Hvordan lage en solsensor for en satellitt. Solcellepanel rotasjonssystem
Oppfinnelsen angår romteknologi og kan brukes på romfartøy til forskjellige formål. Det foreslåtte solcellepanelet består av ramme, bjelke og øvre og nedre ramme. Dørene er festet til rammen, bjelken og kroppen til romfartøyet ved hjelp av pyrolåser med paler og er forbundet med hverandre med klemmer. I dette tilfellet er det i tillegg installert et pyroelektrisk element i kroppen til hver pyrolås, som samvirker autonomt med pal, der et andre hull er laget for en ekstra akse. En lås er hengslet på den nedre rammen, den ene enden samvirker med en brakett som er stivt festet til den øvre rammen, og den andre enden med enden av den tilsvarende låsen. I den foreslåtte utformingen brukes pyromediet samtidig for å feste pakken med skodder til rammen og bjelken, samt rammen og bjelken til romfartøyets kropp. Som et resultat gjør oppfinnelsen det mulig å øke påliteligheten ved å åpne solcellepanelsjalusiene med omtrent 100 ganger. 11 syk.
Oppfinnelsen angår romteknologi og kan brukes på romfartøy til forskjellige formål. Et kjent solcellebatteri (SB) til romfartøyet utviklet av TsSKB Samara, tegninger 11f624 8700-0, hvis generelle visning er vist i fig. 1 prototype. I fig. Figur 2 viser et tverrsnitt av batteriet (seksjon AA). I fig. Figur 3 viser et tverrsnitt av pyrokjemikaliet (B-B). I fig. 4 viser et element for feste av ventilene, og fig. 5 av prototypen viser solbatteriet i arbeidsstilling (åpnet). På kroppen av romfartøyet 1 (fig. 1) er en drivenhet 2 stivt festet, til utgangsakselen som er festet en kraftramme 3. På romfartøyets kropp er det installert utstyr 4 (fig. 2), som , sammen med området under kåpa, bestemte konfigurasjonen av batteriet i oppbevart posisjon. På rammen 3 og bjelken 5 (fig. 1), ved hjelp av et hengslet parallellogram 6 (fig. 2), er nedre dører 7 og øvre dører 8 installert, festet på den ene siden med en lås 9 (fig. 4 av prototypen) , og på den andre siden forbundet med et hengsel 10, ramme 3 og bjelke 5 med pyrokjemikalier 11 fig. 1 er festet på romfartøyets kropp. Den pyroelektriske innretningen 11 er et hus 12, en pal 13, en torsjonsfjær 14, et pyroelement 15 (for eksempel en pyrobolt), som med sperren 13 presser rammen 3 og bjelken 5 (fig. 1) til romfartøyets kropp 1. I kroppen til den pyroelektriske innretningen 12 (fig. 3) og sperrehaken 13 har et hull 16 for hovedaksen 17. Ved bruk av pyroelementer 11 (fig. 2) av lignende utforming ved bruk av de samme pyroelementene 15 (fig. 3), de nedre dørene 7 (fig. 2) er festet til rammen 3 og bjelken 5 (fig. 1) ved seks kraftpunkter. På et av hengslene til parallellogrammet 6 (fig. 2) er en kam 18 (fig. 4) stivt montert, som hviler mot en fjærbelastet lås 9, som holder dørene 7 og 8 i låst stilling. Et nettstoff er strukket langs omkretsen av hver dør 7 og 8, på hvilke fotoelektriske omformere 19 er festet (fig. 5). Avsløringen av Sikkerhetsrådet skjer i følgende rekkefølge. Etter at hodekappen er frigjort, gis en kommando for å aktivere pyroelementene 15 (fig. 3) til den pyroelektriske innretningen 11. Langs separasjonsplanet rives pyroelementet 15. Sperren 13 roteres av en torsjonsfjær 14 i hullet 16 i forhold til hovedaksen 17. Forbindelsen mellom rammen 3, bjelken 5 (fig. 3) og romfartøyets 1 kropp (fig. 1) er brutt. Drev 2 flytter SB-panelet bort fra SC-huset 1 og stopper. En kommando gis for å utløse det pyroelektriske elementet 15 (fig. 3) til den pyroelektriske innretningen 11 (fig. 2). Forbindelsen mellom den nedre klaffen 7, rammen 3 og bjelken 5 (fig. 1) er brutt. Under påvirkning av torsjonsfjærer installert i G-aksene (fig. 2) hengslet parallellogram 6, klaffene 7 og 8 begynner planparallell bevegelse i aksene til det hengslede parallellogrammet 6. Kammen 18 (fig. 4), stivt festet til hengslet, ved en viss rotasjonsvinkel for klaffene 7 og 8 frigjør den fjærbelastede låsen 9, som beveger seg i aksial retning, låser opp rammen 8 i forhold til rammen 7. Rammen 8 roterer i forhold til hengslet 10, og rammen 7 fortsetter sin planparallelle bevegelse til den er festet på rammen 3 (fig. 1) og bjelken 5. Rammen 8 (fig. 4) er festet i hengslet 10 med rammen 7. Dermed åpnes og låses alle fire dører, og danner et enkelt flatt panel. Drive 2 (fig. 1) roterer panelet til optimal posisjon i forhold til solen. Ulempen med den beskrevne designen er den lave påliteligheten ved å åpne ventilene. Tilstedeværelsen av et stort antall pyroelementer reduserer sannsynligheten for feilfri drift av distribusjonssystemet. For å åpne ett SB-panel er det nødvendig å utløse 12 pyroelementer (pyrobolter).I henhold til de tekniske spesifikasjonene for dem, P-bolt = 0,99996, og for 12 P-systemer = 0,99996 12 = 0,99952 Dette betyr ca. 1 feil per 1000 Produkter. I tillegg er den aksiale bevegelsen til låsen når basishullene i forskjellige rammer forskyves på grunn av deres termiske deformasjoner, utsatt for å "bite", noe som fører til at rammene ikke åpnes. Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å øke påliteligheten ved å åpne sikkerhetslukene ved å introdusere dupliseringselementer. Problemet løses ved det faktum at i kroppen til hvert pyroelement (lås) er det i tillegg installert et pyroelement som samvirker med sperren, og en svingende lås er hengslet på den nedre rammen, den ene enden hviler stivt mot en brakett festet på den øvre rammen, og den andre samhandler med enden av låsen. I fig. 6 viser et generelt riss av SB; i fig. 7 - tverrsnitt av SB; i fig. 8 - element for å feste øvre og nedre ramme; i fig. Figur 9 viser en pyroanordning (lås) som fester den nedre SB-døren med ramme og bjelke til romfartøyets kropp; i fig. 10 viser posisjonen til arbeidsleddet etter aktivering av hovedpyroelementet (squib); i fig. 11 - posisjon av arbeidsleddet etter aktivering av det ekstra pyroelektriske elementet (squib). Solbatteriet er installert på kroppen 20 (fig. 6) av romfartøyet. En kraftramme 22 er stivt festet til drivverket 21. Utstyret, for eksempel en antenne 23, er plassert mellom rammen 22 og bjelken 24. På rammen 22 og bjelken 24 ved bruk av et hengslet parallellogram 25 (fig. 7) de nedre 26 og øvre 27 rammene er installert. Den nedre klaffen 26, forbundet med klaffen 27 med et fjærbelastet hengsel 28, presses mot legemet 20 (fig. 6) ved hjelp av ild 29 (fig. 9). Således presses pyromidlene 29 mot kroppen til romfartøyet 20 (fig. 6), klaffene 26 (fig. 7), rammen 22 (fig. 6) og bjelken 24. I kroppen 30 (fig. 7) 9) av hver pyro-innretning 29 er det et hull 31 for hovedaksen 32 og et pyroelement 33 (squib) er installert, som, i samvirke med aksen 32, fikserer spaken 34 i forhold til kroppen 30. Et ekstra pyroelement 35 (fig. 11) er installert i kroppen 30, samvirker med den ekstra aksen 36 (fig. 10) og fester spaken 34 med et hus 30 (fig. 9) og en pal 37. Dens egen akse 38 fester spaken 34 i forhold til pal 37 og sikrer deres leddrotasjon i forhold til tilleggsaksen 36 (fig. 10) i huset 30 (fig. 9), hvori et figurert spor 39 er laget. Fjærskyveren 40 hviler mot spaken 34, og sperren 37 samvirker med den spennede torsjonsfjæren 41. På rammen 26 (fig. 8) er det en lås 43 fjærbelastet i aksen 42, hvis ene ende hviler mot enden 44 av den fjærbelastede låsen 45 , holdt i arbeidsstillingskammen 46. Den andre enden av låsen 43 hindrer klaffen 27 fra å åpne seg. Arbeidet til romfartøyet utføres i følgende sekvens. Etter å ha droppet hodekappen, basert på romfartøyets funksjonelle oppgaver, fjernes antennen 23 (fig. 7) med sin drivenhet fra romfartøyets 20 kropp (fig. 6) fra SB-utplasseringssonen og festes i arbeidsstilling. Således frigjør antennen 23 (fig. 7) området for åpning av lukkerne 26 og 27 om bord på romfartøyet. Det har blitt mulig å bruke et pyroprodukt for: - å feste en pakke med rammer til rammen og bjelken og for deres påfølgende åpning; - feste rammen og bjelken til romfartøyets kropp og deres påfølgende separasjon. Ved å bruke ett pyroprodukt for å løse to problemer kan du redusere antallet, noe som øker påliteligheten til systemet. En kommando gis for å aktivere hovedpyroelementet 33 (fig. 9) til den pyroelektriske innretningen 29. Hovedaksen 32, som beveger seg i aksial retning, "synker" inn i huset 30. Spaken 34 er under kraften fra det komprimerte fjæren til skyveren 40 sammen med sperren 37 (fig. 10) og dens egen akse 38 roterer i forhold til tilleggsaksen 36. I dette tilfellet beveger aksen 38 seg i hulrommet til det figurerte sporet 39. Uten å analysere driften av den pyroelektriske enheten, sendes en kommando fra det pyroelektriske hovedelementet 33 etter 0,5-2 s til det pyroelektriske reserveelementet 35 (fig. 11). Under påvirkning av pulvergassene "synker" den ekstra aksen 36 (fig. 10), roteres sperren 37 i forhold til hovedaksen 32 av en torsjonsfjær 41. Dørene 26 og 27 (fig. 7), rammen 22 (fig. 6) og bjelken 24 frigjøres fra kroppen til romfartøyet 20, åpnet under påvirkning av torsjonsfjærer installert i aksene til hengselparallellogrammet 25 (fig. 7). Panelet flyttes av drivverket 21 til arbeidsstilling. Sperren 37 (fig. 10) stikker ikke utover "y"-planet og forhindrer ikke fjerning av SB-elementene fra romfartøyets kropp. Kammen 46 (fig. 8), stivt festet til hengslet, ved en viss rotasjonsvinkel frigjør låsen 45, som beveger seg i aksial retning, frigjør skaftet til låsen 43. Ved å rotere med en torsjonsfjær, frigjør låsen. 43 frigjør klaffen 57, som åpnes og låses. Under gjensidige bevegelser av ventilene på grunn av overbelastning og temperaturendringer, har enden 44 av låsen 45 evnen til å bevege seg langs firkanten. "I", som eliminerer manglende åpning av ventilene. På grunn av det faktum at to uavhengige mekanismer er installert i kroppen til den pyroelektriske enheten 30 (fig. 9), utløst av pyroelementer (squibs) 33 og 35 (fig. 11), øker driftssikkerheten til den pyroelektriske enheten og øker. til
Po = 0,999999
Og siden vi klarte å løse problemet med å feste og åpne rammene med 6 pyroteknikker (i stedet for 12), er påliteligheten av å åpne rammene
P-system = 0,999999 6 = 0,99999
Dette er omtrent 1 feil per 100 000 produkter. Innføringen av en hengslet lås på rammen forhindrer fastklemming av låsen (selv med temperaturbevegelser av rammen i forhold til hverandre). Den foreslåtte tekniske løsningen gjør det mulig å øke påliteligheten til SB-klaffåpningssystemet med omtrent 100 ganger.
