno vsebuje skupino sončnih kolektorjev, namenjenih pretvarjanju sončne svetlobe, ki se odbije od Zemlje, v električno energijo, generatorsko vezje, ki je niz prevodnikov (navitij), nameščenih na telesu vesoljskega plovila, v katerem deluje elektromotorna sila induciran zaradi vrtenja vesoljskega plovila okoli svoje osi v magnetnem polju zemeljsko polje, usmerniško napravo, vsebuje pa tudi krmilnik polnjenja baterije iz napajalnikov različnih moči, baterijo, ki dodatno vsebuje preklopne naprave, ki jih krmili krmilnik, ki priključite ali odklopite posamezne baterije na krmilnik, da jih ponovno napolnite.

Podobni patenti:

Izum se nanaša na vesoljsko tehnologijo in se lahko uporablja za napajanje vesoljskih plovil (SV) in postaj. Tehnični rezultat je uporaba termoregulacijskega sistema za pridobivanje dodatne energije.

Izum se nanaša na področje elektrotehnike. Avtonomni napajalni sistem vsebuje sončno baterijo, hranilnik električne energije, polnilno-praznilno napravo in obremenitev, sestavljeno iz enega ali več stabilizatorjev napetosti, na njihove izhode pa so priključeni končni porabniki električne energije.

Izum se nanaša na elektroindustrijo in se lahko uporablja pri načrtovanju avtonomnih sistemov napajanja za umetne satelite Zemlje (AES). Tehnični rezultat je povečanje specifičnih energijskih lastnosti in zanesljivosti avtonomnega sistema napajanja satelita. Predlagana je metoda za napajanje bremena z enosmernim tokom v sistemu avtonomnega napajanja umetnega zemeljskega satelita iz sončne baterije in niza sekundarnih virov električne energije - polnilnih baterij, ki vsebujejo zaporedno povezane baterije Nacc, ki je sestavljena iz stabilizacije napetosti na obremenitev, polnjenje in praznjenje akumulatorjev preko individualnih polnilnikov in razelektritvenih pretvornikov, medtem ko so razelektritveni pretvorniki izdelani brez napetostnih pospeševalnikov, za katere je število baterij Nacc v posamezni bateriji izbrano iz razmerja: Nacc≥(Un+1) /Uacc.min, kjer je Nacc število baterij v serijskem vezju vsake baterije; Un - napetost na izhodu avtonomnega sistema napajanja, V; Uacc.min je minimalna napetost praznjenja ene baterije, V, polnilni pretvorniki so izdelani brez enot za dvig napetosti, za katere je napetost na delovni točki solarne baterije izbrana iz razmerja: Urt>Uacc.max Nacc+1 , kjer je Urt napetost na delovni točki sončne baterije na koncu zajamčenega vira njenega dela, B; Uacc.max je maksimalna polnilna napetost ene baterije V, izračunano število baterij Nacc pa se dodatno poveča glede na razmerje: Nacc≥(Un+1)/Uacc.min+Nfailure, kjer je Nfailure število dovoljenih okvare akumulatorja, stabilizacija napetosti z obremenitvijo in polnjenje akumulatorja se izvaja z uporabo ekstremne regulacije napetosti solarnega panela.

Izum se nanaša na področje elektrotehnike. Tehnični rezultat je razširitev operativnih zmogljivosti sistema, povečanje njegove moči obremenitve in zagotavljanje največjega neprekinjenega delovanja ob ohranjanju optimalnih delovnih parametrov baterije pri napajanju porabnikov z enosmernim tokom.

Izum se nanaša na področje sončne energije, zlasti na solarne instalacije, ki neprekinjeno spremljajo Sonce, tako s koncentratorji sončnega sevanja kot s ploščatimi silicijevimi moduli, namenjenimi za napajanje porabnikov, na primer na območjih nezanesljivega in decentraliziranega napajanja.

Izum se nanaša na elektroindustrijo in se lahko uporablja pri načrtovanju avtonomnih sistemov napajanja za umetne satelite Zemlje (AES).

