РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ КОМАНДНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
REDUNDANT AMPLIFIER OF CAPACITY OF ON-BOARD EQUIPMENT OF COMMAND AND TRACKING SYSTEM

Область техники
Изобретение относится к передающим устройствам и может найти применение в бортовой аппаратуре командно-измерительной системы (БА КИС) космических аппаратов.
Для обеспечения срока активного существования (САС) на орбите необходимо осуществлять резервирование усилителей мощности. В разные периоды движения космического аппарата (КА) командно-измерительным системам целесообразно иметь выходные мощности, отличающиеся одна от другой на 7-10 дБ:
- при выводе КА на орбиту, когда его полет происходит в неориентированном режиме, для радиосвязи требуется большая мощность (примерно в течение от 24 ч до 1 месяца);
- в ориентированном режиме - необходимая для радиосвязи мощность невелика (в течение всего САС - приблизительно 10-15 лет).
Уровень техники
Известны резервированные усилители мощности (РУМ), у которых осуществляется резервирование для парирования отказов на САС (см. Коновалов С.Д., Тазиков А.А., Алыбин В.Г. «Повышение надежности и улучшение массогабаритных параметров усилителей мощности СВЧ для бортовой аппаратуры командно-измерительных систем». Сборник материалов по итогам научно-практической конференции 4-6 апреля 2011 г. Часть 1, стр.118-120, рисунок 1, г. Королев Московской области 2012 г.).
Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности переключения выходной мощности УМ при переходе КА из неориентированного режима в ориентированный, приводящее к непроизводительному высокому энергопотреблению на САС.
Наиболее близким к заявленному изобретению является РУМ, описанный в статье Коновалов С.Д., Тазиков А.А., Алыбин В.Г. «Повышение надежности и улучшение массогабаритных параметров усилителей мощности СВЧ для бортовой аппаратуры командно-измерительных систем.» Сборник материалов по итогам научно-практической конференции 4-6 апреля 2011 г. Часть 1, стр.118-120, рисунок 2, г. Королев Московской области, 2012 г.).
Резервированный усилитель мощности для бортовой аппаратуры командно-измерительных систем содержит разветвитель с несколькими входами, выходы которого соединены со входами двух маломощных усилителей, выходы которых соединены с двумя входами мощных усилителей с помощью устройства перекрестного резервирования, и три выхода, два из которых являются выходами мощных усилителей, при этом напряжение питания подается на каждый маломощный и мощный усилитель от отдельного источника вторичного электропитания.
К недостаткам известного технического решения можно отнести работу РУМ в режиме максимальной выходной мощности в течение всего САС. В случае отказа одного из УМ подключаются другие, т.е. в ориентированном режиме практически в течение всего САС РУМ потребляет и выдает на порядок большую мощность, чем требуется.
Раскрытие изобретения
Заявленное изобретение направлено на устранение данных недостатков.
Технический результат изобретения заключается в уменьшении массы и снижении энергопотребления на САС РУМ.
Технический результат достигается тем, что резервированный усилитель мощности бортовой аппаратуры командно-измерительной системы, содержащий разветвитель, n входов которого являются входами резервированного усилителя мощности, где n≥2, а каждый выход которого соединен с входом одного из двух маломощных усилителей, выходы которых соединены с входами двух мощных усилителей через устройство перекрестного резервирования, и три выхода резервированного усилителя мощности, два из которых являются выходами мощных усилителей, при этом каждый маломощный и каждый мощный усилитель подключены к своему источнику вторичного электропитания, каждый из которых включается внешней командой, отличающийся тем, что в качестве устройства перекрестного резервирования применен переключатель, содержащий два входа, которые коммутируются синхронно: либо первый его вход к первому его выходу, соединенному с входом одного мощного усилителя, а второй его вход ко второму выходу переключателя, являющемуся вторым выходом РУМ, либо первый вход ко второму его выходу, а второй вход к третьему выходу, соединенному с входом второго мощного усилителя.
На фиг.1 представлена структурная схема резервированного усилителя мощности для бортовой аппаратуры командно-измерительной системы, где:
1. Резервированный усилитель мощности для бортовой аппаратуры командно - измерительной системы (РУМ).
2. Разветвитель.
3. Первый маломощный усилитель (УМ1А).
