Собственная температурная зависимость кремниевых фотопреобразователей лучистого потока при тепловакуумных испытаниях космических аппаратов

Контроль и испытания ракетно-космической техники

моды которых лежат в диапазоне выше 100 Гц. Ускорения на этих модах существенно превышают ускорения при испытаниях на вибростенде.

Отклик конструкции КА в диапазоне до 100 Гц, создаваемый приложенной в основании КА широкополосной случайной вибрацией, эквивалентен отклику на гармоническую вибрацию, а в диапазоне выше 100 Гц значительно меньше отклика, создаваемого акустическим давлением. Это позволяет не проводить испытания КА на широкополосную случайную вибрацию.

Таким образом, для приемочных испытаний КА наиболее предпочтительным является комбинированный режим нагружения: низкочастотная гармоническая вибрация и акустический шум.

Библиографические ссылки

1. Product verification requirements for launch, upper-stage and space vehicles. MIL-STD-1540D. 1999. 15 January. 308 p.

2. Space engineering. Testing. ECSS-E10-03A. 2002. 15.02. 170 p.

3. Calvi A. Spacecraft Loads Analysis. An Overview // ESA / ESTEC. 2011. November 21. 126 p.

4. Проект национального стандарта РФ ГОСТ Р «Нормы прочности автоматических космических аппаратов».

References

1. Product verification requirements for launch, upper-stage and space vehicles. MIL-STD-1540D, 15 January, 1999. 308 p.

2. Space engineering. Testing. ECSS-E10-03A, 15.02. 2002. 170 p.

3. Calvi A, Spacecraft Loads Analysis. An Overview. ESA / ESTEC, November 21, 2011. 126 p.

4. Draft national standard of the Russian Federation "Strength standard of automated spacecraft", 2013.

© Копытов В. И., Орлов С. А., 2015

УДК 681.7.069.2

СОБСТВЕННАЯ ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ КРЕМНИЕВЫХ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЛУЧИСТОГО ПОТОКА ПРИ ТЕПЛОВАКУУМНЫХ ИСПЫТАНИЯХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

С. А. Крат

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: *kratsv@iss-reshetnev.ru

Сформулирована проблема влияния собственной температурной зависимости кремниевых фотоэлектрических преобразователей на оценку освещенности в ходе тепловакуумных испытаний КА и предложен способ ее коррекции.

Ключевые слова: наземная экспериментальная отработка КА, тепловакуумные испытания, имитатор солнечного излучения, фотоэлектрические преобразователи.

INHERENT SILICON PHOTO-ELECTRIC CONVERTER TEMPERATURE DEPENDENCE UNDER SPACE VEHICLE THERMAL VACUUM TESTS

S. А. Krat

JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: *kratsv@iss-reshetnev.ru

This paper formulates a problem influencing silicon photo-electric converter inherent temperature dependence on illumination estimation under space vehicle thermal vacuum tests. Illumination estimation correction way is proposed.

Keywords: land experimental trying out, thermal vacuum tests, the sunlight simulator, photo-electric converters.

С производством негерметичных КА связано усовершенствование испытательной базы для наземной экспериментальной отработки и проводятся мероприятия по повышению точности условий космического пространства, воспроизводимых действующими имитационными установками и по повышению их КПД.

Одним из основных этапов наземной экспериментальной отработки КА считаются тепловакуумные испытания, которые проводятся в термобарокамерах, имитирующих условия реальной эксплуатации КА с применением специального испытательного оборудования, стендов и систем [1].

Решетнеескцие чтения. 2015

Наиболее важным имитируемым фактором космического пространства является электромагнитное излучение Солнца, которое воспроизводится по спектральному составу, интенсивности и неравномерности [2].

При тепловакуумной отработке контроль освещенности осуществляется с помощью датчиков, выполненных на базе кремниевых солнечных элементов (кремниевый фотоэлектрический преобразователь лучистого потока). В процессе испытаний такой датчик, как и испытуемый КА, подвергается воздействию облучения и разного уровня температур. Этот факт вызывает постепенную деградацию его свойств [3], и для получения достоверной информации об уровне освещенности КА необходим постоянный контроль его характеристик [4].

Установлено, что существует зависимость выходного напряжения кремниевых ФЭП от собственной температуры, что вносит погрешность в оценку освещенности. Так, по исследованиям, отклонения показаний ФЭП в температурном диапазоне от -50 до +50 оС, влекут за собой отклонения в оценке освещенности до 12 %. В данном случае для достоверной оценки освещенности необходимо либо поддерживать постоянную температуру на датчике ФЭП в течение всего цикла испытаний, либо определить температурную зависимость показаний с целью ее последующей коррекции.