Krav
Solbatteri til et romfartøy, bestående av en ramme, en bjelke, øvre og nedre vinger, sammenkoblet i par med klemmer og installert på rammen og strålen, som er festet til romfartøyets kropp ved hjelp av en pyroanordning med en pal som roterer om aksen i et hull laget i kroppen til pyro-anordningen, karakterisert ved at et pyroelement i tillegg er installert i pyroelementets kropp, som samvirker med pal, og en fjærbelastet lås er hengslet på den nedre klaffen , støter den ene enden mot en brakett som er stivt festet til den øvre klaffen, og den andre samvirker med enden av låsen.
Den romerske filosofen Seneca sa: «Hvis en person ikke vet hvor han seiler, er det ingen gunstig vind for ham.» Faktisk, hvilken nytte har det for oss hvis vi ikke vet posisjonen til enheten i verdensrommet? Denne historien handler om enheter som lar oss ikke gå oss vill i verdensrommet.
Teknologiske fremskritt har gjort holdningskontrollsystemer små, billige og tilgjengelige. Nå kan til og med en studentmikrosatelitt skryte av et orienteringssystem som pionerene innen astronautikk bare kunne drømme om. Begrensede muligheter ga opphav til geniale løsninger.
Asymmetrisk svar: ingen orientering
De første satellittene og til og med interplanetære stasjoner fløy uorientert. Dataoverføring til Jorden ble utført via en radiokanal, og flere antenner, slik at satellitten kunne være i kontakt med alle posisjoner og eventuelle fall, veide mye mindre enn holdningskontrollsystemet. Selv de første interplanetariske stasjonene fløy uorientert:
Luna 2, den første stasjonen som nådde månens overflate. Fire antenner på sidene gir kommunikasjon i alle posisjoner i forhold til jorden
Selv i dag er det noen ganger lettere å dekke hele overflaten av en satellitt med solcellepaneler og installere flere antenner enn å lage et holdningskontrollsystem. Dessuten krever noen oppgaver ikke orientering - for eksempel kan kosmiske stråler oppdages i hvilken som helst posisjon av satellitten.
Fordeler:
- Maksimal enkelhet og pålitelighet. Et manglende orienteringssystem kan ikke svikte.
- Foreløpig egnet hovedsakelig for mikrosatellitter som løser relativt enkle problemer. "Seriøse" satellitter kan ikke lenger klare seg uten et holdningskontrollsystem.
Solsensor
På midten av 1900-tallet var fotoceller blitt en kjent og mestret ting, så det er ikke overraskende at de gikk ut i verdensrommet. Solen ble et åpenbart fyrtårn for slike sensorer. Det sterke lyset falt på det lysfølsomme elementet og gjorde det mulig å bestemme retningen:
Ulike driftsordninger for moderne solsensorer, nederst er det en lysfølsom matrise
Et annet designalternativ, her er matrisen buet
Moderne solsensorer
Fordeler:
- Enkelhet.
- Rimelighet.
- Jo høyere bane, jo mindre er skyggeområdet, og jo lenger kan sensoren operere.
- Nøyaktigheten er omtrent ett bueminutt.
- Ikke arbeid i skyggen av jorden eller andre himmellegemer.
- Kan være utsatt for forstyrrelser fra jorden, månen osv.
Vostok-romfartøyet brukte smart en solsensor - aksen på solen ble brukt når man konstruerte orienteringen for å bremse skipet. Solsensorer var også etterspurt på interplanetære stasjoner, fordi mange andre typer sensorer ikke kan operere utenfor jordens bane.
På grunn av deres enkelhet og lave kostnader, er solsensorer nå svært vanlige innen romteknologi.
Infrarød vertikal
Kjøretøy som flyr i jordbane må ofte bestemme den lokale vertikalen - retningen mot jordens sentrum. Synlige fotoceller er lite egnet for dette - på nattsiden er jorden mye mindre opplyst. Men heldigvis, i det infrarøde området, skinner den varme jorden nesten likt på dag- og natthalvkulene. I lave baner bestemmer sensorer posisjonen til horisonten; i høye baner skanner de rommet på jakt etter jordens varme sirkel.Strukturelt sett inneholder infrarøde vertikale plottere som regel et system med speil eller et skanningsspeil:
Infrarød vertikal montering med svinghjul. Enheten er designet for presis orientering mot jorden for geostasjonære satellitter. Skannespeilet er godt synlig
Et eksempel på synsfeltet til den infrarøde vertikalen. Svart sirkel - Jorden
Innenlandske infrarøde vertikaler produsert av JSC "VNIEM"
Fordeler:
- I stand til å bygge en lokal vertikal i hvilken som helst del av banen.
- Generelt høy pålitelighet.
- God nøyaktighet -
- Orientering kun på én akse.
- For lave baner er visse design nødvendig, for høye baner, andre.
- Relativt store dimensjoner og vekt.
- Bare for jordbane.
Soyuz-skipet. Dupliserte SCI-sensorer er vist med piler
Gyroorbitant
For å gi en bremseimpuls, er det nødvendig å kjenne retningen til banehastighetsvektoren. Solsensoren vil gi riktig akse omtrent en gang om dagen. Dette er normalt for astronautflyvninger; i nødstilfeller kan en person manuelt orientere skipet. Men Vostok-skipene hadde "tvillingbrødre", Zenit-rekognoseringssatellittene, som også trengte å gi en bremseimpuls for å returnere den fangede filmen fra bane. Begrensningene til solsensoren var uakseptable, så noe nytt måtte oppfinnes. Denne løsningen var gyrobitanten. Når den infrarøde vertikalen fungerer, roterer skipet fordi aksen til jorden hele tiden dreier seg. Orbitalbevegelsesretningen er kjent, så ved retningen som skipet svinger, kan dets posisjon bestemmes:
For eksempel, hvis skipet hele tiden ruller til høyre, så flyr vi høyre side fremover. Og hvis skipet flyr hekken fremover, vil det hele tiden heve nesen opp. Ved hjelp av et gyroskop, som har en tendens til å opprettholde sin posisjon, kan denne rotasjonen bestemmes:
Jo mer pilen avbøyes, jo mer uttalt blir rotasjonen langs denne aksen. Tre slike rammer lar deg måle rotasjon langs tre akser og snu skipet deretter.
Gyroorbitanter ble mye brukt på 60-80-tallet, men er nå utdødd. Enkle vinkelhastighetssensorer gjorde det mulig å effektivt måle kjøretøyets rotasjon, og datamaskinen om bord kunne enkelt bestemme posisjonen til skipet ut fra disse dataene.
Ionesensor
Det var en fin idé å supplere den infrarøde vertikalen med en ionesensor. I lave jordbaner er det atmosfæriske molekyler som kan være ioner - som bærer en elektrisk ladning. Ved å installere sensorer som registrerer strømmen av ioner, kan du bestemme hvilken side skipet flyr fremover i bane - der vil strømmen være maksimal:
Vitenskapelig utstyr for å måle konsentrasjonen av positive ioner
Ionesensoren fungerte raskere - det tok nesten en hel bane å bygge en orientering med en gyroorbitant, og ionesensoren var i stand til å bygge en orientering på ~10 minutter. Dessverre, i området i Sør-Amerika er det en såkalt "ionbrønn", som gjør driften av ionesensoren ustabil. I henhold til slemhetsloven er det i området i Sør-Amerika at våre skip må fokusere på å bremse for landing i Baikonur-området. Ionesensorer ble installert på den første Soyuz, men de ble forlatt snart nok, og nå brukes de ikke noe sted.
Stjernesensor
En akse på solen er ofte ikke nok. For navigering kan det hende du trenger et annet lyst objekt, hvis retning, sammen med aksen til solen, vil gi ønsket orientering. Stjernen Canopus ble et slikt objekt - det er den nest lyseste på himmelen og ligger langt fra solen. Det første romfartøyet som brukte en stjerne for orientering var Mariner 4, som ble skutt opp til Mars i 1964. Ideen viste seg å være vellykket, selv om stjernesensoren drakk mye av MCCs blod - da den konstruerte orienteringen, var den rettet mot feil stjerner, og det var nødvendig å "hoppe" over stjernene i flere dager. Etter at sensoren endelig siktet mot Canopus, begynte den å miste den hele tiden - rusk som flyr ved siden av sonden, blinket noen ganger sterkt og startet stjernesøkealgoritmen på nytt.De første stjernesensorene var fotoceller med et lite synsfelt som kunne rettes mot kun én lyssterk stjerne. Til tross for deres begrensede muligheter, ble de aktivt brukt på interplanetære stasjoner. Nå har teknologiske fremskritt faktisk skapt en ny klasse enheter. Moderne stjernesensorer bruker en matrise av fotoceller, jobber sammen med en datamaskin med en katalog over stjerner, og bestemmer orienteringen til enheten basert på de stjernene som er synlige i deres synsfelt. Slike sensorer krever ikke foreløpig konstruksjon av en grov orientering av andre enheter og er i stand til å bestemme posisjonen til enheten uavhengig av området på himmelen de sendes til.
Typiske stjernesporere
Jo større synsfelt, jo lettere er det å navigere
Illustrasjon av sensoroperasjonen - synsretningen beregnes basert på de relative posisjonene til stjernene i henhold til katalogdataene
Fordeler:
- Maksimal nøyaktighet, kan være mindre enn et buesekund.
- Trenger ikke andre enheter, kan bestemme den nøyaktige posisjonen uavhengig.
- Arbeid i alle baner.
- Høy pris.
- De fungerer ikke når enheten roteres raskt.
- Følsom for lys og forstyrrelser.
Magnetometer
En relativt ny retning er konstruksjonen av orientering i henhold til jordens magnetfelt. Magnetometre for måling av magnetfeltet ble ofte installert på interplanetære stasjoner, men ble ikke brukt til å plotte orientering.
Jordens magnetfelt lar deg bygge orientering langs alle tre aksene
"Vitenskapelig" magnetometer til Pioneer-10- og -11-probene
Det første digitale magnetometeret. Denne modellen dukket opp på Mir-stasjonen i 1998 og ble brukt i Philae-landeren til Rosetta-sonden.
Fordeler:
- Enkelhet, billighet, pålitelighet, kompakthet.
- Gjennomsnittlig nøyaktighet, fra bueminutter til flere buesekunder.
- Du kan bygge orientering langs alle tre aksene.
- Med forbehold om forstyrrelser, inkludert og fra romfartøysutstyr.
- Fungerer ikke over 10 000 km fra jorden.
Gyrostabilisert plattform
Historisk sett fløy romfartøy ofte uorientert eller i solspinmodus. Bare i området for oppdragsmålet satte de på aktive systemer, bygde orientering langs tre akser og fullførte oppgaven. Men hva om vi trenger å opprettholde frivillig orientering i lang tid? I dette tilfellet må vi "huske" gjeldende posisjon og registrere våre svinger og manøvrer. Og for dette har ikke menneskeheten kommet opp med noe bedre enn gyroskoper (måle rotasjonsvinkler) og akselerometre (måle lineære akselerasjoner).Gyroskoper
Egenskapen til et gyroskop til å strebe etter å opprettholde sin posisjon i rommet er viden kjent:
I utgangspunktet var gyroskoper bare mekaniske. Men teknologisk fremgang har ført til fremveksten av mange andre typer.
Optiske gyroskoper. Optiske gyroskoper - laser og fiberoptikk - kjennetegnes ved svært høy nøyaktighet og fravær av bevegelige deler. I dette tilfellet brukes Sagnac-effekten - en faseforskyvning av bølger i et roterende ringinterferometer.
Lasergyroskop
Solid State Wave Gyroscopes. I dette tilfellet måles presesjonen til en stående bølge av et resonerende faststoff. De inneholder ingen bevegelige deler og er svært nøyaktige.
Vibrasjonsgyroskop. De bruker Coriolis-effekten for drift - vibrasjoner av en del av gyroskopet når du svinger, avleder den følsomme delen:
Vibrasjonsgyroskop er produsert i MEMS-versjonen, de er rimelige og svært små i størrelse med relativt god nøyaktighet. Det er disse gyroskopene som finnes i telefoner, quadcoptre og lignende utstyr. Et MEMS-gyroskop kan også operere i verdensrommet, og de er installert på mikrosatellitter.
