УНИФИЦИРОВАННАЯ КОСМИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА МОДУЛЬНОГО ПРИНЦИПА ПОСТРОЕНИЯ
UNIFIED SPACE PLATFORM MODULAR PRINCIPLE OF BUILDING

Изобретение относится к космической отрасли, в частности к конструкции космических аппаратов (КА) и их компоновке при производстве.
Унифицированная космическая платформа (УКП) - конструктивно и функционально обособленный модуль, содержащий бортовую аппаратуру (БА) служебных систем, обеспечивающую функционирование КА. УКП с использованием при ее создании, модульного принципа построения с вариантным исполнением служебных систем, предназначена для создания на ее базе малых КА различного целевого назначения, например для дистанционного зондирования земной поверхности, обеспечения различных видов связи и др.
Развитие рынка КА различного назначения способствует обострению конкуренции между производителями, при этом в условиях отсутствия существенных отличий в технических характеристиках и качестве КА значительную роль играет срок изготовления, от момента подписания контракта до даты сдачи заказчику. Сокращение сроков разработки долгое время осуществлялось за счет использования линейки унифицированных платформ. Линейки таких платформ, которые используются для создания КА, предназначенных для решения различных целевых задач, требующих различной энерговооруженности, имеются у большинства ведущих зарубежных космических фирм: «Boeing Satellite Systems», «Space Systems/Loral», «Lockheed Martin», «Matra Marconi Space», «ASPI» и других. Из отечественных, можно выделить компанию АО «ИСС», которая разработала серию платформ «Экспресс». Использование линейки платформ позволяет сократить сроки проектирования КА, численно преумножая проверенные технические решения. Уже на этапе деления КА на модуль полезной нагрузки (ПН) и модуль служебных систем используются унифицированные интерфейсы, обеспечивающие их взаимозаменяемость. При таком создании КА допускается параллельная и независимая деятельность по сборке, интеграции и испытаниям. Одним из способов решения проблемы по сокращению длительности проектирования, изготовления и наземной экспериментальной отработки является создание УКП модульного исполнения, т.е. состоящей из отдельных модулей служебных систем. Применение такой технологии позволит еще больше сократить время, как на разработку, так и на проведение испытаний КА. Таким образом, процесс создания унифицированной платформы КА с определенной совокупностью качеств будет состоять из подбора модулей служебных систем с требуемыми характеристиками под конкретную задачу.
Применение унификации, а также модульного принципа построения, посредством разделения УКП на модули и подбор модулей, исходя из определенных требований к конкретному КА, позволит сделать платформу более универсальной для возможности решения различных целевых задач, а также функционирования на орбитах всех типов.
Основные требования к технологии производства УКП:
- обеспечение возможности создания на базе УКП (массой до 500 кг) малых КА (с массой модуля ПН до 300 кг), различного целевого назначения (дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ), предоставление услуг связи и др.), функционирующих на орбитах всех типов;
- обеспечение возможности компоновки модулей служебных систем БА различного состава под конкретные задачи;
- обеспечение соответствия современным требованиям по уменьшению габаритов и массы, повышению плотности компоновки БА, технических и эксплуатационных характеристик с расширенным функционалом, а также сокращению сроков и снижению стоимости создания малых КА на базе данной УКП.
Из предшествующего уровня техники известны различные конструктивные исполнения космических платформ для создания малых КА с применением модульного принципа (например журнал «Новости космонавтики», №8 (223), июнь 2001 г., стр. 48-49; журнал «Новости космонавтики», №7 (270), май 2005 г., стр. 48-49; Универсальная космическая платформа // Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени СП. Королева [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.energia.ru/ru/automatic/usp.html, свободный. - Загл. с экрана), при этом, основа платформ представляет собой силовую конструкцию корпуса (СКК), с установленными на ней:
- приборным отсеком, с БА служебных систем;
- панелями солнечных батарей (БС).
