Развитие системы электропитания для малых космических аппаратов

Секция «Автоматика и электроника»

- организация автономного контура контроля и управления КА;

- информационно-логическое взаимодействие с внешним контуром управления и контроля КА.

В ходе проведения испытаний бортового комплекса управления решаются следующие задачи:

- Электрическая отработка аппаратуры БКУ и БКУ в целом с определением соответствия реальных характеристик обменных сигналов в комплексной схеме БКУ требованиям технических заданий (ТЗ);

- Отладка бортового программного обеспечения;

- Отработка логики функционирования и взаимодействия подсистем входящих в состав БКУ;

- Отработка комплексного функционирования БКУ.

Как результат испытаний подтверждается правильность технических решений, принятых при проектировании БКУ и выдается заключение о допуске БКУ к дальнейшим испытаниям.

Отработка БКУ на стенде 1.08БКУ обычно выявляет большое количество замечаний, устранение которых требует доработки аппаратуры, кабелей или ПО, что говорит об эффективности отработки.

В связи с моральным и техническим устареванием испытательного оборудования, ограниченными возможностями развития ПО на данных средствах, по-

явлением новых задач, а также с развитием испытательной техники был изготовлен стенд 1.08БКУ с использованием оборудования на основе УХ1-техно-логий.

Следует отметить, что эксплуатация нового стенда 1.08БКУ показала некоторые недостатки в заложенных решениях. Одним из самых главных является то, что при использовании УХ1-технологий для построения испытательных комплексов в случае возникновении необходимости разработки новых УХ1-приборов требуются большие финансовые затраты и большие сроки реализации доработки стенда.

Однако в целом, принятые технические решения по структуре испытательного комплекса, архитектуре аппаратных средств, по способу автоматизации испытаний и обработке результатов испытаний можно считать вполне успешными.

Кроме того, развитие данного комплекса позволит решать на стенде 1.08БКУ ряд перспективных задач вызванных усложнением интерфейсов в перспективных аппаратах ОАО «ИСС», требованиями по сокращению сроков проведения испытаний, а также появлением новых задач для данного этапа отработки БКУ.

© Есюнин В. В., 2011

УДК 621.311.61

А. В. Журавлёв, Р. В. Козлов Научный руководитель - М. В. Лукьяненко ОАО «Информационные спутниковые системы имени академика М. Ф. Решетнёва», Железногорск

РАЗВИТИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ДЛЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Описываются текущее состояние и тенденции развития систем электропитания для малых космических аппаратов, их достоинства и недостатки. Приводятся сравнительные характеристики различных типов фотопреобразователей и аккумуляторных батарей. Указываются пути повышения эффективности систем электропитания космических аппаратов с негерметичным приборным отсеком.

В настоящее время активно развивается рынок малых космических аппаратов (КА). Малая масса и относительно малая стоимость позволяет выводить на орбиту значительное количество таких КА и решать с их помощью широкий круг профильных задач. В частности, малые КА выполняют задачи дистанционного зондирования Земли, персональной связи, научные задачи и т. д. [1].

В целях повышения удельных энергетических и массо-габаритных характеристик малых КА в России и ОАО «Информационные спутниковые системы» в частности осуществляется переход к разработке КА с негерметичным приборным отсеком и использованием в СЭП трехкаскадных арсенид-галлиевых фотопреобразователей (ФП), литий-ионных аккумуляторных батарей и нового поколения автоматики СЭП. Для КА среднего и тяжелого класса этот переход практически завершен. Разработан КА «Глонасс-К», завершается разработка КА «АтоБ-5», «Те1кот» и других КА [2; 4].

В ОАО «ИСС» направление малых КА представлено такими изделиями как «Стрела», «Гонец» и др.

Эти КА разрабатываются по герметичной технологии (с герметичным приборным отсеком). В системе электропитания (СЭП) на таких КА традиционно используется никель-водородные аккумуляторные батареи (АБ), кремниевые батареи солнечные (БС) и стабилизатор напряжения питания. Для малых КА повышение значений удельных энергетических и массо-габаритных характеристик системы электропитания приводит к значительному возрастанию их эффективности, себестоимости, позволяет осуществлять запуск одновременно большего количества спутников или в качестве попутного груза

В табл. 1 приведены сравнительные характеристики параметров различных типов фотопреобразователей.