Størrelsen og nøyaktigheten til gyroskoper er tydelig:
Akselerometre
Strukturelt er akselerometre skalaer - en fast belastning endrer vekten sin under påvirkning av akselerasjoner, og sensoren konverterer denne vekten til en akselerasjonsverdi. Nå har akselerometre, i tillegg til store og dyre versjoner, fått MEMS-analoger:
Et eksempel på et "stort" akselerometer
Mikrofotografi av et MEMS-akselerometer
Kombinasjonen av tre akselerometre og tre gyroskop lar deg registrere rotasjon og akselerasjon i alle tre aksene. En slik enhet kalles en gyrostabilisert plattform. Ved begynnelsen av astronautikken var de bare mulige på en gimbal og var veldig komplekse og dyre.
Apollo gyrostabilisert plattform. Den blå sylinderen i forgrunnen er et gyroskop. Video om plattformtesting
Toppen av mekaniske systemer var kortløse systemer, da plattformen hang ubevegelig i gassstrømmer. Det var høyteknologisk, resultatet av arbeidet til store team, veldig dyre og hemmelige enheter.
Kulen i midten er en gyrostabilisert plattform. Peacekeeper ICBM veiledningssystem
Vel, nå har utviklingen av elektronikk ført til at en plattform med presisjon egnet for enkle satellitter passer i håndflaten din, den utvikles av studenter, og til og med kildekoden publiseres.
MARG-plattformer har blitt en interessant innovasjon. I dem er data fra gyroskoper og akselerometre supplert med magnetiske sensorer, som gjør det mulig å korrigere den akkumulerende feilen til gyroskopene. MARG-sensoren er sannsynligvis det mest passende alternativet for mikrosatelitter - den er liten, enkel, billig, har ingen bevegelige deler, bruker lite strøm og gir treakseorientering med feilretting.
I "seriøse" systemer brukes stjernesensorer vanligvis for å korrigere orienteringsfeil på en gyrostabilisert plattform.
Eiere av patent RU 2322373:
Oppfinnelsen gjelder strømforsyning av romfartøy (SC) ved bruk av solcellepaneler (SB). Den foreslåtte metoden innebærer å rotere solcellepanelene til en arbeidsstilling som tilsvarer normalen til deres opplyste overflate med planet som dannes av solcellepanelenes rotasjonsakse og retningen til solen. Samtidig måles flukstetthetene til elektromagnetisk solstråling og høyenergipartikler, og bestemmer øyeblikkene for begynnelsen av solaktiviteten og ankomsten av disse partiklene på overflaten av romfartøyet. I tillegg bestemmes øyeblikkene for opptreden av forløpere for den negative påvirkningen av strømmene av disse partiklene på romfartøyet. I disse øyeblikkene lades romfartøyets innebygde batterier til maksimalt nivå. Når partikkelflukstettheter overstiger terskelverdiene, utplasseres solcellepaneler i en vinkel mellom den spesifiserte normalen og retningen til solen, tilsvarende minimumsområdet for påvirkning av partikkelflukser på overflaten av solcellepaneler. Mangelen på elektrisitet om bord i romfartøyet dekkes ved utlading av batteriene. Når minimum tillatt ladenivå for disse batteriene er nådd, kobles de fra belastningen. Etter at innvirkningen av partikler på romfartøyet er avsluttet, settes SB-panelene tilbake til arbeidsposisjonen. Det foreslåtte kontrollsystemet inkluderer de nødvendige blokkene og forbindelsene mellom dem for å utføre operasjonene beskrevet ovenfor. Dessuten inkluderer den en blokk for å bestemme den nødvendige strømmen fra solsystemet, en blokk for å bestemme øyeblikkene for utseendet til varsler om den negative påvirkningen av høyenergipartikler på romfartøyet, og en blokk for å stille inn det tillatte ladningsnivået for batteriene. Det tekniske resultatet av oppfinnelsene er å svekke den negative virkningen av høyenergipartikkelstrømmer på arbeidsflaten til solcellepanelet ved å maksimere vinkelen til den "beskyttende" svingen til solpanelet fra retningen til disse strømningene fra solen. 2 n.p. fly, 1 ill.
Oppfinnelsen angår feltet romteknologi, nemlig strømforsyningssystemer (SES) til romfartøyer (SC), og kan brukes til å kontrollere posisjonen til deres solcellepaneler (SB).
Det er en kjent metode for å kontrollere plasseringen av SB-paneler, tatt i bruk som en analog (se s. 190-194). Essensen av metoden er som følger. SB-panelene er orientert på en slik måte at vinkelen mellom normalen til deres opplyste arbeidsflate og retningen mot solen er en minimumsverdi, som sikrer maksimal strøm av elektrisitet fra SB.
For å sikre høy effektivitet av solsystemet, er de fleste romfartøyer utstyrt med et system for deres automatiske orientering mot solen. Et slikt system inkluderer solsensorer, logiske konverteringsenheter og elektriske stasjoner som styrer posisjonen til solsystemet.
Ulempen med denne metoden og romfartøyets SB-posisjonskontrollsystem er at deres handlinger ikke gir beskyttelse mot den negative påvirkningen av miljøfaktorer (EFF) på arbeidsflatene til SB-panelene, som for eksempel beskyttelse mot gasser som slipper ut fra opererer jetmotorer (RE). ) romfartøy (se, s. 311-312; , s. 2-27), og flukser av protoner og elektroner med høy energi av kosmiske stråler av elektromagnetisk solstråling (EMR) i perioder med høy solenergi aktivitet (se, s. 323; , s. .31, 33).
Den nærmeste analogen, tatt i bruk som en prototype, er metoden for å kontrollere posisjonen til satellittsatellitten, beskrevet i. Essensen av metoden er som følger.
SB-panelene roteres til en arbeidsposisjon som sikrer at romfartøyet blir forsynt med elektrisitet, tilsvarende justeringen av normalen til dens opplyste arbeidsflate med planet som dannes av rotasjonsaksen til SB-panelene og retningen til solen. Deretter bestemmes tidspunktet for begynnelsen av den negative virkningen av FVS på arbeidsflaten til SB, og SB-panelene roteres til tidspunktet da virkningen av de spesifiserte faktorene begynner og SB-panelene returneres til deres arbeidsstilling etter slutten av den angitte støtet. For å gjøre dette måles tettheten til strømstrømmen av elektromagnetisk solstråling, og basert på de målte verdiene bestemmes tidspunktet for begynnelsen av solaktiviteten, og tidspunktet når partikler når høye energinivåer på overflaten til romfartøyet bestemmes. På et spesifisert tidspunkt måles flukstettheten til høyenergipartikler - protoner og elektroner - og de målte verdiene sammenlignes med terskelverdier. Hvis de målte verdiene overstiger terskelverdiene for proton- og elektronflukser, roteres solcellepanelene i vinkelen mellom normalen til deres opplyste arbeidsflate og retningen til solen α s_min, tilsvarende minimumsarealet på påvirkning av høyenergipartikkelstrømmer på solpaneloverflaten, bestemt av forholdet:
α s min =arccos(I n /I m),
hvor I n - laststrøm fra romfartøysforbrukere;
I m - maksimal strøm generert når den opplyste arbeidsflaten til solcellepanelene er orientert vinkelrett på solens stråler,
i dette tilfellet tas det øyeblikket når de målte verdiene overstiger den øvre terskelverdien for flukstettheten til de spesifiserte høyenergipartiklene som tidspunktet når SB-panelene begynner å snu, og tidspunktet i tid når flukstettheten til høyenergipartikler blir lavere enn den øvre terskelen tas som tidspunktet når SB-panelene begynner å gå tilbake til arbeidsposisjonsterskelverdien.
SB-er i ISS SES-systemet er hovedkildene til elektrisitet og sikrer driften til forbrukerne ombord, inkludert opplading av batterier (AB), som er sekundære kilder til elektrisitet om bord på ISS (se). Ved å snu SB reduseres skadeområdet på arbeidsflatene til SB av FVS-strømmen. Det er ikke mulig å utplassere SB-panelene helt langs den skadelige FWS-strømmen, fordi det er nødvendig å forsyne romfartøyet og dets batterier med elektrisitet generert av solenergisystemet, - basert på dette reduseres området som påvirkes av solenergipanelene av strømmen av høyenergipartikler til et minimum ved å skru solenergien system i en vinkel α s min, nødvendig og tilstrekkelig til å gi ombord forbrukere energi.
Basert på den nødvendige tilstrekkeligheten, for driften av romfartøyets innebygde systemer, bør belastningen fra forbrukerne I n ikke overstige gjeldende strøm I. Siden strømstrømmen I fra SB bestemmes av uttrykket (se, s. 109)
hvor I m er den maksimale strømmen som genereres når den opplyste arbeidsflaten til solcellepaneler er orientert vinkelrett på solens stråler;
α er strømvinkelen mellom normalen til solsystemets arbeidsflate og retningen til solen,
da bør den nåværende vinkelen α ikke overstige verdien α s min, beregnet med formelen:
SB-posisjonskontrollsystemet for implementering av denne metoden, tatt i bruk som en prototype, er beskrevet i og inneholder en SB, på det stive underlaget som det er fire fotovoltaiske batterier (BF 1, BF 2, BF 3, BF 4), en SB rotasjonsenhet (UPSB); forsterkning-konverterende enhet (ACD); kontrollenhet for SB-orientering mot solen (BUOSBS); blokk for å snu SB til en gitt posisjon (BRSBZP); to strømregulatorer (PT 1, PT 2), AB-enhet (BAB); lader for batteri (ZRU AB); enhet for å generere kommandoer for batterilading (BFKZ AB); laststrømsensor (LCS); strømforsyningssystem kontrollenhet (BUSSER); strømforsyning buss (SE); enhet for måling av tettheten til den nåværende solenergi-EMR-fluksen (BIPEMI); Solar Activity Detection Unit (BOSA); blokk for å bestemme øyeblikket for innvirkning av partikler på romfartøyet (BOMVVCH); enhet for måling av tettheten til høyenergipartikkelflukser (HIPPCHVE); blokk for å bestemme tidspunktet for start av SB-kontroll basert på belastningsstrømmer (BOMVUSBTNZ); SB styreenhet for laststrøm (BUSBTNZ). I dette tilfellet er SB, gjennom sin første utgang, som kombinerer utgangene til BF 1 og BF 4, koblet til den første inngangen til UPSB, og gjennom den andre utgangen, som kombinerer utgangene til BF 2 og BF 3, koblet til til den andre inngangen til UPSB. Utgangene til BUOSBS og BRSBZP er henholdsvis koblet til den første og andre inngangen til UPU, hvis utgang igjen er koblet til den tredje inngangen til UPSB. Den første og andre utgangen til UPSB er koblet til henholdsvis inngangene PT 1 og PT 2, og utgangene PT 1 og PT 2 er koblet til SE. BAB er koblet til ShE ved sin inngang gjennom AB lukket bryterutstyr. I dette tilfellet er AB-koblingsutstyret koblet med sin første inngang til den spesifiserte bussen, og ulykkesutgangen er koblet til den andre inngangen til AB-koblingsanlegget, hvis inngang igjen er koblet til ShE. BAB med sin utgang er koblet til den første inngangen til BFKZ AB, og den første utgangen til BUSENE er koblet til den andre inngangen til den spesifiserte blokken. Utgangen til BFKZ AB er koblet til den tredje inngangen til ZRU AB. Den andre og tredje utgangen til BUSENE er henholdsvis koblet til de første inngangene til BUOSBS og BRSBZP. Den tredje utgangen til UPSB er koblet til de andre inngangene til BUOSBS og BRSBZP. BIPEMI-utgangen er koblet til BOSA-inngangen, hvor den første utgangen i sin tur er koblet til BOMVVCH-inngangen. Utgangene til BOMVVCH og BIPPChVE er koblet til henholdsvis den første og andre inngangen til BOMVUSBTNZ-blokken, og inngangen til BIPPCHVE er koblet til den andre utgangen til BOSA. Utgangen til BOMVUSBTNZ er koblet til inngangen til BUSES. BUSES med sin fjerde utgang er koblet til den første inngangen til BUSBTNZ, og den andre utgangen til DTN er koblet til den andre inngangen til BUSBTNZ. Utgangen til BUSBTNZ er koblet til den tredje inngangen til UPU. I tillegg er den tredje utgangen til UPSB koblet til den tredje inngangen til BUSBTNZ.