В настоящей публикации представлен способ коррекции показаний датчика освещенности, основанный на аппроксимации экспериментальных данных с последующим сведением полученных зависимостей к трансцендентному уравнению.

В качестве экспериментальных данных использованы результаты измерения освещенности при подготовке имитатора солнечного излучения к тепловакуумным испытаниям.

Показания снимались в температурном диапазоне от -50 до +50 оС для установленных режимов 490, 600, 1 000 и 1 310 Вт/м2 по освещенности.

С помощью линейной аппроксимации методом наименьших квадратов получены уравнения вида Р'(0 = а-Г + Ь

- для зависимости показаний освещенности от температуры;

Д(0 = -а-Г + Ь2

- для зависимости отклонения показаний освещенности от реальных значений от температуры.

С помощью аппроксимации выявлены также зависимости коэффициента линейного увеличения а и коэффициента Ь полученных выше прямых от установленной освещенности. Для определения «реальной» освещенности Р использованы полученные выше соотношения, на базе которых составлено уравнение

Р = Р' + 1пРш(21,5-0 + и(21,5 - 0.

Это соотношение представляет искомое значение Р как в качестве слагаемого, так и в качестве аргумента логарифмической функции, следовательно, имеет трансцендентный характер [5] и решить его возможно только при помощи приближенных методов.

Из приближенных методов для решения предложен графический метод, который заключается в разложении уравнения на две части, в каждой из которых представ-

лено неизвестное только одного типа, и построении графиков для каждой из этих частей в интервале области определения неизвестного. Точка пересечения графиков и будет решением уравнения.

В данном случае имеем:

P - P' - n(21,5-t) = lnPm(21,5 - t); f1(P) = P - P' - n(21,5 - t); f2(P) = lnPm(21,5 - t).

Соответственно, для программной реализации этого метода достаточно организовать перебор возможных значений искомой переменной в ее области определения с требуемой точностью, при этом вычислять значения обеих функций и находить разность между ними. Минимальное значение разности будет соответствовать искомому значению переменной, т. е. реальному значению освещенности.

Библиографические ссылки

1. Крат С. А., Христич В. В. Тепловакуумная отработка КА: развитие современных тенденций // Вестник СибГАУ. 2010. № 4 (30).

2. Колесников А. В., Сербин В. И. Моделирование условий внешнего теплообмена космических аппаратов. ООО Информация - 21 век, 1997. 170 с.

3. Бариков М. Я. Фотоэлектрические и радиационные характеристики кремниевых солнечных элементов при повышенных освещенностях и температурах // Физика и техника полупроводников. 1997. Т. 31, № 5. С. 520-522.

4. Козлов А. В., Юрченко А. В., Пестунов Д. А. Влияние параметров атмосферы на энергетические характеристики кремниевой солнечной батареи // Оптика атмосферы и океана - 18. 2005. № 8. С. 731-734.

5. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М. : Наука, 1986.

References

1. Krat S. A., Hristich V. V. Teplovakuumnaya otrabotka KA: razvitie sovremennih tendencii [Space vehicles' thermal vacuum trying out: modern lines' devel-opment].Vestnik SibGAU. 2010. no. 4

2. Kolesnikov A. V., Serbin V. I. [Space vehicles' external heat exchange's conditions' modelling]. OOO Informacia - 21 vek. 1997. 170 p.

3. Barikov M. Ya. [Silicon solar elements' photoelectric and radiating characteristics at high lights and temperatures]. Fisika i tehnika poluprovodnikov. [Semiconductors' physics and technics]. 1997. vol. 31, no 5. p. 520-522.

4. Kozlov A. V., Yurshenko A. V., Pestunov D. A. Vliyanie parametrov atmosfery na energetisheskie harak-teristiki kremnievoi solneshnoi batarei [Atmosphere parametres' influence on the silicon solar battery's power characteristics]. Optika atmosfery i okeana 18 [atmosphere and ocean Optics 18]. 2005. no 8. p. 731-734.

5. Bronshtein I. N., Semendyaev K. A. Spravochnik po matematike dlya inzhenerov I uchashihsya vtusov [The directory on the mathematician for engineers and technical colleges' pupils] Moscow, Nauka Publ., 1986.

© Крат С. А., 2015