Очевидно, что трехкаскадные арсенид-галиевые ФП имеют почти вдвое более высокий КПД и удельно-массовые энергетические характеристики панелей.

В табл. 2 приведены сравнительные характеристики параметров различных типов аккумуляторных батарей.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

Таблица 1

Характеристики фотопреобразователей

Варианты панели КПД ФП, % Удельно-массовые характеристики панелей в начале САС

Удельная мощность, Вт/м2 Удельная масса, кг/м2 Вт/кг Тыс. руб./Вт

Планарный, Si 15 151 2,3 66 6.6

Планарный, GaAs отечественный 27 278 2,3 121 12.6

Таблица 2

Характеристики аккумуляторных батарей

Удельная энергоемкость (Вт-ч/кг) КПД (%) Пределы напряжения, В Среднее напряжение разряда, В

Ni-H2 60 70 1,0-1,7 1,2

Li-ion 125 96 2,5-4,1 3,5

Литий-ионная АБ имеет более чем в два раза высокую удельную энерговооруженность, пределы напряжения и среднее напряжение разряда.

Как видно из табл. 1 и 2 АБ и трехкаскадные арсе-нид-галиевые ФП обладают более высокими удельными характеристиками по сравнению с использующимися аналогами [3; 5]. В результате чего, можно уменьшить массу СЭП имеющую те же энергетические характеристики (выходная мощность БС и энергоемкость АБ) или при тех же размерах СЭП значительно увеличить энерговооруженность КА, добавив энергопотребляемое оборудование.

В рамках проведения работ по этому направлению в сегменте малых КА в ОАО «ИСС» был разработан и в мае 2008 г. запущен на орбиту малый КА негерметичного исполнения «Юбилейный». Запуск КА «Юбилейный» и трехлетняя летная эксплуатация подтвердили правильность выбранного направления развития систем электропитания сегмента малых КА.

Таким образом, разработка СЭП на базе современных технических решений для малых КА с негерметичным приборным отсеком с использованием литий-ионной АБ и трехкаскадных арсенид-галлиевых ФП является актуальной и перспективной.

Библиографические ссылки

1. Алфёров Ж. И., Андреев В. М., Румянцев В. Д. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики. URL: http://www.ioffe.rssi.ru/journals/ftp/ 2004/08/р937-948.рё^/Физика и техника полупроводников. 2004. Т. 38. Вып. 8. С. 937-948.

2. Достовалов А. Космический аппарат AMOS-5: новый контракт в рамках международного сотрудничества. «Информационные спутниковые системы». 2010. № 10. С. 11-13.

3. Ефимов В. П. Фотопреобразователи солнечного излучения нового поколения. Физическая инженерия поверхности. 2010. Т. 8. № 2. С. 11-13.

4. Звонарь В., Чеботарев В. Новое качество спутниковой навигации // Информационные спутниковые системы. 2010. № 11. С. 12-13.

5. Коренко А. Эффективные источники энергии // Информационные спутниковые системы. 2008. № 4. С. 12-13.

© Журавлёв А. В., Козлов Р. В., Лукьяненко М. В., 2011

УДК 621.314

А. Н. Зорин Научный руководитель - Н. Н. Горяшин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЫШАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ С РЕЖИМОМ КОММУТАЦИИ КЛЮЧЕВОГО ЭЛЕМЕНТА ПРИ НУЛЕВЫХ ЗНАЧЕНИЯХ ТОКА

Исследуется возможность оптимального выбора параметров элементов резонансного контура квазирезонансного преобразователя напряжения с переключением ключевых элементов при нулевых значениях тока с точки зрения минимума статических потерь.

Постоянное развитие мировой индустрии телекоммуникаций требует увеличения мощностей ретранслирующего оборудования, в которое входят космические спутниковые системы. Необходимость увеличения мощностей ставит задачу увеличения удельных энергетических характеристик систем элек-

троснабжения КА. Для увеличения удельной мощности импульсных преобразователей напряжения (ПН) необходимо увеличивать частоту преобразования, что в классических схемах ПН приводит к увеличению мощности потерь на переключение ключевых элементов (КЭ).