I romfartøyets strømforsyningsmodus fungerer systemet som følger.
UPSB tjener for transittoverføring av elektrisitet fra SB til PT 1 og PT 2. Spenningsstabilisering på SES-strømforsyningsbussen utføres av en av RT-ene. Samtidig er den andre RT i en tilstand med strømtransistorer lukket. I dette tilfellet fungerer SB-generatorer i kortslutningsmodus. Når belastningseffekten blir større enn tilkoblingseffekten til solenergigeneratorene, skifter en annen RT til spenningsstabiliseringsmodus, og energien til de ubrukte generatorene tilføres strømforsyningsbussen til solkraftverket. I visse perioder, når lastkraften kan overstige batteriets effekt, kompenserer batterikoblingsutstyret, på grunn av utladingen av batterienheten, for mangelen på elektrisitet om bord i romfartøyet. For disse formålene fungerer batteriutladningsregulatoren som en batteriutladningsregulator.
I tillegg til den spesifiserte regulatoren inneholder batteriladeren også en batteriladeregulator. Laderegulatoren begrenser ladestrømmen til batteriet på nivået (I cl ±1)A, der Icl er den nominelle ladestrømmen, i tilfelle overskudd av batteriet og stabiliserer spenningen på SES-bussen ved å regulere ladestrømmen til batteriet når strømmen til batteriet er utilstrekkelig til å gi strøm til batteriets ladestrøm (I nc ±1)A. For å utføre de spesifiserte lade-utladingssyklusene i batterikoblingsanlegget, brukes informasjon fra DTN. Samtidig er DVT koblet til SES-en på en slik måte at den måler laststrømmen ikke bare fra forbrukere om bord, men også tar hensyn til batteriets ladestrøm. Ladingen av BAB utføres av ZRU AB gjennom BFKZ AB.
Samtidig med drift i romfartøyets strømforsyningsmodus, løser systemet problemet med å kontrollere plasseringen av planene til solcellepanelene.
På kommando fra BUSENE kontrollerer BUSBS-blokken solsystemets orientering mot solen. BUOSBS kan implementeres på grunnlag av bevegelses- og navigasjonskontrollsystemet (VCS) til romfartøyet (se). I dette tilfellet er inngangsinformasjonen for satellittkontrollalgoritmen: posisjonen til enhetsretningsvektoren til solen i forhold til koordinataksene knyttet til romfartøyet, bestemt av algoritmene til den kinematiske konturen til fartøyet; SB-posisjonen i forhold til romfartøyets kropp, oppnådd i form av nåværende målte verdier av vinkelen α fra vinkelsensorer (AS) installert på UPSB. I dette tilfellet måles verdien av α alltid fra gjeldende normal til arbeidsflaten til SB (dvs. når SB er orientert mot solen, er α minimal). Utgangsinformasjonen til kontrollalgoritmen er kommandoer for å rotere SB i forhold til aksen til utgangsakselen til UPSB og kommandoer for å stoppe rotasjon. UPSB-fjernkontroller gir diskrete signaler om posisjonen til sikkerhetssystemet. Den diskrete størrelsen bestemmer nøyaktigheten av orienteringen til satellitten.
I normal modus for romfartøyorientering, når retningen til solens bevegelse i forhold til de tilkoblede aksene til romfartøyet er uendret, settes SB i forhold til retningen til solen med en fremgang i retningen av solens bevegelse med en vinkel tilsvarende flere diskreter av fjernkontrollen. Deretter forblir batteriet i denne posisjonen til solen, på grunn av romfartøyets bevegelse i bane, "beveger seg fremover" i forhold til SB i passende vinkel. Etter dette fortsetter rotasjonssyklusen.
BRSBZP styrer SB ved hjelp av BUSSER i henhold til programinnstillinger. SB-kontrollalgoritmen basert på programvareinnstillinger lar deg installere batteriet i en hvilken som helst spesifisert posisjon. For å gjøre dette sendes det først et signal til BUOSBS om å sette SB til sin opprinnelige posisjon. Deretter, ved å bruke BUSBZP, utføres den nødvendige svingen gjennom vinkelen α z. Samtidig, for å kontrollere rotasjonsvinkelen i BRSBZP, brukes også informasjon fra UPSB-fjernkontrollen.
UPU spiller rollen som et grensesnitt mellom BUOSBS, BRSBZP, BUSBTNZ og UPSB.
BIPEMI måler kontinuerlig strømstrømmene av elektromagnetisk solstråling (EMR) i henhold til solaktivitetsindeksen F10.7 og overfører dem til BOSA. I BOSA, ved å sammenligne gjeldende verdier med spesifiserte terskelverdier, bestemmes begynnelsen av solaktiviteten. I henhold til kommandoen som kommer fra den første utgangen av BOSA til inngangen til BOMVHF, bestemmes i den indikerte siste blokken tidspunktet for den mulige begynnelsen av innvirkningen av høyenergipartikler på romfartøyet. Fra den andre utgangen til BOSA gjennom inngangen til BIPPCHVE, utstedes en kommando for å begynne å måle flukstettheten til høyenergipartikler. Informasjon om tidspunktet for mulig start av innvirkningen av partikler på romfartøyet overføres fra utgangen til BOMVVCH til BOMVUSBTNZ gjennom dens første inngang. Den målte verdien av flukstettheten til høyenergipartikler fra BIPPCHVE overføres til den andre inngangen til BOMVUSBTNZ.
I BOMVUSBTNZ utføres selve vurderingen av den negative påvirkningen av FVS ved å sammenligne gjeldende målte verdi av påvirkningskarakteristikken med terskelverdier, med utgangspunkt i tidspunktet bestemt av BOMVUSBTNZ. En nødvendig betingelse for å motta en kommando ved BOMVUSBTNZ-utgangen er tilstedeværelsen av to signaler - fra BOMVVCH- og BIPPCHVE-utgangene. Ved utgangen til BOMVUSBTNZ genereres kommandoen "start kontroll av strømforsyningen basert på belastningsstrømmer", som sendes til BUSENE.
Når BOMVUSBTNZ utsteder en kommando til BUSES, har kommandoen mottatt fra BOMVUSBTNZ høyere prioritet enn kommandoene for å aktivere BUOSBS og BRSBZP. Derfor, etter å ha mottatt den spesifiserte kommandoen, kobler BUSES lavere prioritetsblokker fra UPSB-kontroll og kobler til BUSBTNZ.
Etter at kommandoen fra BOMVUSBTNZ er tilbakestilt til null ved BUSES-inngangen, gjenoppbygger sistnevnte logikken for operasjonen. Avhengig av romfartøyets flygeprogram som utføres, er prioritet for SB-kontroll gitt til en av BUOSBS- eller BRSBZP-blokkene.
BUSBTNZ bestemmer vinkelen α s_min ved å bruke uttrykk (2). For å beregne den angitte vinkelen, brukes de målte verdiene av I n hentet fra DTN. I tillegg, fra UPSB-fjernkontrollen, mottar den spesifiserte blokken informasjon om gjeldende verdi av SB-rotasjonsvinkelen α. Etter å ha bestemt verdien av vinkelen α s_min, sammenligner algoritmen som er innebygd i BUSBTNZ den med gjeldende verdi av vinkelen α, beregner mistilpasningsvinkelen mellom α og α s_min og det nødvendige antall kontrollpulser for å aktivere kontrollstasjonen SB. Styrepulser overføres til styreenheten. Etter å ha konvertert og forsterket de indikerte pulsene i UPU-en, kommer de til inngangen til UPS-en og setter stasjonen i bevegelse.
Metoden og systemet for implementeringen, tatt i bruk som en prototype, har en betydelig ulempe - de gir ikke fullstendig beskyttelse av solpaneloverflaten mot de negative effektene av høyenergipartikkelstrømmer og tillater samtidig ikke bruk av ytterligere muligheter for å redusere denne negative påvirkningen ved å utføre spesielle operasjoner for klargjøring av solcellepaneler Romfartøyer skal operere under forhold med negativ påvirkning av høyenergipartikkelstrømmer på romfartøyet.
Utfordringen for den foreslåtte metoden og systemet for implementeringen er å redusere den negative påvirkningen av høyenergipartikkelstrømmer på SB-overflaten. For å gjøre dette, ved å utføre spesielle forberedende operasjoner i romfartøyet SES og kontrollere SB, er det ment å redusere området til SB, som er negativt påvirket av strømmen av disse partiklene.
Det tekniske resultatet oppnås ved at i metoden for å kontrollere posisjonen til solcellepanelene til et romfartøy, inkludert å snu solcellepanelene til en arbeidsstilling, sikre romfartøyets tilførsel av elektrisitet tilsvarende innrettingen av normalen til dens opplyste arbeidsflate med planet dannet av rotasjonsaksen til solcellepanelene og retningen til solen, som måler tettheten til strømstrømmen av elektromagnetisk solstråling, bestemmer tidspunktet når solaktiviteten begynner, bestemmer øyeblikket i tid når høyenergipartikler når overflaten av romfartøyet, måler flukstettheten til høyenergipartikler, sammenligner de målte verdiene av flukstettheten til høyenergipartikler med terskelverdier, snur solcellepanelbatterier med vinkelen mellom normalen til deres opplyste arbeidsflate og retningen til solen, som tilsvarer minimumsområdet for innflytelse av høyenergipartikkelstrømmer på overflaten av solcellepaneler og samtidig forsyne romfartøyet med elektrisitet, i det øyeblikket de målte verdiene av høyenergipartikkelflukstettheten overskrider terskelverdiene og tilbakeføringen av panelets solcellepaneler til driftsposisjon på det tidspunktet da tettheten av høyenergipartikkelflukser blir under terskelverdiene, bestemmer i tillegg tidspunktene for utseendet til forløperne til den negative påvirkningen av høyenergipartikkelstrømmer på romfartøyet, på tidspunktet for utseendet til forløperne til den negative påvirkningen av høyenergipartikkelstrømmer på romfartøyet Enheten lader batteriene til romfartøyets strømforsyning systemet til maksimalt ladenivå; hvis de målte verdiene av flukstettheten til høyenergipartikler overskrider terskelverdiene sammenlignet med dem, roteres solcellepanelene til vinkelen mellom normalen til deres opplyste arbeidsflate og retning til solen er nådd α s_min_AB, som tilsvarer minimumsområdet for påvirkning av høyenergipartikkelstrømmer på overflaten av solcellepaneler, samtidig som romfartøyet forsynes med elektrisitet fra solenergi og oppladbare batterier i strømforsyningssystemet, bestemt av forholdet:
α s_min_AB =arccos(maks(0,I n -IAB )/I m),
hvor I n er laststrømmen fra romfartøyets forbrukere,
I m - maksimal strøm generert når den opplyste arbeidsflaten til solcellepaneler er orientert vinkelrett på solens stråler,
I AB - gjeldende tillatt utladningsstrøm for batterier,
og den resulterende mangelen på elektrisitet om bord i romfartøyet kompenseres ved å lade ut batteriene, mens man overvåker ladenivået til batteriene og, når den minste tillatte verdien av ladenivået til batteriene er nådd, gjeldende verdi av den tillatte utladningsstrømmen på batteriene tilbakestilles og batteriene kobles fra den eksterne belastningen.