Известна «Космическая платформа» (патент на изобретение RU №2569658, B64G 1/00, опубликовано 27.11.2015), содержащая СКК, на которой размещен приборный отсек, образованный из скрепленных между собой панелей, причем некоторые из них являются панелями-радиаторами. Внутри СКК расположены баки хранения рабочего тела для двигателей коррекции, ориентации. Внутри и снаружи приборного отсека расположены приборы и оборудование служебных систем. Снаружи на приборном отсеке размещаются: двигатели коррекции, ориентации, узлы установки модуля ПН, поворотные крылья БС, складываемые в стартовом состоянии, закрепленные симметрично с двух противоположных сторон приборного отсека с помощью штанг к устройствам поворота, причем крылья БС выполнены в виде плоских панелей, скрепленных между собой. Недостатками данного технического решения являются:
- недостаточная степень унификации космической платформы, обуславливающая ее применение при производстве КА с ограниченным спектром целевых задач, а также с невозможностью функционирования на орбитах всех типов;
- сложность технологии сборки модуля ПН и его стыковки с космической платформой, которая заключается в необходимости предварительной сборки модуля ПН на жесткостной конструкции, имитирующей СКК с дальнейшим демонтажем и монтажом на космическую платформу, при этом снижается точность при сборке;
- увеличение срока изготовления КА, в результате чего повышается стоимость КА (ресурсоемкость производства).
Применение унификации и принципа модульности при создании КА показано в описании изобретения «Модульная конструкция космического аппарата» (патент на изобретение RU №2374148, B64G 1/22, B64G 1/54, опубликовано 27.11.2009), содержит несущую конструкцию с унифицированными крейтами, в которых размещаются модули служебной и целевой аппаратуры. Крейты выполнены в форме прямоугольного параллелепида и имеют стенки с толщиной, необходимой для радиационной защиты модулей, а также различные варианты исполнения по габаритам, составляющие унифицированный ряд типоразмеров крейтов. Выбор типоразмера, компоновка крейтов и их устанока в слотах несущей конструкции зависит от необходимых модулей служебной и целевой аппаратуры для выполнения определенных задач КА.
Недостатками данного технического решения являются:
- повышенная масса КА, которая определяется за счет исполнения конструкции крейтов в виде прямоугольного параллелепипеда, с увеличенной толщиной стенок;
- недостаточная степень плотности компоновки служебной и целевой аппаратуры, обусловленная увеличенными зазорами и ограниченная стенками крейтов.
Применение модульного принципа при создании КА используется также в изобретении «MODULAR SPACECRAFT BUS» (патент на изобретение US №6206327, B64G 1/00, опубликовано 27.03.2001). Модульная космическая платформа содержит набор стековых модулей служебных систем. Каждый стековый модуль выполнен из панелей в виде призмы с силовым элементом конструкции в виде цилиндрической втулки, расположенной в центре со множеством радиальных панелей, образующих отсеки для БА с интерфейсами. Внутри полости, образованной цилиндрическими втулками размещается двигательная установка (ДУ) с двигателями и топливными баками. Кроме того, в составе служебных систем также присутствует система терморегулирования (СТР), элементы которой располагаются на съемных боковых технологических панелях. Недостатками данного технического решения являются:
- повышенная масса модульной космической платформы, которая образуется за счет исполнения конструкции стековых модулей со множеством радиальных панелей и силовым элементом конструкции внутри;
- недостаточная степень плотности компоновки БА, обусловленная увеличенными зазорами и ограниченная внутренними радиальными панелями.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбрана «Универсальная платформа космического аппарата» (патент на изобретение RU №2624764, B64G 1/22, опубликовано 06.07.2017), содержащая СКК, внутри которой размещена ДУ, оснащенная не менее чем одним баком рабочего тела и двигателем коррекции, кроме того, на СКК размещен корпус приборного отсека, образованный из скрепленных сотовых панелей, внутри и снаружи которого расположена БА служебных систем, также снаружи на приборном отсеке установлены крылья БС.
Недостатками данного технического решения являются:
- повышенная масса СКК по сравнению с применяемой СКК в заявляемом изобретении;
-недостаточная степень унификации универсальной космической платформы, обуславливающая ее применение при производстве КА с ограниченным набором целевых задач, а также с невозможностью функционирования на орбитах всех типов.
Задачами, на решение которых направлено заявляемое техническое решение являются: совершенствование конструкции УКП, повышение надежности, технологичности и степени унификации.
