СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ, ИМИТИРУЮЩИХ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ С ЭЛЕМЕНТОВ ПЛАЗМЕННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF FORMATION OF ELECTRIC PULSES SIMULATING ELECTROSTATIC DISCHARGES FROM SPACECRAFT PLASMA ENGINE ELEMENTS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к технике электроракетных плазменных двигательных установок (ЭРПДУ) и может быть использовано для квалификационных испытаний составных частей ЭРПДУ - плазменных двигателей и систем электропитания и управления (СПУ) на устойчивость к воздействию электростатических разрядов (ЭСР), обусловленных объемной электризацией космических аппаратов (КА).
Известен способ формирования электрических импульсов, имитирующих электростатические разряды с элементов плазменных двигателей космических аппаратов, заключающийся в использовании емкостного накопителя энергии, его зарядке от регулируемого высоковольтного источника постоянного тока до требуемого напряжения и последующей разрядке с помощью быстродействующего ключа на испытуемое оборудование /Описание испытательного оборудования для генерации высоковольтных импульсов: паспорт ИНК ТПУ ФЮРА. 341490.51031312 ПС. Томск, 2013/.
Недостаток способа - существенное отличие процессов формирования имитационного импульса разряда от реальных процессов, происходящих при ЭСР, из-за отсутствия действий, имитирующих внутренние процессы в источнике ЭСР при разряде.
Известен способ формирования электрических импульсов, имитирующих электростатические разряды с различных механизмов, заключающийся в использовании емкостного накопителя, его зарядке от регулируемого высоковольтного источника постоянного тока до требуемого напряжения и последующей разрядке с помощью ключа на испытуемое оборудование через индуктивность /Кечиев Л.Н., Пожидаев Е.Д. Защита электронных средств от воздействия статического электричества. - М.: Издательский Дом "Технологии", 2005 (с. 274)/.
Недостаток способа - взаимозависимость длительностей фронта, вершины импульса и импульса и целом, обусловленная наличием только одной индуктивной составляющей разрядного тока емкостного накопителя, невозможность раздельного установления требуемой длительности фронта импульса, во многом определяющего уровень электромагнитных помех при ЭСР, и длительности вершины импульса.
Известно устройство формирования электрических импульсов, имитирующих ЭСР с элементов поверхности КА, содержащее регулируемый источник высокого напряжения постоянного тока, отрицательный вывод которого заземлен, а положительный соединен с обкладкой емкостного накопителя и выводом ключа, второй вывод которого заземлен, вторая обкладка емкостного накопителя соединена с выходным контактным наконечником и анодом зарядного диода, катод которого заземлен /Описание испытательного оборудования для генерации высоковольтных импульсов: паспорт ИНК ТПУ ФЮРА. 341490.51031312 ПС. Томск, 2013 (с. 4. рис. 2)/.
Недостаток устройства - экспоненциальный характер имитационного импульса с малой длительностью фронта и продолжительным спадом, зависимость длительности фронта импульса только от комплексного сопротивления испытуемого оборудования.
Известно устройство формирования электрических импульсов, имитирующих электростатические разряды с различных механизмов (аналогично разряду с керамического ускорительного канала плазменного двигателя на его анод), содержащее источник высокого напряжения постоянного тока, положительный вывод которого заземлен, а отрицательный вывод через зарядный резистор подключен к выводу переключателя, общим выводом соединенного с обкладкой емкостного накопителя с заземленной второй обкладкой, к третьему выводу переключателя подключена индуктивность, вторым выводом соединенная с выходным контактным наконечником устройства, вторым выходным выводом которого является общее заземление /Кечиев Л.Н., Пожидаев Е.Д. Защита электронных средств от воздействия статического электричества. - М.: Издательский Дом "Технологии", 2005 (с. 274, рис. 6, 9)/.
Недостаток устройства - зависимость длительности фронта формируемого имитационного импульса от величины индуктивности, невозможность раздельной установки длительностей фронта и вершины импульса.