I tillegg løses problemet ved det faktum at i systemet for å kontrollere posisjonen til solcellepanelene til romfartøyet, som inkluderer et solcellebatteri med fire solcellebatterier installert på det, en enhet for å rotere solcellepanelene, en forsterker- konverteringsenhet, en kontrollenhet for orientering av solcellepanelene mot solen, en blokk som dreier solcellepaneler til en gitt posisjon, to strømregulatorer, en batteripakke, en batterilader, en kommandogenereringsenhet for lading av batterier, en belastningsstrøm sensor, en kontrollenhet for strømforsyningssystem, en strømforsyningsbuss, en enhet for å måle tettheten til strømstrømmen av elektromagnetisk solstråling, en blokk for å bestemme solaktivitet, en blokk for å bestemme tidspunktet for innvirkning av partikler på et romfartøy, en blokk for å måle flukstettheten til høyenergipartikler, en blokk for å bestemme tidspunktet for begynnelsen av kontroll av solcellebatterier ved hjelp av belastningsstrømmer, en blokk for styring av solbatterier ved belastningsstrømmer, mens solenergien batteri gjennom sin første utgang som kombinerer utgangene fra to solcellebatterier er koblet til den første inngangen til solcellepanelrotasjonsenheten, og gjennom den andre utgangen som kombinerer utgangene fra to andre solcellebatterier, kobles den til den andre inngangen til rotasjonsenheten for solcellepanelet, og utgangene til styreenhetene for solpanelorientering mot solen og dreie solcellepanelene til en gitt posisjon er henholdsvis koblet til den første og andre inngangen til forsterker-konverteringsenheten, hvis utgang på sin side er koblet til den tredje inngangen til solpanelrotasjonsenheten, den første og andre utgangen til solpanelrotasjonsenheten er koblet til henholdsvis inngangene til den første og andre regulatorstrømmen og utgangene til strømmen regulatorer er koblet til strømforsyningsbussen til romfartøyet, batterienheten, med sin inngang, gjennom batteriladeren, er koblet til strømforsyningsbussen, mens batteriladeren er koblet med sin første inngang til den spesifiserte bussen, og til den andre inngangen til ladeenheten for batterier, en laststrømsensor er koblet, som i sin tur er koblet til strømforsyningsbussen, batterienheten er koblet med sin utgang til den første inngangen til enheten for å generere kommandoer for lading batterier, og den første utgangen til strømforsyningssystemets kontrollenhet er koblet til den andre inngangen til den spesifiserte enheten, utgangen til enheten for å generere kommandoer for lading av batterier er koblet til den tredje inngangen til batteriladeren, den andre og tredje utgangene til strømforsyningssystemets kontrollenhet er koblet til de første inngangene til kontrollenhetene for orientering av solcellepaneler mot solen og rotasjon av solcellepaneler til en gitt posisjon, den tredje utgangen til enhetens rotasjon av solcellepaneler er koblet til til de andre inngangene til kontrollenheter for orientering av solcellepaneler mot solen og rotasjon av solcellepaneler til en gitt posisjon, er utgangen til blokken for måling av tettheten til strømstrømmen av solcelleelektromagnetisk stråling koblet til inngangen til blokk for å bestemme solaktivitet, hvis første utgang i sin tur er koblet til inngangen til blokken for å bestemme tidspunktet for innvirkningen av partikler på romfartøyet, utgangene fra blokken for å bestemme tidspunktet virkningen av partikler på romfartøyet og blokken for å måle flukstettheten til høyenergipartikler er koblet til henholdsvis den første og andre inngangen til blokken for å bestemme tidspunktet for starten av kontroll av solcellepaneler ved belastning strømmer, og inngangen til blokken for å måle flukstettheten til høyenergipartikler er koblet til den andre utgangen til blokken for å bestemme solaktivitet, utgangen til blokken for å bestemme tidspunktet når solcellepaneler begynner å bli kontrollert ved belastningsstrømmer er koblet til inngangen til strømforsyningssystemets kontrollblokk, hvor den fjerde utgangen i sin tur er koblet til den første inngangen til blokkstyringen av solcellepaneler med belastningsstrømmer, hvis tredje inngang og utgang er koblet til henholdsvis den tredje utgangen til solcellepanelrotasjonsenheten og den tredje inngangen til forsterker-konverteringsenheten, henholdsvis en blokk for å bestemme den nødvendige strømmen fra solcellepaneler, en blokk for å bestemme øyeblikkene av tid forløpere for den negative effekten av høy -energipartikler på et romfartøy og en enhet for innstilling av tillatte verdier for batteriladingsnivået, mens den første og andre inngangen og utgangen til enheten for å bestemme nødvendig strøm fra solcellepaneler er koblet til henholdsvis den andre utgangen til belastningsstrømsensoren, den andre utgangen til batteriladeren og den andre inngangen til solcellebatterikontrollenheten ved belastningsstrømmer, utgangene til enheten for måling av flukstettheten til høyenergipartikler og enheten for måling av tettheten til strømstrøm av solenergi elektromagnetisk stråling er også koblet til tilsvarende
Essensen av den foreslåtte metoden er som følger.
Den direkte beskyttende vendingen til Sikkerhetsrådet fra retningen av den negative påvirkningen av høyenergipartikkelstrømmer utføres når tettheten av høyenergipartikkelstrømmer overstiger visse spesifiserte terskelverdier. Samtidig, som de første trinnene som er utført før den direkte implementeringen av beskyttelsestiltak, utføres kontinuerlig overvåking av den nåværende tilstanden til verdensrommet nær jorden og gjeldende solaktivitet og oppfyllelse og manglende oppfyllelse av kriteriene for en farlig stråling situasjon, spesielt kriteriene for overvåking av solaktivitet utviklet av National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), analyseres ) (cm. ). I dette tilfellet bør situasjoner der kriteriene for ubetinget fare ennå ikke er oppfylt, men terskelen til det forrige farenivået allerede er nådd, betraktes som "forløpere" situasjoner for den negative virkningen som vurderes.
Når forløpere for den negative påvirkningen av høyenergipartikkelstrømmer på romfartøyet dukker opp, utføres den maksimale ladningen til romfartøyets AB SES. Dette gjør det mulig i fremtiden, når de målte verdiene av flukstettheten til høyenergipartikler overskrider terskelverdiene sammenlignet med dem, å snu arbeidsflatene til SB-panelene bort fra retningen til fluksene til disse partiklene til størst mulig vinkel, forutsatt at den resulterende mangelen på elektrisitet om bord i romfartøyet kompenseres av batteriutladningen. I dette tilfellet bestemmes denne verdien α s_min_AB for vinkelen til beskyttelsesklaffen SB av forholdet:
hvor I m er den maksimale strømmen som genereres når den opplyste arbeidsflaten til solcellepanelene er orientert vinkelrett på solens stråler,
I SB - nødvendig strøm fra SB.
I dette tilfellet er den nødvendige strømmen fra SB I SB definert som den minste nødvendige strømmen som må genereres av SB for å gi forbrukere av romfartøyet, tatt i betraktning mulighetene for å bruke energien til BAB SES til romfartøyet ( dvs. når man kompenserer for den nye mangelen på elektrisitet om bord i romfartøyet på grunn av utladningen av AB SES), basert på forholdene:
hvor I n er laststrømmen fra romfartøysforbrukere,
I-batteri - den nåværende maksimalt tillatte utladningsstrømmen til batteriet til SES-romfartøyet.
For å implementere metoden foreslås et system, vist på tegningen og som inneholder følgende blokker:
1 - SB, på det stive underlaget til kroppen som fire fotovoltaiske batterier er plassert;
2, 3, 4, 5 - BF 1, BF 2, BF 3, BF 4;
8 - BUOSBS;
9 - BRSBZP;
10, 11 - RT 1 og RT 2;
13 - ZRU AB;
14 - BFKZ AB;
16 - BUSSER;
18 - BIPEMI;
20 - BOMVHF;
21 - BIPPCHVE;
22 - BOMVUSBTNZ;
23 - BUSBTNZ;
24 - blokk for å bestemme tidsøyeblikkene til varslerne om den negative påvirkningen av høyenergipartikler på romfartøyet (BOMVPNVCH),
25 - blokk for å bestemme nødvendig strøm fra solcellepaneler (BOPTSB),
26 - blokk for innstilling av tillatte verdier for batteriladingsnivået (BZDZUZSB).
I dette tilfellet er SB (1) koblet gjennom sin første utgang, og kombinerer utgangene til BF 1 (2) og BF 4 (5), til den første inngangen til UPSB (6), og gjennom den andre utgangen, kombinerer utgangene til BF 2 (3) og BF 3 ( 5), koblet til den andre inngangen til UPSB (6). Utgangene til BUOSBS (8) og BRSBZP (9) er henholdsvis koblet til den første og andre inngangen til UPU (7), hvis utgang igjen er koblet til den tredje inngangen til UPSB (6) . Den første og andre utgangen til UPSB (6) er koblet til henholdsvis inngangene PT 1 (10) og PT 2 (11), og utgangene PT 1 (10) og PT 2 (11) er koblet til SE (17). BAB (12) er koblet til SE (17) ved sin inngang gjennom AB (13) lukket bryterutstyr. I dette tilfellet kobles AB-koblingsanlegget (13) med sin første inngang til den spesifiserte bussen, og ulykkesutgangen (15) kobles til den andre inngangen til AB-koblingsanlegget (13), hvis inngang er koblet i snu, til ShE (17). BAB (12) med sin utgang er koblet til den første inngangen til BFKZ AB (14), og den første utgangen til BUSENE (16) er koblet til den andre inngangen til den spesifiserte blokken. Utgangen til BFKZ AB (14) er koblet til den tredje inngangen til ZRU AB (13). Den andre og tredje utgangen til BUSENE (16) er henholdsvis koblet til de første inngangene til BUSBS (8) og BRSBZP (9). Den tredje utgangen til UPSB (6) er koblet til de andre inngangene til BUOSBS (8) og BRSBZP (9). BIPEMI-utgangen (18) er koblet til BOSA-inngangen (19). Den første utgangen til BOSA (19) er koblet til inngangen til BOMVVCH (20). Utgangene til BOMVVCH (20) og BIPPChVE (21) er koblet til henholdsvis den første og andre inngangen til BOMVUSBTNZ-blokken (22). Inngangen til BIPPCHVE (21) er koblet til den andre utgangen til BOSA (19). Utgangen til BOMVUSBTNZ (22) er koblet til den første inngangen til BUSES (16). BUSSER (16) med sin fjerde utgang er koblet til den første inngangen til BUSBTNZ (23). Den tredje utgangen til UPSB (6) er koblet til den tredje inngangen til BUSBTNZ (23). Utgangen til BUSBTNZ (23) er koblet til den tredje inngangen til UPU (7). Den første inngangen til BOPTSB (25) er koblet til den andre utgangen til DVT (15). Den andre inngangen til BOPTSB (25) er koblet til den andre utgangen til AB (13). Utgangen til BOPTSB (25) er koblet til den andre inngangen til BUSBTNZ (23). Utgangen til BIPPCHVE (21) er koblet til den første inngangen til BOMVPNVCH (24). Utgangen til BIPEMI (18) er koblet til den andre inngangen til BOMVPNVCH (24). Utgangen til BOMVPNVCH (24) er koblet til den andre inngangen til BUSENE (16). Den første og andre utgangen til BZDZUZSB (26) er koblet til henholdsvis den tredje inngangen til BFKZ AB (14) og den fjerde inngangen til ZRU AB (13).
Tegningen viser også med en stiplet linje den mekaniske forbindelsen til UPSB (6) med SB-huset (1) gjennom utgangsakselen til batteridrevet.
I romfartøyets strømforsyningsmodus fungerer systemet som følger. UPSB (6) tjener for transittoverføring av elektrisitet fra SB (1) til PT 1 (10) og RT 2 (11). Spenningsstabilisering på SES-strømforsyningsbussen utføres av en av RT-ene. Samtidig er den andre RT i en tilstand med strømtransistorer lukket. Generatorer SB (1) (BF 1 - BF 4) fungerer i dette tilfellet i kortslutningsmodus. Når belastningseffekten blir større enn tilkoblingseffekten til solenergigeneratorene (1), skifter en annen RT til spenningsstabiliseringsmodus, og energien til de ubrukte generatorene tilføres strømforsyningsbussen til solkraftverket. I visse perioder, når belastningseffekten kan overstige kraften til SB (1), kompenserer batterikontrollbryteren (13), på grunn av utladingen av batterienheten (12), for mangelen på elektrisitet om bord i romfartøyet. For disse formål fungerer batteriutladningsregulatoren (13) som en batteriutladningsregulator, som spesielt overvåker batteriets ladenivå og, ved oppnåelse av den minste tillatte verdien av batteriladingsnivået, hvis verdi er levert til batteribryteren (13) fra BZDZUZSB (26), slår av BAB (12) fra ekstern belastning. I dette tilfellet bestemmer batterikontrollbryteren (13), basert på batteriets gjeldende ladenivå, og leverer til sin andre utgang gjeldende verdi for den tillatte batteriutladningsstrømmen (i modusen for å koble fra batteriet (12) fra den eksterne belastningen, er denne verdien null).