Izum se nanaša na rotacijske sisteme solarnih nizov (SPSB) vesoljskega plovila (SC). Izum je namenjen vgradnji SPSB elementov za vrtenje sončne baterije velike moči in prenos električne energije iz sončne baterije na vesoljsko plovilo.

Izum se nanaša na področje pretvorbe sončne energije in njenega prenosa do zemeljskih porabnikov. Vesoljska elektrarna vsebuje sončni kolektor (1) lobastega tipa, ohišje postaje (2) in snop (3) mikrovalovnih anten. Zbiralnik (1) je sestavljen iz plošč (plošč) fotoelektričnih pretvornikov - tako glavnih kot pomožnih. Plošče imajo pravokotno in trikotno obliko. Njihove povezave so izvedene v obliki samodejnih kavljev in zank, ki so, ko je kolektor razporejen, povezani prek večkrilnega mehanizma. Zložen zbiralnik (1) ima obliko kocke. Žarkovne antene (3) usmerjajo mikrovalovno energijo na ojačevalnik, ki to energijo prenaša v zemeljske elektrarne. Tehnični rezultat izuma je usmerjen v povečanje učinkovitosti pretvorbe energije in prenosa do potrošnikov na velikih območjih Zemlje. 16 bolan.

Uporaba: na področju elektrotehnike za napajanje vesoljskih plovil iz primarnih virov različnih moči. Tehnični rezultat je povečana zanesljivost napajanja. Napajalni sistem vesoljskega plovila vsebuje: skupino sončnih baterij direktne sončne svetlobe, skupino sončnih baterij odbite sončne svetlobe, generatorsko vezje, stabilizator napetosti, polnilnik, napravo za praznjenje, polnilno baterijo, usmerniško napravo, krmilnik napolnjenosti baterije in porabniki. Izmenična napetost iz generatorskega vezja se v enoti pretvori v konstantno napetost in se dovaja na prvi vhod krmilnika polnjenja baterije. Konstantna napetost iz sončnih kolektorjev odbite sončne svetlobe se napaja na drugi vhod krmilnika polnjenja baterije. Skupna napetost iz generatorskega vezja in solarnih panelov odbite sončne svetlobe iz prvega izhoda krmilnika gre na drugi vhod baterije. Od drugega izhoda krmilnika do prvega vhoda baterije se krmilni signali sprejemajo iz stikal s kontakti 1-3 in stikal s kontakti 1-2. Število krmiljenih stikalnih naprav je odvisno od števila baterij v bateriji. Za ponovno polnjenje izbrane baterije se na ustreznih stikalih njihovi prvi kontakti odprejo s tretjim in zaprejo z drugim, na ustreznih stikalih se prvi in ​​drugi kontakt zapre. Tako priključena ustrezna baterija na drugi vhod baterije se polni z nazivnim polnilnim tokom do prejema ukaza krmilnika za zamenjavo naslednje baterije. Potrošnik prejme napajanje iz preostalih baterij, mimo odklopljene, iz prvega izhoda baterije. 5 bolnih.

Razvoj konkurenčne vesoljske tehnologije zahteva prehod na nove vrste baterij, ki izpolnjujejo zahteve sistemov napajanja obetavnih vesoljskih plovil.

Dandanes se vesoljska plovila uporabljajo za organizacijo komunikacijskih sistemov, navigacijo, televizijo, preučevanje vremenskih razmer in naravnih virov Zemlje ter raziskovanje globokega vesolja.

Eden od glavnih pogojev za takšne naprave je natančna orientacija v prostoru in korekcija parametrov gibanja. To bistveno poveča zahteve za sistem napajanja naprave. Problemi oskrbe vesoljskih plovil z električno energijo in predvsem razvoj pri iskanju novih virov električne energije so izjemnega pomena na svetovni ravni.

Trenutno so glavni viri električne energije za vesoljska plovila sončne baterije in baterije za ponovno polnjenje.