Поставленные задачи решаются за счет того что унифицированная космическая платформа модульного принципа построения, содержит СКК, внутри которой размещена двигательная установка, оснащенная не менее чем одним баком рабочего тела и двигателем коррекции, кроме того, на СКК размещен корпус приборного отсека, образованный из скрепленных сотовых панелей, внутри и снаружи которого расположена БА служебных систем, также снаружи на приборном отсеке установлены крылья БС. Приборный отсек состоит из базовых (не претерпевающих изменений) и модифицированных (с вариантным исполнением служебных систем) модулей, причем конструкция всех модулей (кроме модуля СКК) состоит из скрепленных между собой сотовых панелей, образующих в совокупности корпус приборного отсека, при этом все модули монтируются на модуль СКК, выполненный из конструкции силовых стоек, притом каждый модуль в отдельности является служебной системой с БА (кроме модуля СКК), а также представляет собой функционально и конструктивно обособленный узел, имеющий собственный комплект бортовой кабельной сети (БКС), механические, электрические, тепловые интерфейсы, элементы СТР. Предпочтительно базовые модули представляют собой: модуль СКК, модуль бортового комплекса управления (БКУ), модуль системы ориентации и стабилизации (СОС); модифицированными модулями при этом являются: модуль системы электропитания (СЭП), модуль системы коррекции (СК). Модифицированные модули могут быть выполнены с возможностью создания и функционирования КА, предназначенных для ДЗЗ или для осуществления различных видов связи. Приборный отсек может быть выполнен в виде восьмигранной призмы, а также может иметь негерметичное конструктивное исполнение. Некоторые из сотовых панелей приборного отсека могут быть также панелями-радиаторами. На некоторых сотовых панелях приборного отсека также могут быть установлены тепловые трубы. Наружные поверхности панелей-радиаторов приборного отсека могут быть выполнены с терморегулирующим покрытием, кроме мест установки тепловых труб. Корпус приборного отсека может быть выполнен со съемными технологическими панелями. Крылья БС могут быть закреплены симметрично с двух противоположных сторон приборного отсека и выполнены в виде плоских панелей, скрепленных между собой, состоящих из каркаса и фотоэлектрических преобразователей и имеющих возможность поворачиваться, складываться и раскрываться. Двигатели коррекции могут быть установлены на кронштейнах и иметь возможность изменять свое угловое положение. Также двигателями коррекции могут быть двигатели электрореактивного или термокаталитического типа.
Применение концептуальных решений и технологий при проектировании УКП с приведенной совокупностью признаков позволяет сформировать комплексный системный подход, основанный на принципе модульности и унификации, что способствует достижению следующих технических результатов:
- повышению надежности;
- повышению степени унификации;
- упрощению производства;
- реализации изделия соответствующего современным требованиям по уменьшению габаритов и массы, повышению плотности компоновки БА, технических и эксплуатационных характеристик с расширенным функционалом;
-повышению качества продукции, а также реализации возможности перевести производство космических платформ и КА на более высокий автоматизированный и технологический уровень с использованием элементов «конвейерного производства», где составные части платформы единожды квалифицированы и поставляются на заключительную сборку изделия.
Сущность изобретения поясняется чертежами и таблицами на которых показано:
- на фиг. 1 изображен вид общий УКП малого КА для ДЗЗ (рабочая/стартовая конфигурация);
- на фиг. 2 изображена разбивка конструкции УКП малого КА для ДЗЗ (стартовая конфигурация);
- на фиг. 3 изображен вид общий УКП малого КА для предоставления услуг связи (рабочая/стартовая конфигурация);
- на фиг. 4 изображена разбивка конструкции УКП малого КА для предоставления услуг связи (стартовая конфигурация);
- на фиг. 5 изображен вид общий УКП малого КА для ДЗЗ (стартовая конфигурация);
- на фиг. 6 изображен вид общий УКП малого КА для предоставления услуг связи (стартовая конфигурация);
- на фиг. 7 показана таблица 1 «Основные технические характеристики УКП»;
- на фиг. 8 показана таблица 2 «Элементный состав СТР модулей УКП».