I tillegg til den spesifiserte regulatoren, inneholder batteriladeren (13) også en batteriladeregulator. For å utføre lade-utladingssykluser i AB (13), brukes informasjon fra DTN (15). Ladingen av BAB (12) utføres av ZRU AB (13) gjennom BFKZ AB (14). For metall-hydrogen-batterier er det beskrevet i. Poenget er at tettheten av hydrogen i batterihuset bestemmes ved hjelp av trykksensorer installert inne i batteriene og temperaturer på batterikassene. I sin tur bestemmer tettheten av hydrogen batteriets ladenivå. Når hydrogentettheten i batteriet faller under et innstilt nivå, gis en kommando for å lade det, og når det maksimale tetthetsnivået er nådd, gis en kommando om å stoppe ladingen. De angitte batteriladenivåene reguleres av kommandoer fra BFKZ AB (14), mens verdiene for maksimalt tillatt ladenivå til batteriet leveres til BFKZ AB (14) med BZDZUZSB (26). Å opprettholde batteriene i en maksimalt ladet tilstand påvirker deres tilstand negativt, og batteriene opprettholdes i gjeldende selvutladingsmodus, der operasjonen med å lade batteriene utføres bare periodisk (for eksempel når du kontrollerer SES-en til Yamal- 100 romfartøy - en gang med noen få dager, når ladenivået reduseres BAB med 30 % av maksimalt nivå).
Samtidig med drift i romfartøyets strømforsyningsmodus, løser systemet problemet med å kontrollere plasseringen av planene til solcellepanelene (1).
På kommando fra BUSSEN (16), styrer BUSBS-blokken (8) orienteringen til SB (1) mot solen. BUOSBS (8) kan implementeres på grunnlag av et romfartøy (se). I dette tilfellet er inngangsinformasjonen for satellittkontrollalgoritmen: posisjonen til enhetsretningsvektoren til solen i forhold til koordinataksene knyttet til romfartøyet, bestemt av algoritmene til den kinematiske konturen til fartøyet; SB-posisjonen i forhold til romfartøyets kropp, oppnådd i form av de nåværende målte verdiene av vinkelen α med UPSB-fjernkontrollen (6). Utgangsinformasjonen til kontrollalgoritmen er kommandoer for å rotere SB i forhold til aksen til utgangsakselen til UPSB (6), kommandoer for å stoppe rotasjon. UPSB-fjernkontrollen (6) produserer diskrete signaler om posisjonen til SB (1).
BIPEMI (18) måler gjeldende flukser av solenergi EMR og overfører dem til BOSA (19). I BOSA (19), ved å sammenligne gjeldende verdier med gitte terskelverdier, bestemmes starten av solaktiviteten. I henhold til kommandoen som kommer fra den første utgangen til BOSA (19) til inngangen til BOMVVCH (20), i den indikerte siste blokken er tidspunktet for den mulige begynnelsen av innvirkningen av høyenergipartikler på romfartøyet fast bestemt. Fra den andre utgangen til BOSA (19) gjennom inngangen til BIPPCHVE (21), utstedes en kommando for å begynne å måle flukstettheten til høyenergipartikler.
Fra utgangen til BIPPChVE (21) overføres den målte verdien av flukstettheten til høyenergipartikler til den første inngangen til BOMVPNVP (24) og til den andre inngangen til BOMVUSBTNZ (22). De målte verdiene av gjeldende solenergi-EMR-flukser leveres til den andre inngangen til BOMVPNVCH (24) fra utgangen til BIPEMI (18).
BOMVPNVCh (24) vurderer dynamikken til endringer i flukstettheten til høyenergipartikler og identifiserer situasjoner som kan betraktes som varsler om partiklers negative påvirkning på romfartøyet. Slike situasjoner er når den målte flukstettheten til høyenergipartikler overstiger spesifiserte kritiske verdier og det er en tendens til ytterligere økning. Ved identifisering og identifisering av slike situasjoner brukes også solenergi-EMR-fluksdata hentet fra BIPEMI (18). Når slike forløpersituasjoner registreres i BOMVPNVCh (24), genereres et signal ved utgangen til denne blokken og sendes til den andre inngangen til BUSENE (16).
Ved kommando ved den andre inngangen til BUSSEN (16), sender denne enheten en kommando til BFKZ AB (14), ifølge hvilken denne enheten, gjennom det lukkede bryteranlegget AB (13), lader BAB (12) maksimalt ladenivå. Samtidig, for metall-hydrogen-batterier (se), ved bruk av trykksensorer installert inne i batteriene og temperaturer på batterikassene, bestemmes tettheten av hydrogen i batterikassen, fra hvilket ladenivået til batteriet er bestemt. Når det maksimale tetthetsnivået er nådd, gis en kommando om å stoppe ladingen.
Inngangene til BOPTSB (25) fra de andre utgangene til DTN (15) og det lukkede bryterbatteriet (13) mottar gjeldende verdier av laststrømmen fra forbrukerne av romfartøyet I n og den tillatte utladningsstrømmen til batteriet I AB. Ved å bruke disse verdiene til BOPTSB (25), ved å bruke relasjoner (4), (5) bestemmes verdien av I SB - den gjeldende minste tillatte verdien av den nødvendige strømmen fra SB (under hensyntagen til muligheten for at forbrukere bruker energi fra BAB (12)), og sender den til den andre inngangen BUSBTNZ (23).
Informasjon om tidspunktet for mulig start av innvirkningen av partikler på romfartøyet overføres fra utgangen til BOMVVCH (20) til BOMVUSBTNZ (22) gjennom dens første inngang. I BOMVUSBTNZ (22) utføres selve vurderingen av den negative påvirkningen av FVS ved å sammenligne gjeldende målte verdi av påvirkningskarakteristikken med terskelverdier, med utgangspunkt i tidspunktet bestemt av BOMVUSBTNZ (20). En nødvendig betingelse for å motta en kommando ved utgangen til BOMVUSBTNZ (22) er tilstedeværelsen av to signaler - fra utgangene til BOMVVCH (20) og BIPPCHVE (21).
Når BOMVUSBTNZ (22) utsteder en kommando til den første inngangen til BUSES (16), genererer denne blokken en kommando ved sin fjerde utgang, som kobles til styringen til SB BUSBTNZ (23).
BUSBTNZ (23) bestemmer vinkelen α s_min_AB ved uttrykk (3). For å beregne den spesifiserte vinkelen, brukes strømverdien til den nødvendige strømmen fra SB, hentet fra BOPTSB (25). I tillegg, fra UPSB-fjernkontrollen (6) mottar den spesifiserte blokken informasjon om gjeldende verdi av SB-rotasjonsvinkelen α. Etter å ha bestemt verdien av vinkelen α s_min_AB, sammenligner algoritmen innebygd i BUSBTNZ (23) den med gjeldende verdi av vinkelen α og beregner mistilpasningsvinkelen mellom α og α s_min_AB og det nødvendige antall kontrollpulser for å aktivere kontrollstasjonen SB (1). Styrepulser overføres til styreenheten (7). Etter å ha konvertert og forsterket de indikerte pulsene i UPU (7), kommer de til inngangen til UPS (6) og setter frekvensomformeren i bevegelse.
Når BOMVUSBTNZ (22) ikke gir en kommando til den første inngangen til BUSES (16), overfører denne blokken, avhengig av romfartøyets flyprogram som utføres, kontrollen over SB (1) til en av blokkene BUOSBS (8) og BRSBZP (9).
Funksjonen til BUSBS (8) er beskrevet ovenfor.
BRSBZP (9) styrer SB (1) i henhold til programinnstillingene. SB-kontrollalgoritmen (1) i henhold til programvareinnstillingene lar deg installere batteriet i en hvilken som helst spesifisert posisjon α=α z . I dette tilfellet, for å kontrollere rotasjonsvinkelen i BRSBZP (9), brukes informasjon fra UPSB-fjernkontrollen (6).
Implementeringen av BOMVUSBTNZ (22) og BOMVPNVCh (24) er mulig både på grunnlag av maskinvare og programvare til romfartøyets kontrollsenter og om bord i romfartøyet. Ved utgangene til BOMVUSBTNZ (22) og BOMVPNVCH (24), kommandoene "start kontroll av strømforsyningen basert på laststrømmer" og "start kontroll av solenergisystemet i forberedelsesmodus for den negative påvirkningen av høyenergipartikler på romfartøyet” dannes henholdsvis som sendes til BUSSER (16), når I dette tilfellet oppfattes siste kommando funksjonelt av BUSSER (16) som en kommando for å lade batteriet til maksimalt ladenivå.
Et eksempel på implementeringen av BUSSER (16) kan være radiomidlene til tjenestekontrollkanalen (SCU) ombordsystemer til Yamal-100 romfartøyet, bestående av en jordstasjon (ES) og utstyr om bord (BA) (se beskrivelse i). Spesielt løser BA SKU sammen med GS SKU problemet med å utstede digital informasjon (DI) til det ombord digitale datasystemet (OBDS) til romfartøyet og dets påfølgende bekreftelse. BTsVS kontrollerer på sin side blokkene BUOSBS (8), BRSBZP (9), BUSBTNZ (23), BFKZ AB (14).
I denne implementeringen av BUSSER (16) utføres interaksjonen av SKU BA når det gjelder datautveksling via hovedutvekslingskanalen (MEC) i samsvar med MIL-STD-1553-grensesnittet. Som abonnent på BCWS brukes en enhet - en grensesnittenhet (UB) fra BA SKU. BCWS-prosessoren spør periodisk BS-tilstanden for å bestemme tilgjengeligheten av en datapakke. Hvis pakken er tilgjengelig, begynner prosessoren datautveksling.
UPU (7) spiller rollen som et grensesnitt mellom BUOSBS (8), BRSBZP (9), BUSBTNZ (23) og UPSB (6) og tjener til å konvertere digitale signaler til analoge og forsterke sistnevnte.
BUSBTNZ (23) er romfartøyets innebygde enhet, kommandoer som kommer fra BUSSER (16). Implementeringen av BUSBTNZ (23), BOPTSB (25), BZDZUZSB (26) kan utføres på grunnlag av romfartøyet BTsVS (se,).
Således vurderes et eksempel på implementeringen av de grunnleggende blokkene i systemet.
La oss beskrive den tekniske effekten av de foreslåtte oppfinnelsene.
De foreslåtte tekniske løsningene gir en reduksjon i den negative påvirkningen av høyenergipartikkelstrømmer på arbeidsflaten til solsystemet i øyeblikkene når det "beskyttende" jakkeslaget til solpanelet utføres fra retningen mot solen. Dette oppnås ved å redusere arealet av arbeidsflaten til SB, som er negativt påvirket av strømmene av disse partiklene, ved å maksimere vinkelen til normalen til arbeidsflaten til SB fra retningen mot solen, mens sikre at kravet om å forsyne romfartøyet med strøm oppfylles. Maksimering av dreievinkelen oppnås ved at romfartøyets solenergisystem tidligere bringes inn i en tilstand med maksimal ladning av batteriet, noe som gjør det mulig å implementere maksimalt mulig vinkel for den "beskyttende" dreiningen av solenergien. systemet fra retningen mot solen. Tatt i betraktning for eksempel at når du kontrollerer SES til Yamal-100 romfartøyet etter operasjonen med å lade batteriet til maksimalt nivå, er økningen i den mulige utladningsstrømmen til batteriet omtrent 30%, deretter en tilsvarende økning i vinkelen av den "beskyttende" klaffen til batteriet, og som en konsekvens er en reduksjon i den negative effekten av partikkelstrømmer høye energier på arbeidsflaten til SB en betydelig verdi.