Sončni paneli so dosegli svoje fizične meje glede na svojo zmogljivost. Njihovo nadaljnje izboljšanje je možno z uporabo novih materialov, zlasti galijevega arzenida. To vam bo omogočilo povečanje moči sončne baterije za 2-3 krat ali zmanjšanje njene velikosti.

Med polnilnimi baterijami za vesoljska plovila se danes pogosto uporabljajo nikelj-vodikove baterije. Vendar so energijsko-masne karakteristike teh baterij dosegle svoj maksimum (70-80 Wh/kg). Njihovo nadaljnje izboljšanje je zelo omejeno, poleg tega pa zahteva velike finančne stroške.

V zvezi s tem trenutno poteka aktivna uvedba litij-ionskih baterij (LIB) na trg vesoljske tehnologije.

Lastnosti litij-ionskih baterij so veliko višje v primerjavi z drugimi vrstami baterij s podobno življenjsko dobo in številom ciklov polnjenja-praznjenja. Specifična energija litij-ionskih baterij lahko doseže 130 Wh/kg ali več, energijska učinkovitost pa je 95-odstotna.

Pomembno dejstvo je, da lahko LIB-i enake standardne velikosti varno delujejo, ko so vzporedno povezani v skupine, zato ni težko oblikovati litij-ionskih baterij različnih kapacitet.

Ena od glavnih razlik med LIB in nikelj-vodikovimi baterijami je prisotnost elektronskih enot za avtomatizacijo, ki spremljajo in upravljajo proces polnjenja in praznjenja. Odgovorni so tudi za izravnavo napetostnega neravnovesja posameznih LIB-ov ter zagotavljajo zbiranje in pripravo telemetričnih informacij o glavnih parametrih baterije.

Še vedno pa je glavna prednost litij-ionskih baterij zmanjšanje teže v primerjavi s tradicionalnimi baterijami. Po mnenju strokovnjakov bo uporaba litij-ionskih baterij na telekomunikacijskih satelitih z močjo 15-20 kW zmanjšala težo baterij za 300 kg. Glede na to, da je strošek pošiljanja 1 kg uporabne mase v orbito približno 30 tisoč dolarjev, bo to znatno zmanjšalo finančne stroške.

Eden vodilnih ruskih razvijalcev tovrstnih baterij za vesoljska plovila je OJSC Aviation Electronics and Communication Systems (AVEX), del KRET. Tehnološki proces izdelave litij-ionskih baterij v podjetju zagotavlja visoko zanesljivost in nižje stroške.

VIRI ELEKTRIČNE ENERGIJE ZA VESOLJSKA LETILA
prof. Lukjanenko Mihail Vasiljevič
glavo Oddelek za sisteme avtomatskega krmiljenja Sibirske državne vesoljske univerze poimenovan po akademiku M.F. Reshetnyova