УКП, содержит СКК 1, внутри которой размещена ДУ, оснащенная не менее чем одним баком 2 рабочего тела и двигателем 4 коррекции, кроме того, на СКК 1 размещен корпус приборного отсека 5, образованный из скрепленных сотовых панелей, внутри и снаружи которого расположена БА 6 служебных систем, также снаружи на приборном отсеке 5 установлены крылья 7 БС. Приборный отсек 5 состоит из базовых (не претерпевающих изменений) и модифицированных (с вариантным исполнением служебных систем) модулей, причем конструкция всех модулей (кроме модуля СКК 1) состоит из скрепленных между собой сотовых панелей, образующих в совокупности корпус приборного отсека 5, при этом все модули монтируются на модуль СКК 1, выполненный из конструкции силовых стоек, притом каждый модуль в отдельности является служебной системой с БА 6 (кроме модуля СКК 1), а также представляет собой функционально и конструктивно обособленный узел, имеющий собственный комплект бортовой кабельной сети, механические, электрические, тепловые интерфейсы, элементы СТР. Кроме того, в составе служебных систем также присутствует, которой входят в состав каждого модуля. Предпочтительно базовые модули представляют собой: модуль СКК 1, модуль 11 БКУ, модуль 10 СОС; модифицированными модулями при этом являются: модуль 8 СЭП, модуль 3 СК. Модифицированные модули могут быть выполнены с возможностью создания и функционирования КА, предназначенных для ДЗЗ или для осуществления различных видов связи. Приборный отсек 5 может быть выполнен в виде восьмигранной призмы, а также может иметь негерметичное конструктивное исполнение. Некоторые из сотовых панелей приборного отсека 5 могут быть также панелями-радиаторами. На некоторых сотовых панелях приборного отсека 5 также могут быть установлены тепловые трубы 9. Наружные поверхности панелей-радиаторов приборного отсека 5 могут быть выполнены с терморегулирующим покрытием 12, кроме мест установки тепловых труб 9. Корпус приборного отсека 5 может быть выполнен со съемными технологическими панелями. Крылья 7 БС могут быть закреплены симметрично с двух противоположных сторон приборного отсека 5 и выполнены в виде плоских панелей, скрепленных между собой, состоящих из каркаса и фотоэлектрических преобразователей и имеющих возможность поворачиваться, складываться и раскрываться. Двигатели 4 коррекции могут быть установлены на кронштейнах и иметь возможность изменять свое угловое положение. Также двигателями 4 коррекции могут быть двигатели электрореактивного или термокаталитического типа.
Предлагаемая конструкция УКП имеет негерметичное конструктивное исполнение и состоит из базовых (неизменных) и модифицированных (специфичных) модулей. При этом конструкция базовых модулей не претерпевает изменений, а модифицированные модули имеют несколько вариантов построения, что позволяет подбирать нужный вариант исполнения модуля для создания на основе УКП конкретного КА с определенным назначением. Таким образом, УКП может быть адаптирована для создания широкого спектра функциональных возможностей КА, без изменения состава базовых модулей, образующих общее конструктивное исполнение платформы. Причем все модули монтируются на модуль СКК. Каждый модуль в отдельности является служебной системой с БА (кроме модуля СКК) и представляет собой функционально и конструктивно обособленный узел, имеющий собственный комплект БКС, механические, электрические, тепловые интерфейсы.
В состав УКП входят следующие базовые модули:
1) модуль СКК;
2) модуль БКУ;
3) модуль СОС;
а также модифицированные модули:
4) модуль СЭП;
5) модуль СК.
Кроме того, в составе служебных систем УКП также присутствует система терморегулирования, элементы которой входят в состав каждого модуля.
Основные технические характеристики УКП в двух вариантах исполнения - для создания малых КА для ДЗЗ на низкой круговой орбите (НКО) и малых КА для предоставления услуг связи на средней круговой орбите (СКО) и геостационарной орбите (ГСО) показаны в таблице 1 (фиг. 7).
УКП имеет в своем составе БА служебных систем, которая обеспечивает функционирование КА на участке выведения на орбиту, дрейфа и установки в заданную точку орбиты, выполнение целевых задач в течение срока эксплуатации, таких как:
- общее управление работой всех служебных систем и взаимодействие с наземным комплексом управления;
- перевод КА из стартовой конфигурации в рабочую;
- ориентация и стабилизация КА с требуемыми точностями;
- удержание КА в заданной точке орбиты с требуемыми точностями;
- формирование управляющих сил и моментов в процессе ориентации, стабилизации КА и управления его движением;
- электропитание всех служебных систем платформы и модуля ПН во всех режимах эксплуатации;
- поддержание температурных режимов всех элементов УКП и модуля ПН в заданных пределах;
- поддержание всех элементов КА в требуемом взаимном положении на всех этапах эксплуатации и защита от внешних воздействий;
- обеспечение проведения наземной отработки и испытаний КА и его служебных систем, взаимодействия с наземным испытательным оборудованием.
Модуль СКК является основой конструктивно-силовой схемы УКП и служит для обеспечения механического интерфейса всех модулей. Данный модуль принимает основную часть механических возмущений, действующих на УКП во время транспортировки, выведения и функционирования КА. Кроме того, он обеспечивает механический интерфейс с устройством отделения КА.
Модуль СКК предназначен:
- для размещения и обеспечения требуемого взаимного положения модулей платформы на всех этапах наземной и летной эксплуатации;
- для обеспечения необходимых значений уровней механических нагружений на всех этапах изготовления, наземной и летной эксплуатации;
- для обеспечения механических интерфейсов с модулем ПН;
- для обеспечения механических интерфейсов с устройством отделения.
Модуль СКК представляет сварную конструкцию из четырех алюминиевых силовых стоек, сечение которых определяется оптимальным соотношением жесткостных, прочностных и весовых характеристик.