LITTERATUR
1. Eliseev A.S. Romfartsteknologi. Moskva, "Mekanisk ingeniørfag", 1983.
2. Rauschenbach G. Håndbok for utforming av solcellepaneler. Moskva, Energoatomizdat, 1983.
3. Flyregler under felles operasjoner av SHUTTLE og ISS. Tom S. Direktoratet for flyoperasjoner. Space Center oppkalt etter Lyndon B. Johnson. Houston, Texas, hovedversjon, 11/8/2001.
4. Strømforsyningssystem for romfartøy. Teknisk beskrivelse. 300 GK.20 Yu. 0000-ATO. RSC Energia, 1998.
5. Center B.I., Lyzlov N.Yu., Metall-hydrogen elektrokjemiske systemer. Leningrad. "Kjemi", Leningrad gren, 1989.
6. Romfartøyets bevegelseskontroll og navigasjonssystem. Teknisk beskrivelse. 300GK.12Yu. 0000-ATO. RSC Energia, 1998.
7. Galperin Yu.I., Dmitriev A.V., Zeleny L.M., Panasyuk L.M. Romværets innflytelse på sikkerheten til luftfart og romfart. "Flight 2001", s. 27-87.
8. Ingeniøroppslagsbok om romteknologi. Forlag til SSRs forsvarsdepartement, M., 1969.
9. Grilikhes V.A., Orlov P.P., Popov L.B. Solenergi og romflyvninger. Moskva, "Vitenskap", 1984.
10. Jordstasjon for tjenestekontrollkanalen til romfartøyet Yamal. Håndbok. ZSKUGK.0000-ORE. RSC Energia, 2001.
11. Utstyr om bord i tjenestekontrollkanalen til romfartøyet Yamal. Teknisk beskrivelse. 300 GK.15 Yu. 0000A201-OTO. RSC Energia, 2002.
12. Kovtun V.S., Solovyov S.V., Zaikin S.V., Gorodetsky A.A. En metode for å kontrollere plasseringen av solcellepaneler til et romfartøy og et system for implementering. RF patent 2242408 i henhold til søknad 2003108114/11 datert 24. mars 2003
1. En fremgangsmåte for å kontrollere posisjonen til solcellepanelene til et romfartøy, inkludert å gjøre solcellepanelene til en arbeidsstilling som sikrer tilførsel av elektrisitet til romfartøyet og som svarer til normalens innretting til deres opplyste arbeidsflate med planet dannet av rotasjonsaksen til solcellepanelene og retningen til solen, måler tettheten til strømstrømmen av elektromagnetisk solstråling, bestemmer tidspunktet når solaktiviteten begynner, bestemmer tidspunktet når høyenergipartikler når overflaten av romfartøyet, måling av flukstettheten til høyenergipartikler, sammenligne de målte verdiene av flukstettheten til høyenergipartikler med terskelverdier, snu solcellepaneler i en vinkel mellom normalen til deres opplyste arbeidsflate og retning mot solen, tilsvarende minimumsområdet for innflytelse av høyenergipartikkelflukser på overflaten av solcellepaneler, samtidig som romfartøyet forsynes med elektrisitet, på tidspunktet da de målte verdiene til høyenergipartikler flukstettheten overstiger terskelverdiene og solcellepanelene går tilbake til driftsposisjonen på det tidspunktet da tettheten av høyenergipartikkelflukser blir under terskelverdiene, karakterisert ved at de i tillegg bestemmer tidspunktene når forløperne til den negative påvirkningen av høyenergipartikkelflukser på romfartøyet vises, og på de angitte tidspunktene lades batteriene til romfartøyets strømforsyningssystem til maksimalt ladenivå, hvis de målte verdiene av flukstettheten til høyenergipartikler overskrider terskelverdiene sammenlignet med dem, roteres solcellepanelene til vinkelen mellom normalen til deres opplyste arbeidsflate og retningen til solen α s_min_AB er nådd, tilsvarende minimumsområdet for påvirkning av fluksene med høy -energipartikler på overflaten av solcellepaneler, samtidig som romfartøyet forsynes med elektrisitet fra solenergi og oppladbare batterier i strømforsyningssystemet, og bestemmes av forholdet
α s_min_AB =arccos (maks(0, I n -IAB )/I m),
hvor I n er laststrømmen til romfartøyets forbrukere;
I m - maksimal strøm generert når den opplyste arbeidsflaten til solcellepaneler er orientert vinkelrett på solens stråler;
I AB - den gjeldende tillatte utladningsstrømmen til de oppladbare batteriene, og den resulterende mangelen på elektrisitet om bord i romfartøyet kompenseres ved å lade ut de oppladbare batteriene, mens du overvåker ladenivået til de oppladbare batteriene og når den minste tillatte verdien av denne er nådd nivå, nullstilles den nåværende verdien av den tillatte utladningsstrømmen til de oppladbare batteriene og kobler batteriene fra ekstern belastning.
2. Et system for å kontrollere posisjonen til romfartøyets solcellepaneler, som er fire fotovoltaiske solcellepaneler montert på paneler, inkludert en enhet for å rotere de nevnte solcellepanelene, en forsterker-konverterende enhet, en kontrollenhet for orientering av solcellepaneler mot solen, en enhet for å snu solcellepanelene til en gitt posisjon, to strømregulatorer, en batteripakke, en batterilader, en kommandogenereringsenhet for lading av batterier, en laststrømsensor, en kontrollenhet for strømforsyningssystemet, en strømforsyningsbuss, en enhet for måling av tettheten til strømstrømmen av solenergi-elektromagnetisk stråling, en enhet for deteksjon av solaktivitet, en bestemmelsesenhet for tidspunkt for innvirkning av høyenergipartikler på romfartøyet, en enhet for måling av flukstettheten av høyenergipartikler, en enhet for å bestemme tidspunktet for begynnelsen av kontroll av solcellebatterier ved hjelp av belastningsstrømmer, en enhet for styring av solbatterier ved belastningsstrøm, mens solbatteriet gjennom sin første utgang, kombinerer utgangene av to solcellebatterier, er koblet til den første inngangen til solcellepanelrotasjonsenheten, og gjennom den andre utgangen, som kombinerer utgangene fra to andre solcellebatterier, kobles til den andre inngangen til solpanelrotasjonsenheten, og utgangene til kontrollenhetene for orientering av solcellepaneler mot solen og rotasjon av solcellepaneler til en gitt posisjon er koblet til henholdsvis den første og andre inngangen til forsterker-konverteringsenheten, hvis utgang i sin tur er koblet til til den tredje inngangen til solpanelrotasjonsenheten, er den første og andre utgangen til solpanelrotasjonsenheten koblet til inngangene til den første og andre strømregulatoren, og utgangene til strømregulatorene er koblet til strømmen forsyningsbussen til romfartøyet, batterienheten er koblet med sin inngang, gjennom batteriladeren, til strømforsyningsbussen, mens batteriladeren er koblet med sin første inngang til den spesifiserte bussen, og til den andre inngangen til batteriladeren batterier, kobles en laststrømsensor, som i sin tur er koblet til strømforsyningsbussen, batteriblokken kobles med sin utgang til den første inngangen til blokken for å generere kommandoer for lading av batterier, og den første utgangen til strømforsyningssystemets kontrollenhet er koblet til den andre inngangen til den spesifiserte blokken, utgangen til blokken som genererer kommandoer for å lade batteriene er koblet til den tredje inngangen til batteriladeren, den andre og tredje utgangen til strømforsyningssystemets kontrollenhet er koblet til de første inngangene til kontrollenhetene for orientering av solcellepanelene mot solen og rotasjon av solcellepanelene til en gitt posisjon, den tredje utgangen til solcellepanelets rotasjonsenhet koblet til de andre inngangene til kontrollenhetene for orientering av solcellepaneler mot solen og rotasjon av solcellepaneler til en gitt posisjon, er utgangen fra blokken for måling av tettheten til strømstrømmen av elektromagnetisk solstråling koblet til inngangen til blokken for å bestemme solaktivitet, den første utgangen som i sin tur er koblet til inngangen til blokken som bestemmer tidspunktet for innvirkningen av partikler på romfartøyet, utgangene fra blokken for å bestemme tidspunktet for innvirkningen av partikler på romfartøyet og blokken for måling av flukstettheten til høyenergipartikler er koblet til henholdsvis den første og andre inngangen til blokken for å bestemme tidspunktet for starten av å kontrollere solcellepaneler ved hjelp av belastningsstrømmer, og inngangen blokken for måling av flukstettheten til høyenergipartikler er koblet til den andre utgangen av blokken for å bestemme solaktivitet, utgangen fra blokken for å bestemme tidspunktet når solcellepaneler begynner å bli kontrollert av laststrømmer er koblet til inngangen til strømforsyningssystemets kontrollblokk, hvis fjerde utgang i sin tur er koblet til den første inngangen til kontrollblokkens solcellepaneler i henhold til belastningsstrømmer, hvor den tredje inngangen og utgangen er koblet til henholdsvis den tredje utgangen til sog den tredje inngangen til forsterker-konverteringsanordningen, kjennetegnet ved at den i tillegg inkluderer en blokk for å bestemme den nødvendige strømmen fra solcellepaneler, en blokk for å bestemme øyeblikkene for forekomsten som varsler om den negative effekten av høyenergi partikler på romfartøyet og enheten for innstilling av tillatte verdier for batteriladingsnivået, mens den første og andre inngangen og utgangen til enheten for å bestemme nødvendig strøm fra solcellepaneler er koblet til henholdsvis den andre utgangen til lasten strømsensor, den andre utgangen til batteriladerens batterier og den andre inngangen til solcellepanelets kontrollenhet for belastningsstrømmer, utgangene til enheten for måling av flukstettheten til høyenergipartikler og enheten for måling av tettheten til strømmen fluks av elektromagnetisk solstråling er koblet til
Oppfinnelsen gjelder astronautikk og kan brukes i romaktiviteter - forskning av det ytre rom, planeter i solsystemet, observasjoner av jorden fra verdensrommet, etc., der det er nødvendig å bestemme de romlige koordinatene til romfartøy (SV) og komponentene i dens hastighetsvektor.
Oppfinnelsen vedrører rakett- og romteknologi og kan brukes til å lage utskytningsfartøyer (LV-er), inkludert konverteringsfartøyer, for oppskyting av romfartøyer i lav-jordbaner.
Oppfinnelsen angår feltet romteknologi, nemlig strømforsyningssystemer for romfartøyer, og kan brukes til å kontrollere posisjonen til deres solcellepaneler
Ved bygging av landsteder, hus på sommerhus, drivhus og forskjellige driftsbygninger, har autonome strømforsyningssystemer i økende grad begynt å bli brukt. Solcellepaneler gir uavhengighet fra generelle elektriske nettverk. Og i byer i privat sektor kan du ofte se solcellepaneler av hjemmekraftverk på hustakene.
Disse panelene kan være med mono- og polykrystallinske silisiumstrukturer, kan bygges på basis av batterier laget ved hjelp av amorf eller mikromorf teknologi, og kan til og med bruke solceller laget med "Moth Eye"-teknologi. Dessuten er hver bygning bygget på en slik måte at solcellepaneler installeres på et sted som mottar maksimalt sollys.
Effektiviteten til moderne heliumsystemer overstiger i gjennomsnitt ikke 18% - 20%. De beste prøvene kan oppnå 25 % effektivitet. I 2014 rapporterte forskere ved UNSW Australian Center for Advanced Photovoltaics at de hadde oppnådd en solcelleeffektivitet på 40 %.
Det skal forstås at effektivitetsverdien måles når heliumpanelet er opplyst av solen i rette vinkler. Hvis solbatteriet er permanent fikset, vil perioden med direkte belysning av batteriet av solen være relativt kort i løpet av dagen, når solen beveger seg over himmelen. Og derfor vil effektiviteten til selv de mest avanserte solcellepanelene reduseres.
For å minimere reduksjonen i effektiviteten til heliumsystemer, bør solcellepaneler installeres på roterende moduler, som gjør at batteriene kan orienteres mot solen hele dagen. En slik roterende enhet, som en bærekonstruksjon med ett eller flere solcellepaneler er festet på, kalles en tracker.