Preučevanje in raziskovanje vesolja zahteva razvoj in ustvarjanje vesoljskih plovil za različne namene. Trenutno se avtomatska vesoljska plovila brez posadke najpogosteje uporabljajo za oblikovanje globalnega sistema komunikacij, televizije, navigacije in geodezije, prenos informacij, preučevanje vremenskih razmer in naravnih virov Zemlje ter raziskovanje globokega vesolja. Za njihovo ustvarjanje je treba zagotoviti zelo stroge zahteve za natančnost orientacije naprave v vesolju in korekcijo orbitalnih parametrov, kar zahteva povečanje napajanja vesoljskih plovil.
Eden najpomembnejših sistemov na krovu katerega koli vesoljskega plovila, ki v prvi vrsti določa njegove zmogljivosti, zanesljivost, življenjsko dobo in ekonomsko učinkovitost, je sistem napajanja. Zato so problemi razvoja, raziskav in ustvarjanja napajalnih sistemov za vesoljska plovila izjemnega pomena, njihova rešitev pa bo omogočila doseganje svetovne ravni v smislu specifičnih masnih kazalnikov in aktivne življenjske dobe.
V zadnjem desetletju so si vodilna svetovna podjetja prizadevala za povečanje oskrbe z energijo vesoljskih plovil, kar omogoča, z enakimi omejitvami glede mase naprav, ki jih nalagajo obstoječi nosilci, nenehno povečevanje moči tovora. Takšni dosežki so bili mogoči zahvaljujoč prizadevanjem razvijalcev vseh komponent vgrajenih napajalnih sistemov, predvsem pa virov energije.
Glavni vir električne energije za vesoljska plovila so trenutno sončne baterije in baterije za ponovno polnjenje.
Sončne baterije s silicijevimi monokristalnimi fotovoltaičnimi pretvorniki so dosegle svojo fizično mejo glede na masno specifične lastnosti. Nadaljnji napredek pri razvoju sončnih celic je možen z uporabo fotovoltaičnih pretvornikov na osnovi novih materialov, predvsem galijevega arzenida. Tristopenjski fotovoltaični pretvorniki iz galijevega arzenida se že uporabljajo na ameriški platformi HS-702, na evropskem Spasebus-400 itd., kar je več kot podvojilo moč sončne baterije. Kljub višjim stroškom fotonapetostnih pretvornikov iz galijevega arzenida bo njihova uporaba omogočila povečanje moči sončne baterije za 2-3 krat ali, pri enaki moči, ustrezno zmanjšanje površine sončne baterije v primerjavi na silicijeve fotovoltaične pretvornike.
V pogojih geostacionarne orbite je z uporabo fotoelektričnih pretvornikov na osnovi galijevega arzenida mogoče zagotoviti specifično moč sončne baterije 302 W/m2 na začetku delovanja in 230 W/m2 na koncu njene aktivne življenjske dobe (10 -15 let).
Razvoj štiristopenjskih fotovoltaičnih pretvornikov iz galijevega arzenida z izkoristkom okoli 40 % bo omogočil gostoto moči sončne celice do 460 W/m2 na začetku delovanja in 370 W/m2 na koncu delovanja. svoje aktivno življenje. V bližnji prihodnosti lahko pričakujemo znatno izboljšanje masno specifičnih lastnosti sončnih baterij.
Trenutno se na vesoljskih plovilih široko uporabljajo baterije, ki temeljijo na elektrokemičnem sistemu nikelj-vodik, vendar so energijsko-masne karakteristike teh baterij dosegle svojo mejo (70-80 Wh/kg). Možnost nadaljnjega izboljšanja specifičnih lastnosti nikelj-vodikovih baterij je zelo omejena in zahteva velike finančne stroške.
Za ustvarjanje konkurenčne vesoljske tehnologije je bilo treba preiti na nove vrste elektrokemičnih virov energije, ki so primerni za uporabo kot del sistema napajanja za obetavna vesoljska plovila.
Trg vesoljske tehnologije trenutno aktivno uvaja litij-ionske baterije. To je zato, ker imajo litij-ionske baterije višjo energijsko gostoto v primerjavi z nikelj-vodikovimi baterijami.
Glavna prednost litij-ionske baterije je zmanjšanje teže zaradi višjega razmerja med energijo in težo. Razmerje med energijo in težo litij-ionskih baterij je višje (125 Wh/kg) v primerjavi z največjo doseženo vrednostjo pri nikelj-vodikovih baterijah (80 Wh/kg).
Glavne prednosti litij-ionskih baterij so:
- zmanjšanje teže baterije zaradi višjega razmerja med energijo in težo (zmanjšanje teže baterije je ~40 %);
- nizko nastajanje toplote in visoka energetska učinkovitost (cikel polnjenja-praznjenja) z zelo nizkim samopraznjenjem, kar zagotavlja najenostavnejši nadzor med izstrelitvijo, prenosno orbito in normalnim delovanjem;
- tehnološko naprednejši postopek izdelave litij-ionskih baterij v primerjavi z nikelj-vodikovimi baterijami, ki omogoča dobro ponovljivost karakteristik, visoko zanesljivost in nižje stroške.
Po mnenju strokovnjakov iz SAFT (Francija) bo uporaba litij-ionskih baterij na telekomunikacijskih satelitih z močjo 15-20 kW zmanjšala maso baterij za 300 kg (strošek pošiljanja 1 kg uporabne mase v orbito je ~ 30.000 dolarjev).