Модуль СКК подвергается механическим испытаниям на максимальные воздействия, что повышает степень надежности и позволяет квалифицировать его единовременно для всех вариантов построения УКП. Проведение наземной экспериментальной отработки модуля СКК также позволит существенно сократить время производственного цикла, издержки, и следовательно, снизить конечную стоимость платформы для конкретного КА.
Модуль БКУ предназначен для управления и контроля функционирования КА автономно и совместно с наземным комплексом управления, а также для решения следующих задач:
- обеспечение управляющей среды для реализации задач управления БА служебных систем КА посредством программного обеспечения, а также с наземного комплекса управления;
- обеспечение организации внутреннего (автономного) контура контроля и управления КА;
- обеспечение информационно-логического взаимодействия с внешним контуром управления;
- прием и обработка сигналов навигационных КА, определение в режиме реального времени параметров движения КА (координат, составляющих вектора скорости, пространственной ориентации осей КА (при необходимости);
- обеспечение проведения комплексных испытаний и проверок КА на заводе изготовителе и подготовка на техническом и стартовом комплексе.
В состав модуля БКУ входят: блок управления, бортовой цифровой вычислительный комплекс, БА телесигнализации, навигационный приемник, элементы СТР, кабели БКУ.
Модуль БКУ построен исходя из того, что архитектура платформы в целом и системы управления в частности организована по централизованному принципу с точки зрения сбора данных и формирования функций управления. В основе системы управления платформой лежит БКУ, связанный электрическими интерфейсами с датчиковой аппаратурой и исполнительными органами, который обеспечивает реализацию основных функций бортовых систем платформы.
Модуль БКУ построен по магистрально-модульному принципу с централизованным управлением и обеспечивает БА платформы ресурсами, необходимыми для обеспечения выполнения целевой задачи. Модульная структура аппаратно-программных средств обеспечивает оптимальную адаптацию БКУ под различные модификации и типы КА и возможность гибкой модернизации с целью улучшения характеристик. Ядром модуля БКУ является бортовой цифровой вычислительный комплекс. Также в состав БКУ входит аппаратура, обеспечивающая управление КА и мониторинг состояния КА средствами НКУ:
- аппаратура, обеспечивающая взаимодействие с системами КА в части обменных меток и сигналов управления;
- аппаратура, обеспечивающая сбор телеметрических параметров с датчиковой аппаратуры КА;
- аппаратура, обеспечивающая прием и обработку сигналов навигационных КА, для определения в режиме реального времени параметров движения КА.
Аппаратура модуля БКУ проектируется с необходимым уровнем резервирования, обеспечивающим заданную вероятность безотказной работы за время работы по целевому назначению, при этом любой единичный отказ одного элемента или соединительной цепи не приводит к отказу системы и сопрягающейся с ней аппаратуры.
Конструктивно модуль БКУ представляет собой набор сотовых панелей-радиаторов с размещенной на них БА и тепловыми трубами, для обеспечения теплового режима.
Модуль БКУ является функционально и конструктивно обособленным узлом, который через определенные механические, электрические и тепловые интерфейсы интегрируется в состав УКП (устанавливается на модуль СКК и стыкуется с другими модулями УКП). Модуль БКУ единый для всех вариантов построения платформы. Данный подход позволяет единовременно провести полный цикл наземной отработки модуля БКУ (электрической, механической и термовакуумной), а для последующих КА в дальнейшем использовать отработанный модуль БКУ в виде готового технического решения с проведением минимально необходимого (в объеме приемосдаточных испытаний) объема проверок, что позволит сократить время и стоимость разработки, изготовления и испытаний КА.
Модуль СОС служит для выполнения следующих функций:
- проведение успокоения и начальной ориентации КА с момента включения СОС до перехода в штатный режим функционирования;
- обеспечение трехосной стабилизации КА в соответствии с требованиями по эксплуатации в течение всего срока активного существования;
- обеспечение ориентации крыльев БС на Солнце;
- осуществление заданного программного разворота КА для целей проведения коррекции орбиты и поддержания заданной ориентации КА в процессе работы двигателей коррекции;
- обеспечение функционирования («живучести») КА посредством осуществления ориентации крыльев БС на Солнце при возникновении на борту аварийных ситуаций.
Конструктивно модуль СОС представляет собой центральную сотовую панель-основание с установленными на ней приборами и двумя панелями-радиаторами для сброса избыточного тепла. В качестве элементов СТР используются тепловые трубы и электрообогреватели. Система терморегулирования является автономной для данного модуля и обеспечивает температурный диапазон оборудованию модуля СОС.