Den er designet for å overvåke solen og, avhengig av dens posisjon, orientere solcellepanelet mot den. Denne enheten, avhengig av versjon, inkluderer en eller to solsporingssensorer, samt en roterende mekanisme. Trackeren må installeres på et godt opplyst sted på bakken, på et stasjonært stativ, eller på en mast som vil heve trackeren til en slik høyde at solbatteriet alltid er opplyst av solen.
Tracker med fire solcellepaneler på en mast
Selv den enkleste roterende enheten med solsporingssystem lar deg få maksimal effektivitet fra gelbatterier. Studier har vist at i fravær av riktig orientering av solcellepaneler mot solen, går opptil 35 % av strømmen tapt. Derfor, for å nå den planlagte kraften ved fast montering av fotoceller, er det nødvendig å installere et større antall paneler.
Prinsippet for å konstruere rotasjonskontrollsystemer for solcellepaneler
Industrien produserer flere typerstemer. Dette er ganske dyre (opptil 100 000 rubler) enheter som kan kontrollere plasseringen av flere heliumpaneler samtidig.
Siden solen beveger seg ikke bare horisontalt, men også vertikalt i løpet av dagen, overvåker disse kontrollsystemene både endringer i posisjon og gir, i samsvar med den mottatte informasjonen, kommandoer for å rotere panelet rundt den horisontale eller vertikale aksen. I det generelle tilfellet består et slikt kontrollsystem av en solsensor, en signalomformer (P) fra denne sensoren, en signalforsterker (U), en mikrokontroller (MC), en motorkontrollenhet (ECD), selve motoren og , til slutt selve rammen som den er montert på. heliumpanel.
Tracker kontrollkrets
Det er karakteristisk at samme krets brukes til å styre rotasjon i begge akser. Bare solposisjonssensorene og motorene er forskjellige. Den enkleste solposisjonssensoren består av to fotodioder atskilt med en ugjennomsiktig skillevegg.
Avhengig av hvilken bevegelse denne sensoren overvåker, er skilleveggen installert horisontalt eller vertikalt, men må rettes strengt mot solen. Så lenge begge fotodiodene er likt opplyst, er signalene som kommer fra dem like. Så snart solen beveger seg så mye at en av fotodiodene er i skyggen av skilleveggen, oppstår det en ubalanse av signaler og kontrollsystemet genererer en tilsvarende kommando for å rotere solcellepanelet.
Solposisjonssensorkrets
Som regel brukes trinnmotorer eller reluktansventilmotorer som motorer for dreieskiven. I slike kontrollsystemer er sporingssensorer installert på samme plattform og roterer med den, og sikrer dermed presis orientering av heliumpanelet mot solen. For pålitelig drift av sensoren er det nødvendig å beskytte den mot forurensning, snøakkumulering og skyggelegging av optikken av tilfeldige objekter.
Det er kontrollsystemer der sporingssensorer fjernes fra den støttende roterende plattformen og er plassert på et sted beskyttet mot slike påvirkninger. I dette tilfellet sendes signalet fra sensorene til synkroniseringssenderen. Ved å orientere sporingssensoren mot solen, overfører synkronsenderen kontrollhandlingen til synkronmottakeren, som roterer støtteplattformen og peker den nøyaktig mot solen.
Rotasjonskontrollsystem for solcellepanel basert på en klokkemekanisme
Industrielle installasjoner - fullt utstyrte heliumkraftverk med biaksiale roterende moduler - er ganske dyre. For eksempel koster den industrielle trackeren UST-AADAT omtrent en og en halv million rubler. Det naturlige ønsket til alle eiere av solkraftverk er å øke kraftproduksjonen samtidig som kostnadene reduseres. Som et resultat dukket det opp hjemmelagde enheter, originale i designet, ved bruk av skrapmaterialer. Og disse enhetene kontrollerer ganske vellykket orienteringen av panelene til solen.
Et av alternativene for en slik enhet er et system for å kontrollere orienteringen av heliumpaneler, bygget på grunnlag av en klokkemekanisme. For å spore solen er det slett ikke nødvendig å bruke lysmottakende enheter. For å gjøre dette, ta bare en vanlig mekanisk veggklokke. Selv gamle turgåere vil gjøre det. Det er kjent at solen i løpet av en time reiser over himmelen fra øst til vest en bane som tilsvarer en vinkelforskyvning på 15°. Siden slik vinkelforskyvning ikke er spesielt kritisk for et heliumpanel, er det nok å slå på rotasjonsmekanismen en gang i timen.
Spor solens bevegelse med klokke
En enhet for å rotere et heliumpanel rundt en vertikal akse kan se slik ut. En fast kontakt etableres i skiven i en avstand av minuttviserens lengde fra midten, på stedet som tilsvarer klokken 12. Den bevegelige kontakten er på tuppen av minuttviseren.
Dermed vil kontaktene lukkes hvert 60. minutt og motoren slås på, og slår på solcellepanelet. Motoren kan slås av på ulike måter, for eksempel ved hjelp av en endebryter eller et tidsrelé. Hvis du installerer en annen fast kontakt på skiven på stedet som tilsvarer klokken 6, vil panelposisjonen bli korrigert hver halvtime.
I dette tilfellet må motoravstengningsanordningene stilles inn til å rotere bæreplattformen i en vinkel på 7,5°.
I tillegg, om ønskelig, her, på denne mekanismen, ved hjelp av en annen kontaktgruppe, men med klokken, kan du sette sammen en krets for automatisk å returnere solcellepanelet til sin opprinnelige posisjon. Basert på samme med klokken kan du sette sammen et kontrollsystem for å rotere panelet rundt den horisontale aksen. Mens timeviseren beveger seg til klokken 12, stiger bærerammen med solen. Etter 12 timer reverseres den horisontale aksemotoren og solcellepanelet begynner å rotere i motsatt retning.
Vannklokkeprinsipp i rotasjonskontrollsystem for solcellepanel
Dette systemet ble oppfunnet av den nitten år gamle studenten Eden Full fra Canada. Den er designet for å kontrollere en enakset tracker. Driftsprinsippet er som følger. Rotasjon utføres rundt en horisontal akse. Solcellepanelet installeres i utgangsposisjon slik at solstrålene er vinkelrett på panelets plan.
En beholder med vann er hengt opp på den ene siden av panelet, og en last er suspendert på den motsatte siden, som er i likevekt med beholderen fylt med vann. Et lite hull er laget i bunnen av beholderen slik at vannet renner ut dråpe for dråpe fra denne beholderen. Størrelsen på dette hullet velges eksperimentelt. Når vannet renner ut, blir fartøyet lettere, og motvekten snur sakte rammen med panelet.
Vannklokkesporer
Klargjøring av trackeren for drift består av å helle vann i den tomme beholderen og plassere solcellepanelet i sin opprinnelige posisjon.
Disse to eksemplene uttømmer ikke de mulige mulighetene for å konstruere roterende moduler. Med litt fantasi kan du få en enkel, men veldig effektiv enhet som garantert vil øke effektiviteten til ditt heliumkraftverk hjemme.
En venn ba meg nylig bygge en "heliostat" for å orientere et solcellepanel bak solen ved hjelp av små motorer. Kretsen ble hentet fra Internett, det originale kortet ble testet, og det fungerer. Men jeg tegnet også mitt eget kretskort, et mer kompakt, der motstander og kondensatorer kan installeres i plan SMD-type.
Følgende er en beskrivelse av kretsen fra forfatteren. Denne enheten bruker pulskontroll og er automatisk i stand til å orientere solcellepanelet til best belysning. Kretsskjemaet består av en klokkegenerator (DD1.1, DD1.2), to integrerende kretser (VD1R2C2, VD2R3C3), samme antall drivere (DD1.3, DD1.4), en digital komparator (DD2), to vekselrettere (DD1. 5, DD1.6) og en transistorbryter (VT1—VT6) for rotasjonsretningen til den elektriske motoren M1, som styrer rotasjonen av plattformen som solbatteriet er installert på.
Når strøm tilføres (fra selve solcellepanelet eller fra batteriet), begynner generatoren basert på elementene DD1.1, DD1.2 å generere klokkepulser med en frekvens på ca. 300 Hz. Under drift av enheten sammenlignes varighetene til pulsene generert av inverterne DD1.3, DD1.4 og integreringskretsene VD1R2C2, VD2R3C3. Hellingen deres varierer avhengig av integrasjonstidskonstanten, som igjen avhenger av belysningen av fotodiodene VD1 og VD2 (ladestrømmen til kondensatorene C2 og SZ er proporsjonal med belysningen deres).
Signaler fra utgangene til de integrerende kretsene leveres til nivådriverne DD1.3, DD1.4 og deretter til en digital komparator laget på elementene i DD2-mikrokretsen. Avhengig av forholdet mellom pulsvarighetene som kommer til inngangene til komparatoren, vises et lavnivåsignal ved utgangen til element DD2.3 (pinne 11) eller DD2.4 (pinne 4). Med lik belysning av fotodiodene er høynivåsignaler tilstede ved begge utgangene til komparatoren.
Invertere DD1.5 og DD1.6 er nødvendig for å styre transistorene VT1 og VT2. Et høyt signalnivå ved utgangen til den første omformeren åpner transistoren VT1, ved utgangen til den andre - VT2. Lastene til disse transistorene er brytere på kraftige transistorer VT3, VT6 og VT4, VT5, som bytter forsyningsspenningen til den elektriske motoren M1. Kretsene R4C4R6 og R5C5R7 jevner ut krusninger ved bunnen av kontrolltransistorene VT1 HVT2. Motorens rotasjonsretning endres avhengig av polariteten til tilkoblingen til strømkilden. Den digitale komparatoren lar ikke alle nøkkeltransistorer åpne samtidig, og sikrer dermed høy systempålitelighet.
Når solen står opp, vil belysningen av fotodiodene VD1 og VD2 være annerledes, og den elektriske motoren vil begynne å snu solbatteriet fra vest til øst. Ettersom forskjellen i varigheten av pulsene generert av formerne avtar, vil varigheten av den resulterende pulsen avta, og rotasjonshastigheten til solbatteriet vil gradvis avta, noe som vil sikre nøyaktig posisjonering. Dermed kan rotasjonen av den elektriske motorakselen med pulsstyring overføres til plattformen med solbatteriet direkte, uten bruk av girkasse.
I løpet av dagen vil plattformen med solbatteriet rotere etter solens bevegelse. Med begynnelsen av skumringen vil pulsvarighetene ved inngangen til den digitale komparatoren være de samme, og systemet går i standby-modus. I denne tilstanden overstiger ikke strømmen som forbrukes av enheten 1,2 mA (i orienteringsmodus avhenger det av motoreffekten).
Heliostatbatteriet brukes til å lagre energien som genereres av solcellepanelet og drive selve den elektroniske enheten. Siden den elektriske motoren bare slås på for å rotere batteriet (i kort tid), er det ingen strømbryter. Dette diagrammet orienterer solbatteriet i et horisontalt plan. Men når man plasserer den, bør man ta hensyn til områdets geografiske breddegrad og årstiden. Hvis du supplerer designet med en vertikal avbøyningsenhet satt sammen i henhold til et lignende skjema, kan du fullt ut automatisere orienteringen av batteriet i begge plan.
Et grønt lysfilter brukes for å beskytte fotodiodene mot overflødig bestråling. En ugjennomsiktig gardin er plassert mellom fotosensorene. Den er festet vinkelrett på brettet på en slik måte at når lysvinkelen endres, skygger den en av fotodiodene. Les mer i artikkelen i vedlagte arkiv. Generell oversikt over kretskortet:
Etter montering sjekket jeg driften av enheten - alt fungerer som det skal, når den ene og den andre LED-en lyser, fungerer motoren med klokken og mot klokken.
Radiatoren er noe stor, den er ikke påkrevd å være så stor, men en kompis likte den, da sa han at han ville skjære den i to halvdeler for to ferdige brett, han tester den foreløpig, siden han ikke har bestemt seg enda kraften til motorene.
Disse radiatorene har alle blitt fjernet fra strømforsyningen, jeg har samlet mange av dem, og folk bærer og bærer alt. Utvikling - I. Tsaplin. Montering og testing av kretsen - Igoran.
Diskuter artikkelen SOLAR PANEL ROTARY CONTROLLER