Glavne značilnosti litij-ionske baterije VES140 (razvil SAFT): garantirana kapaciteta 39 A*h, povprečna napetost 3,6 V, napetost ob koncu polnjenja 4,1 V, energija 140 Wh, specifična energija 126 Wh/kg, teža 1,11 kg , višina 250 mm in premer 54 mm. Baterija VES140 je primerna za uporabo v vesolju.
V Rusiji je danes OJSC Saturn (Krasnodar) razvil in izdelal litij-ionsko baterijo LIGP-120. Glavne značilnosti baterije LIGP-120: nazivna kapaciteta 120 Ah, povprečna napetost 3,64 V, specifična energija 160 Wh/kg, teža 2,95 kg, višina 260 mm, širina 104,6 mm in globina 44,1 mm. Baterija ima prizmatično obliko, kar zagotavlja pomembne prednosti glede specifične volumetrične energije baterije v primerjavi s SAFT baterijami. S spreminjanjem geometrijskih dimenzij elektrode lahko dobite baterijo različnih zmogljivosti. Ta oblika zagotavlja najvišjo specifično prostornino baterije in omogoča konfiguracijo baterije, kar zagotavlja optimalne toplotne pogoje.
Sodobni sistemi za oskrbo z električno energijo za vesoljska plovila so zapleten kompleks virov energije, pretvorbenih in distribucijskih naprav, integriranih v avtomatski krmilni sistem in zasnovanih za napajanje bremen na krovu. Sekundarni napajalniki so kompleks za pretvorbo energije, sestavljen iz določenega števila enakih impulznih napetostnih pretvornikov, ki delujejo za skupno obremenitev. V tradicionalni izvedbi se kot impulzni napetostni pretvorniki uporabljajo klasični pretvorniki s pravokotno obliko toka in napetosti ključnega elementa ter krmiljenjem preko širinsko impulzne modulacije.
Za izboljšanje tehničnih in ekonomskih kazalcev napajalnega sistema vesoljskega plovila, kot so gostota moči, učinkovitost, hitrost in elektromagnetna združljivost, smo predlagali uporabo kvaziresonančnih pretvornikov napetosti. Izvedene so bile študije o načinih delovanja dveh vzporedno povezanih kvaziresonančnih serijskih napetostnih pretvornikov s preklopom elektronskega stikala pri ničelnih tokovnih vrednostih in impulzno-frekvenčnem krmilnem zakonu. Na podlagi rezultatov modeliranja in proučevanja karakteristik prototipov kvaziresonančnih napetostnih pretvornikov so bile potrjene prednosti tovrstnih pretvornikov.
Dobljeni rezultati nam omogočajo, da sklepamo, da bodo predlagani kvaziresonančni napetostni pretvorniki našli široko uporabo v sistemih napajanja digitalnih in telekomunikacijskih sistemov, instrumentacije, procesne opreme, sistemov avtomatizacije in telemehanike, varnostnih sistemov itd.
Trenutni problemi so preučevanje značilnosti delovanja vesoljskih virov energije, razvoj njihovih matematičnih modelov ter preučevanje energijskih in dinamičnih režimov.
Za te namene smo razvili in izdelali edinstveno opremo za preučevanje napajalnih sistemov vesoljskih plovil, ki omogoča avtomatsko testiranje virov energije na krovu (sončne in polnilne baterije) in napajalnih sistemov nasploh.
Poleg tega je bila razvita in izdelana avtomatizirana delovna postaja za preučevanje energijsko-toplotnih pogojev litij-ionskih baterij in baterijskih modulov ter strojni kompleks za preučevanje energijskih in dinamičnih karakteristik sončnih celic galijevega arzenida.
Pomemben vidik dela je tudi ustvarjanje in raziskovanje alternativnih virov električne energije za vesoljska plovila. Izvedli smo raziskavo hranilnika energije na vztrajniku, ki je super vztrajnik v kombinaciji z električnim strojem. Vztrajnik, ki se vrti v vakuumu na magnetnih nosilcih, ima izkoristek 100%. Dvorotorski vztrajnik hranilnika energije ima lastnost, ki omogoča realizacijo triosne kotne orientacije. V tem primeru je mogoče izključiti močnostni žiroskop (girodin), kot samostojen ločen podsistem, t.j. Naprava za shranjevanje energije z vztrajnikom združuje funkcije naprave za shranjevanje energije in močnostnega žiroskopa.
Izvedene so bile raziskave elektrodinamičnih sistemov privezi kot vira električne energije za vesoljska plovila. Do danes je bil razvit matematični model elektrodinamičnega kabelskega sistema za izračun največje moči; določene so bile odvisnosti energijskih karakteristik od orbitalnih parametrov in dolžine vrvi; razvita je metodologija za določanje parametrov kabelskega sistema, ki zagotavlja proizvodnjo dane moči; določeni so orbitalni parametri (nadmorska višina in naklon), pri katerih je dosežena najučinkovitejša uporaba priveznih sistemov v načinu pridobivanja energije; Raziskane so bile zmogljivosti žičnice pri delovanju v vlečnem načinu.