Техническим результатом предлагаемых решений является расширение функциональных возможностей формирования электрических импульсов, имитирующих ЭСР с элементов плазменных двигателей, обеспечение раздельного формирования длительностей фронта и вершины импульсов, что позволяет повысить уровень квалификации по стойкости к ЭСР составных частей ЭРПДУ - плазменных двигателей и систем их питания и управления.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе формирования электрических импульсов, имитирующих ЭСР с элементов плазменных двигателей КА, включающем использование емкостного накопителя энергии, его зарядку от регулируемого высоковольтного источника постоянного тока до требуемого напряжения и последующую разрядку с помощью быстродействующего ключа на испытуемое оборудование через индуктивность, ток разрядки емкостного накопителя в испытуемое оборудование подают, разделив его на индуктивную и емкостно-индуктивную составляющие, формируя фронт имитационного импульса, а с момента выравнивания напряжений емкостного накопителя и емкости, обеспечивающей формирование фронта импульса, энергии емкостей суммируют и направляют в испытуемое оборудование через суммарную индуктивность тракта, формируя при этом длительность вершины импульса.
В устройство для осуществления способа формирования электрических импульсов, имитирующих ЭСР с элементов плазменных двигателей КА, содержащее регулируемый источник высокого напряжения постоянного тока, отрицательный вывод которого заземлен, а положительный подключен к зарядному резистору, вторым выводом соединенному с выводом обкладки емкостного накопителя энергии, вывод второй обкладки которого подключен к аноду зарядного диода, катод которого заземлен, к общей точке зарядного резистора и емкостного накопителя подсоединен ключ с заземленным вторым выводом, а к общей точке емкостного накопителя и зарядного диода подключена индуктивность, введены дополнительные емкость и индуктивность, один вывод дополнительной индуктивности является выходом формирователя импульсов, а второй соединен со вторым выводом основной индуктивности, к точке их соединения подключены два последовательно соединенных разделительных диода, один из них анодом подключен к общей точке индуктивности, а катод второго заземлен, к общей точке диодов подключен вывод обкладки дополнительной емкости, вывод второй обкладки которого соединен с общей точкой основной индуктивности и емкостного накопителя энергии.
На фиг. 1 показана электрическая схема устройства для осуществления предложенного способа формирования электрических импульсов, имитирующих электростатические разряды с элементов плазменных двигателей космических аппаратов.
Устройство содержит регулируемый источник высокого напряжения постоянного тока 1, отрицательный вывод которого заземлен, а положительный подключен к зарядному резистору 2, вторым выводом соединенному с выводом обкладки емкостного накопителя энергии 3, вывод второй обкладки которого подключен к аноду зарядного диода 4, катод которого заземлен, к общей точке зарядного резистора 2 и емкостного накопителя 3 подсоединен ключ 5 с заземленным вторым выводом, а к общей точке емкостного накопителя 3 и зарядного диода 4 подключены одним выводом индуктивность 6 и вывод одной обкладки дополнительной емкости 7, вывод второй обкладки которой подключен к общей точке соединенных последовательно разделительных диодов 8 и 9, катод одного 9 из них заземлен, а анод второго 8 подключен к общей точке второго вывода основной 6 и одного из выводов дополнительной 10 индуктивностей, второй вывод дополнительной индуктивности 10 через соединитель 11 подключен к калибровочному резистору (или испытуемому объекту) 12.
Устройство для осуществления способа формирования электрических импульсов, имитирующих ЭСР с элементов плазменных двигателей КА, работает следующим образом.
При включении регулируемого источника высокого напряжения 1 емкостный накопитель 3 через зарядный резистор 2 и диод 4 заряжается до заданного напряжения. При замыкании ключа 5 диод 4 запирается напряжением емкостного накопителя 3, разрядный ток которого разделяется на две составляющие: индуктивную по цепи 3-6-10-11-12 и емкостно-индуктивную по цепи 3-7-8-10-11-12.
Емкостно-индуктивная составляющая разрядного тока емкостного накопителя 3, формируя фронт имитационного импульса на калибровочном резисторе 12, заряжает дополнительную емкость 7, напряжение на ней растет, а на емкостном накопителе 3 снижается. В момент выравнивания напряжений на емкостях 3 и 7 диод 8 запирается, диод 9 открывается, а энергия емкостей суммируется и направляется через индуктивности 6 и 10 и соединитель 11 в калибровочный резистор (или испытуемое оборудование) 12, при этом завершается формирование вершины имитационного импульса и его спада. На фиг. 2 представлена осциллограмма выходного напряжения формирователя импульсов, нагруженного безындуктивным калибровочным резистором 50 Ом.