Исходя из типовых требований к современным КА и оптимальным энергомассовым характеристикам, а также вне зависимости от целевого назначения и орбиты функционирования КА определен базовый состав БА модуля СОС, который при необходимости, может быть функционально дополнен для выполнения конкретных требований к УКП со стороны ПН с минимальными доработками по улучшению характеристик.
Состав модуля СОС:
- электромеханический исполнительный орган;
- волоконно-оптический блок измерения угловой скорости;
- устройство поворота батареи солнечной;
- малогабаритный солнечный датчик.
Вышеперечисленный приборный состав модуля СОС является базовым и подходит для создания КА с невысокими точностными характеристиками, такими как КА для предоставления услуг связи. При необходимости повышения точностных характеристик модуля СОС или иных специфичных требований технология позволяет функционально дополнить модуль СОС необходимым оборудованием, устанавливающимся на модуль ПН. Таким образом, технология модульного построения модуля СОС позволяет адаптировать модуль под конкретные требования со стороны полезных нагрузок и орбиты функционирования, не изменяя конструктив и базовый состав модуля СОС, следовательно, сэкономить временные ресурсы на адаптацию УКП к конкретному проекту.
При создании КА для ДЗЗ к модулю СОС предъявляются более жесткие требования, такие как, высокая точность ориентации и стабилизации. Базовый состав модуля СОС не может выполнить требования со стороны типовых ПН КА для ДЗЗ, поэтому базовый состав модуля СОС должен быть функционально дополнен оборудованием, способным обеспечить совместно выполнение данных требований.
Дополнительное оборудование модуля СОС (таблица 1, фиг. 7), устанавливаемое на модуль ПН:
- прибор звездный;
- электромагнитное устройство;
- магнитометр.
При адаптации модуля СОС КА для предоставления услуг связи из дополнительного оборудования потребуется только прибор звездный, однако в состав системы коррекции необходимо включить двигатели ориентации для разгрузки электромеханического исполнительного органа.
Перед установкой на модуль СКК и стыковкой с другими модулями УКП модуль СОС проходит автономную сборку и наземную отработку.
Модуль СЭП предназначен для непрерывного обеспечения электроэнергией заданного номинала и качества БА служебных систем КА на участке выведения, в начальных режимах ориентации, в течение всего срока эксплуатации и при наземной подготовке.
В составе КА модуль СЭП осуществляет:
- обеспечение электроэнергией заданного номинала и качества бортовой аппаратуры КА на участке выведения, в начальных режимах ориентации, в течение всего срока эксплуатации и при наземной подготовке;
- генерирование на борту КА электрической энергии с помощью солнечной батареи и электропитание БА его служебных систем на освещенных участках орбиты при штатной эксплуатации;
- хранение на борту КА электрической энергии с помощью аккумуляторных батарей и осуществление электропитания оборудования его служебных систем при нахождении на теневых участках орбиты, а также на всех этапах эксплуатации при нагрузках, когда располагаемая мощность солнечной батареи недостаточна.
Исходя из условий эксплуатации, система электропитания КА состоит из основного источника электроэнергии, служащего для питания КА во всех режимах работы, вторичного источника электроэнергии, служащего для обеспечения питанием нагрузки на теневых участках орбиты и в аварийных ситуациях. Данная архитектура построения СЭП КА имеет высокий уровень квалификации и эксплуатации с положительным результатом.
В качестве основного источника энергии, исходя из обеспечения больших мощностей потребления при малых массах, целесообразно использование энергии крыльев БС. Учитывая, что крылья БС, исходя из реальных условий полета, неработоспособны на теневых участках орбиты, необходимо применение вторичного источника энергии - аккумуляторных батарей. Для обеспечения стабилизированным питанием БА, заряда аккумуляторных батарей и обеспечения совместной работы крыльев БС и аккумуляторных батарей, в составе модуля СЭП предусматривается энергопреобразующая аппаратура.
Крылья БС закреплены симметрично с двух противоположных сторон приборного отсека с помощью штанг к устройствам поворота и выполнены в виде плоских панелей, скрепленных между собой шарнирными узлами. При этом панели крыльев БС состоят из каркаса, фотоэлектрических преобразователей, кабелей БС и имеют возможность поворачиваться, складываться и раскрываться. Исполнение крыльев БС, касающееся в частности площади фотогенерирующей части, зависит от энергопотребления разрабатываемого на основе УКП КА и представлено в двух вариантах (фиг. 1, фиг. 3, таблица 1, фиг. 7).