EVRAZIJSKA NACIONALNA UNIVERZA

Njim. L.N. Gumiljov

Fakulteta za fiziko in tehnologijo

Oddelek za vesoljsko tehniko in tehnologijo

POROČILO

PO PROIZVODNJI

VADITE

ASTANA 2016

Uvod…………………………………………………………………………………...........3

1 Splošne informacije o napajanju vesoljskih plovil……………....4

1.1 Primarni viri električne energije……………………………4

1.2 Avtomatizacija napajalnega sistema............................................. ......... ….5

2 Sončne vesoljske elektrarne…………..…………………..…......6

2.1 Načelo delovanja in zasnova sončnih baterij………….….....6

3 Elektrokemične vesoljske elektrarne…………………………..12

3.1 Kemični tokovni viri……………………………………...13

3.2 Srebrno-cinkove baterije…………………....15

3.3 Nikelj-kadmijeve baterije………………………16

3.4 Nikelj-vodikove baterije……………………..17

4 Izbira parametrov solarnih kolektorjev in vmesnega hranilnika.........18

4.1 Izračun parametrov medpomnilnika …………………………18

4.2 Izračun parametrov sončnih kolektorjev……………………………..20

Zaključek…………………………………………………………………………………….23

Seznam uporabljenih virov………………………………………………………...24

Tehnični podatki…………………………………………………………………………………25

UVOD

Eden najpomembnejših sistemov na krovu katerega koli vesoljskega plovila, ki v prvi vrsti določa njegove zmogljivosti, zanesljivost, življenjsko dobo in ekonomsko učinkovitost, je sistem napajanja. Zato so problemi razvoja, raziskav in ustvarjanja napajalnih sistemov za vesoljska plovila izjemnega pomena.

Avtomatizacija procesov krmiljenja letenja katerega koli vesoljskega plovila (SC) je nepredstavljiva brez električne energije. Električna energija se uporablja za pogon vseh elementov naprav in opreme vesoljskih plovil (pogonska skupina, krmilniki, komunikacijski sistemi, instrumentacija, ogrevanje itd.).

Na splošno sistem za oskrbo z električno energijo proizvaja energijo, jo pretvarja in uravnava, shrani za obdobja največje porabe ali delovanja v senci ter jo porazdeli po vesoljskem plovilu. Napajalni podsistem lahko tudi pretvarja in uravnava napetost ali zagotavlja razpon napetostnih ravni. Pogosto vklaplja in izklaplja opremo in za izboljšanje zanesljivosti ščiti pred kratkimi stiki in izolira napake. Na zasnovo podsistema vpliva kozmično sevanje, ki povzroča degradacijo solarnih panelov. Življenjska doba kemične baterije pogosto omejuje življenjsko dobo vesoljskega plovila.