4. Второй маломощный усилитель (УМ1Б).
5. Устройство перекрестного резервирования (ПК - переключатель).
6. Первый мощный усилитель (УМ2А).
7. Второй мощный усилитель (УМ2Б).
8. Первый источник вторичного электропитания (ИВЭП1А).
9. Второй источник вторичного электропитания (ИВЭП1Б).
10. Третий источник вторичного электропитания (ИВЭП2А).
11. Четвертый источник вторичного электропитания (ИВЭП2Б).
Устройство содержит три входа «Вх1РУМ», «Вх2РУМ», «Вх3РУМ», разветвитель с n входами и двумя выходами, где n≥2, два маломощных усилителя УМ1А и УМ1Б, устройство перекрестного резервирования в виде переключателя ПК, у которого входы «Вх1» и «Вх2» коммутируются синхронно либо «Вх1 - Вых1», «Вх2 - Вых2», либо «Вх1 - Вых2», «Вх2 - Вых3», два мощных усилителя УМ2А и УМ2Б. При этом «Вых1РУМ» является выходом УМ2А, «Вых3РУМ» является выходом УМ2Б, а «Вых2РУМ» - выходом «Вых2» ПК. Каждый из УМ1 и УМ2 запитывается от своего источника вторичного электропитания ИВЭП1А, ИВЭП1Б, ИВЭП2А, ИВЭП2Б, включаемыми внешними командами «УПР».
Осуществление изобретения
РУМ работает следующим образом. Сигнал поступает на один из входов «Вх1», «Вх2» или «Вх3» разветвителя, количество которых определяется степенью резервирования предшествующих РУМ устройств передающего тракта. В разветвителе происходит деление сигнала, поступающего на один из входов, на два равных по уровню мощности сигнала на выходах «Вых1» и «Вых2», которые поступают на вход «Вх» маломощного усилителя УМ1А и на вход «Вх» маломощного усилителя УМ1Б соответственно. С «Вых» УМ1А усиленный сигнал поступает на вход «Вх1» переключателя ПК, а с «Вых» УМ1Б усиленный сигнал поступает на вход «Вх2» переключателя ПК. Во время полета КА в неориентированном режиме напряжение источника вторичного электропитания ИВЭП1А и ИВЭП2А подается на УМ1А и на УМ2А, а ПК включен в положение «Вх1-Вых1» и «Вх2 - Вых2». При этом с «Вых1РУМ» снимается сигнал максимальной мощности, а на остальных выходах мощность отсутствует. В случае возникновения нештатной ситуации, например, отказа УМ1А или УМ2А, напряжение источника вторичного электропитания ИВЭП1Б и ИВЭП2Б по внешней команде подается на УМ1Б и на УМ2Б, а ПК переключается в положение «Вх1 - Вых2» и «Вх2 - Вых3». Сигнал максимальной мощности снимается с «Вых3РУМ».
В ориентированном режиме напряжение источника вторичного электропитания ИВЭП1А подается на УМ1А, а ПК включается в положение «Вх1 - Вых2» и «Вх2 - Вых3». Сигнал малой мощности поступает на «Вых2РУМ». При отказе УМ1А напряжение источника вторичного электропитания ИВЭП1Б подается на УМ1Б, а ПК переключается в положение «Вх1 - Вых1» и «Вх2 - Вых2». Сигнал малой мощности по-прежнему снимается с «Вых2РУМ».
Таким образом, в предложенном РУМ одновременно осуществляется раздельное резервирование мощных и маломощных усилителей и переключение выходной мощности РУМ для ориентированного и неориентированного режимов без потери КПД благодаря возможности отключения питания от неработающих усилителей. Это позволяет уменьшить энергопотребление на САС.
Отключение в ориентированном режиме мощных усилителей позволяет ограничиться их дублированием вместо троирования (в прототипе) и при этом сохранить приемлемую вероятность безотказной работы на САС до 15 лет. Это обеспечивает уменьшение массы РУМ и снижение стоимости.
В связи с небольшим сроком нахождения КА в неориентированном режиме для наиболее дорогостоящих узлов РУМ (мощных усилителей и их источников вторичного электропитания) не требуется электронная компонентная база наивысшего уровня качества, что существенно уменьшает стоимость РУМ.