Модуль СЭП имеет два варианта исполнения для УКП (таблица 1, фиг. 7):
1) низкоэнергетичный для питания модуля ПН (КА для ДЗЗ) мощностью не более 500 Вт;
2) высокоэнергетичный, способный выдавать мощность для модуля ПН (КА для предоставления услуг связи) не более 1500 Вт.
Варианты исполнения модуля СЭП имеют одинаковую силовую конструкцию и принцип построения, но различающийся по типу приборов состав:
- батарея солнечная;
- аккумуляторные батареи;
- энергопреобразующая аппаратура;
- устройство контроля аккумуляторных батарей.
Выбор конкретного варианта исполнения модуля СЭП зависит от энергопотребления разрабатываемого на основе УКП КА. Данное техническое решение позволит применять УКП для изготовления КА с различным энергопотреблением. Существует возможность и других вариантов построения модуля СЭП исходя из конкретных требований со стороны ПН.
Модуль СЭП служит звеном силовой схемы приборного отсека УКП. Конструктивно модуль СЭП представляет собой набор сотовых панелей (причем некоторые из них -панели-радиаторы) с установленными на них приборами и смонтированными тепловыми трубами для отвода избыточного тепла. Модуль СЭП спроектирован таким образом, чтобы можно было при необходимости извлечь аккумуляторные батареи для проведения с ними регламентных работ, не разбирая конструкцию модуля и не затрагивая другие модули платформы в целом.
Модуль СК предназначен для коррекции орбиты КА при выполнении маневров приведения в рабочую точку, удержания, увода на орбиту захоронения и создания управляющих моментов для обеспечения ориентации КА в пространстве (при необходимости).
Модуль СК имеет два варианта исполнения с ДУ электрореактивного или термокаталитического типа (фиг. 2, фиг. 4, таблица 1, фиг. 7).
ДУ электрореактивного типа имеет в своем составе блоки коррекции с двигателями коррекции и может быть использован на СКО и ГСО в составе КА, предназначенном для осуществления услуг связи. В режиме коррекции потребляемая мощность ДУ достигает 1 кВт. Из-за достаточно высокого энергопотребления двигателей коррекции, рационально использовать данный тип ДУ для высоко энерговооруженных КА. Запас рабочего тела обеспечивает выработку суммарного импульса в течение срока активного существования. Кроме того, в состав ДУ электрореактивного типа входят газореактивные двигатели ориентации, обеспечивающие совместно с модулем СОС ориентацию КА в пространстве, а также служащие для разгрузки электромеханического исполнительного органа из состава модуля СОС.
В состав модуля СК с ДУ электрореактивного типа входят:
- блоки коррекции, в состав которых входят двигатели коррекции и блок управления расходом;
- баки хранения рабочего тела (ксенон);
- двигательные блоки ориентации, в состав которых входят двигатели ориентации;
- блок подачи рабочего тела;
- блок подачи газа;
- система преобразования и управления;
- фильтры защиты;
- комплект межблочных трубопроводов;
- элементы СТР;
- монтажная плита (конструкция модуля СК).
ДУ термокаталитического типа имеет в своем составе блок коррекции с двигателем коррекции. Преимуществами от использования ДУ данного типа являются высокая тяга и сравнительно небольшое энергопотребление (до 36 Вт), что позволяет использовать его в составе низко энерговооруженных К А, работающих на НКО.
В состав модуля СК с ДУ термокаталитического типа входят:
- блок коррекции с двигателем коррекции;
- бак хранения рабочего тела (гидразин);
- комплект трубопроводов;
- горловины заправочные;
- горловина надувная;
- горловина проверочная;
- элементы СТР;
- монтажная плита (конструкция модуля СК).
В составе УКП оборудование модуля СК соединяется с оборудованием других модулей служебных систем электрическими кабелями, входящими в состав БКС УКП.
Модуль СК служит звеном силовой схемы приборного отсека УКП. Конструктивно модуль СК представляет собой сотовую панель-основание (монтажную плиту), на которой размещена аппаратура, двигатели и бак (баки) хранения рабочего тела. При исполнении модуля СК с ДУ электрореактивного типа в его состав добавляются панели-радиаторы и тепловые трубы для сброса избыточного тепла с приборов модуля.
Модуль СК собирается и заправляется автономно. Установка модуля СК на УКП происходит в последнюю очередь.