Trenutni problemi so preučevanje značilnosti delovanja vesoljskih virov energije. Preučevanje in raziskovanje vesolja zahteva razvoj in ustvarjanje vesoljskih plovil za različne namene. Trenutno se avtomatska vesoljska plovila brez posadke najpogosteje uporabljajo za oblikovanje globalnega sistema komunikacij, televizije, navigacije in geodezije, prenos informacij, preučevanje vremenskih razmer in naravnih virov Zemlje ter raziskovanje globokega vesolja. Za njihovo ustvarjanje je treba zagotoviti zelo stroge zahteve za natančnost orientacije naprave v vesolju in korekcijo orbitalnih parametrov, kar zahteva povečanje napajanja vesoljskih plovil.

Splošne informacije o napajanju vesoljskih plovil.

Geometrijo vesoljskih plovil, zasnovo, maso in aktivno življenjsko dobo v veliki meri določa sistem napajanja vesoljskih plovil. Sistem napajanja ali drugače imenovano sistem napajanja (PSS) vesoljsko plovilo - sistem vesoljskega plovila, ki zagotavlja napajanje drugim sistemom, je eden najpomembnejših sistemov. Okvara napajalnega sistema vodi do okvare celotne naprave.

Napajalni sistem običajno vključuje: primarni in sekundarni vir električne energije, pretvornike, polnilce in krmilno avtomatiko.

1.1 Primarni viri energije

Kot primarni viri se uporabljajo različni generatorji energije:

Sončni kolektorji;

Kemični viri toka:

baterije;

Galvanski členi;

Gorivne celice;

Radioizotopski viri energije;

Jedrski reaktorji.

Primarni vir ne vključuje le samega generatorja električne energije, temveč tudi sisteme, ki mu služijo, na primer sistem za usmerjanje sončne celice.

Pogosto so viri energije kombinirani, na primer sončna baterija s kemično baterijo.

Gorivne celice

Gorivne celice imajo visoko težo in velikost ter gostoto moči v primerjavi s parom solarnih baterij in kemično baterijo, so odporne na preobremenitve, imajo stabilno napetost in so tihe. Vendar zahtevajo oskrbo z gorivom, zato se uporabljajo na napravah s časom bivanja v vesolju od nekaj dni do 1-2 mesecev.

Uporabljajo se predvsem vodikovo-kisikove gorivne celice, saj vodik zagotavlja najvišjo kalorično vrednost, poleg tega pa se voda, ki nastane kot posledica reakcije, lahko uporablja na vesoljskih plovilih s posadko. Za zagotovitev normalnega delovanja gorivnih celic je treba zagotoviti odvod vode in toplote, ki nastaneta kot posledica reakcije. Drug omejevalni dejavnik je razmeroma visoka cena tekočega vodika in kisika ter težavnost njunega shranjevanja.

Radioizotopski viri energije

Radioizotopske vire energije uporabljamo predvsem v naslednjih primerih:

Visoko trajanje leta;

Odprave v zunanje predele Osončja, kjer je tok sončnega sevanja nizek;

Izvidniški sateliti z radarjem za stransko skeniranje ne morejo uporabljati sončnih kolektorjev zaradi nizkih orbit, vendar imajo visoko porabo energije.

1.2 Avtomatizacija sistema oskrbe z električno energijo

Vključuje naprave za nadzor delovanja elektrarne, kot tudi spremljanje njenih parametrov. Tipične naloge so: vzdrževanje sistemskih parametrov v določenih območjih: napetost, temperatura, tlak, preklop načinov delovanja, na primer preklop na rezervni vir napajanja; prepoznavanje napak, zaščita napajalnikov v sili, zlasti s tokom; dostava informacij o stanju sistema za telemetrijo in na astronavtsko konzolo. V nekaterih primerih je možno preklopiti z avtomatskega na ročno upravljanje bodisi z astronavtove konzole bodisi z ukazi iz zemeljskega nadzornega centra.

Povezane informacije.