Применение модульного принципа построения модуля СК дает следующие преимущества:
- позволяет минимизировать длину трубопроводов, тем самым не увеличивая массу;
- позволяет создавать квалифицированные модули - сборочные единицы, не требующие дополнительной отработки при изготовлении УКП для КА определенного назначения;
- позволяет производить замену модуля СК на любой стадии сборки платформы в зависимости от назначения КА;
- позволяет производить автономную заправку баков, входящих в состав модуля, при этом отпадает необходимость транспортировки всего КА на заправочную станцию.
Элементы СТР предназначены для поддержания температуры оборудования и конструкции платформы в заданных температурных диапазонах в процессе орбитального функционирования, в любом режиме эксплуатации в течение заданного срока активного существования, в том числе в режимах обеспечения «живучести».
Элементы СТР совместно с технологическими средствами термостатирования обеспечивают тепловой режим оборудования платформы при наземных испытаниях.
Согласно принятой концепции для модулей негерметичного исполнения, используется СТР пассивного типа, основанная на применении тепловых труб, управляемого электрообогрева, радиаторов на внешних поверхностях модулей с требуемыми термооптическими коэффициентами и экранно-вакуумной теплоизоляции.
Необходимая площадь радиационных поверхностей при их дефиците на каком-либо модуле (для орбит, на которых большая часть радиационных панелей модуля подвергается освещению Солнцем) достигается за счет применения дополнительных тепловых труб, которые обеспечивают тепловой интерфейс между радиационными поверхностями, расположенными на противоположных сторонах платформы.
Элементный состав СТР (тепловые трубы, электрообогреватели поверхностные, экранно-вакуумная теплоизоляция, электрообогреватели трубопроводов, терморегулирующее покрытие (комбинированное: оптический солнечный отражатель типа ОСО-С совместно с белой эмалью), температурные датчики) модулей УКП представлен в таблице 2 (фиг. 8).
Каждый модуль УКП имеет собственный комплект БКС. БКС каждого модуля осуществляет электрическую интеграцию всей БА в пределах модуля, а также с приборами, расположенными на других модулях УКП, через перестыковочные соединители БКС. Электрический интерфейс для модифицированных модулей СЭП и СК платформы унифицирован, что в свою очередь, обеспечивает легкую взаимную электрическую стыковку базовых модулей БКУ и СОС с модифицированными модулями СЭП и СК.
Для упрощения интеграции с различными модулями ПН различных КА, УКП имеет простые и четко определенные унифицированные интерфейсы, включая:
- механический интерфейс;
- электрический интерфейс;
- тепловой интерфейс.
Построение и характеристики интерфейсов универсальные и обеспечивают возможность интеграции с модулями ПН различных КА, которые соответствуют диапазону интерфейсных требований платформы.
Все интерфейсы расположены в зонах стыковки конструкций платформы и ПН, и к ним обеспечивается легкий доступ на всех этапах наземной эксплуатации.
Для установки КА на средство выведения, УКП имеет унифицированный интерфейс.
Интерфейс со средством выведения используется также для стыковки с наземным транспортировочным и технологическим оборудованием в процессе работ по сборке, интеграции и испытаниям платформы и КА в целом, а также транспортировке и подготовке на полигоне запуска.
Особенностями создания КА на базе УКП являются:
- возможность параллельного и независимого изготовления и проведения испытаний УКП и модуля ПН на различных предприятиях до начала интеграции КА, обеспечиваемая построением интерфейсов между УКП и конструкцией модуля ПН;
- гарантия повышенной степени надежности, которая достигается посредством проведения многократной проверки и обеспечения безотказной работы БА служебных систем УКП;
- возможность комплектования УКП, отечественными бортовыми приборами, а также их аналогами зарубежного производства в соответствии с требованиями заказчика КА;
- комплектование КА в соответствии с требованиями заказчика различными вариантами аппаратуры командно-измерительной системы, работающей в различных диапазонах частот и в различных стандартах, размещаемой на модуле ПН.
Также создание КА на базе УКП имеет ряд технико-экономических преимуществ по сравнению с моноблочным изготовлением КА:
- сокращение сроков проектирования, изготовления и наземной экспериментальной отработки;
- реализация в космической отрасли принципа «бережливого производства»;
- снижение издержек производства.
Технико-экономические преимущества достигаются за счет улучшения показателей унификации и стандартизации, в частности увеличения коэффициента применяемости (коэффициент применяемости характеризует насыщение УКП стандартными, унифицированными, заимствованными и покупными составными частями) и коэффициента межпроектной унификации (коэффициент межпроектной унификации характеризует уровень взаимной унификации группы изделий, а также степень сокращения номенклатуры составных частей в изделиях группы).