CC BY
26Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
УДК 629.76 /.78.064
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ЗАРЯДА
Е. Ю. Мартынова, А. Б. Пестов
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: [email protected]
Рассматривается энергоэффективность системы электропитания космического аппарата за счет использования энергии электростатического заряда поверхности КА с целью повышения надежности и, как следствие, увеличения сроков активного существования.
Ключевые слова: энергоэффективность, солнечная батарея, система электропитания.
INCREASING THE ENERGY EFFICIENCY OF A SPACECRAFT POWER SUPPLY SYSTEM
USING THE ELECTROSTATIC ENERGY
E. Yu. Martynova, A. B. Pestov
JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]
The energy efficiency of the power supply system of the spacecraft is discussed, using the energy of the electrostatic energy of the surface of the spacecraft in order to increase reliability and, as a consequence, to increase the duration of active existence.
Keywords: energy efficiency, solar battery, power supply system.
На космический аппарат (КА) за время вывода на орбиту и эксплуатации воздействует в различной мере множество факторов окружающего пространства. Одним из них является электризация - взаимодействие КА с окружающей магнитосферной плазмой и приобретение его конструкцией некоторого электрического заряда, обусловленного поступлением на поверхность КА потоков заряженных частиц, а также потоков, отраженных от его поверхностей [1].
В результате длительного воздействия зарядов на КА наблюдается большое количество отклонений в работе бортовой аппаратуры и оборудования. Наиболее интенсивному воздействию факторов электризации подвергается одна из основных жизнеобеспечивающих систем КА - система энергопитания, а точнее ее основной узел - солнечные батареи (БС). Многослойная конструкция БС, состоящая из слоев диэлектриков, проводников и полупроводников, а также их большая площадь (до 60 м2) и практически абсолютная незащищенность от воздействия потоков заряженных частиц магнитосферной плазмы, обеспечивают «идеальные» условия для накопления на их поверхности и объеме электрического заряда, и как следствие этого - развитие электростатических разрядов [1-2].
В целом, вредное влияние электризации ухудшает надежность его бортовой радиоэлектронной аппаратуры (БРЭА), СБ и снижает гарантийный ресурс КА, что обуславливает необходимость принятия мер [3].
В связи с этим возникает технически обоснованное предложение, связанное с возможностью накопления энергии статического электричества и ее использования для дополнительной подзарядки батарей КА, что позволит повысить их ресурс и энергоэффективность системы питания, а также снизить вредное влияние электризации.
Предлагается создать электрофизическую модель (рис. 1). Куда вносятся тип, свойства конструкционных материалов КА, материалы покрытий и геофизические условия. На основе данной модели определяются места расположения, на поверхности КА, устройств переноса электростатических зарядов [4-5].
Рис. 1. Пример визуализации структурной электрофизической модели КА с аномальными местами возникновения ЭСР
Решетневскуе чтения. 2018
Среда вокруг играет роль электростатического генератора, осаждая на поверхности космического аппарата заряженные частицы. Устройством переноса заряда на аккумуляторные батареи (АКБ) космического аппарата могут служить специальные зарядные системы, состоящие из расположенных по поверхности заряжающих электродов (рис. 2). Зарядный электрод минимальных размеров представляет собой универсальное устройство для подачи напряжения питания до сотен кВ, допускающий большое напряжение. Потенциал с поверхности КА переносится посредством кабельной сети на АКБ.
Заряжающтш электрод Диэлектрическая оболчка Металлический корпус КА
Рис. 2. Заряжающий электрод на поверхности КА
В большинстве КА система электропитания устроена одинаково, где солнечные панели преобразуют солнечную энергию в электрическую. Электрическая энергия преобразуется, накапливается, стабилизируется и распределяется по электронным нагрузкам, которые представлены, главным образом, аналоговыми и цифровыми приборами, широкополосными радиоэлектронными схемами. Далее энергию получают преобразователи от шины питания КА, которая для большинства схем хорошо стабилизирована [5]. В привычную для нас схему электроснабжения предлагается внедрить аппаратуру накопления заряда. Внедрение зарядной системы не внесет существенных коррективов в схему питания КА, так как электростатический потенциал точно так же, как энергия, полученная от СБ, будет задействовать штатные блоки стабилизации напряжения и АКБ.
Подводя итоги, можно сделать вывод, что за счет внедрения аппаратуры накопления заряда позволяет улучшить энергоэффективность системы питания КА, также позволяет снизить вредное влияние электризации и продлить срок службы КА.
Библиографические ссылки
1. Космическая электроэнергетика сегодня и завтра / А. С. Коротеев, Е. М. Кошеляев, А. И. Решмин // Известия РАН. Энергетика. 2001. № 5. С. 3-16.
2. Летин В. А. Проблемы электризации солнечных батарей космических аппаратов // Космонавтика и ракетостроение. 2008. № 1 (30). С. 43-50.
3. Новикова Л. С. Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов: Модель космоса. 8-е изд. Т. 2. М. : КДУ, 2007. 1143 с.
4. Дорофеев Р. Ю. Алгоритм для моделирования электризации КА в орбитальных условиях эксплуатации // Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий : сб. тез. IV Всерос. науч.-техн. конф. (15-17 июня 2011 г.). М. : Радиотехника, 2011. С. 562-567.
5. Комягин С. И., Соколов А. Б. Математическая модель электромагнитной стойкости. Электромагнитная совместимость и проектирование электронных средств : сб. научных трудов. М. : МИЭМ. 2008. С. 19-21.
References
1. Space Electric Power Industry Today and Tomorrow / Koroteev AS, Koshelyaev EM, Reshmin AI // Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Power Engineering. 2001. №. 5. P. 3-16.
2. Letin V. A. Problems of electrification of solar batteries of space vehicles. Astronautics and rocket science. 2008. No. 1 (30). Р. 43-50.
3. Novikova. L. S. The impact of the space environment on the materials and equipment of space vehicles: the Space Model. 8 th ed. T. 2; under the editorship. M. : KDU. 2007. 1143 p.
4. Dorofeev R. Yu. Algorithm for simulation of spacecraft electrification in orbital operating conditions. Proceedings of the IV All-Russian scientific and technical conference "Actual problems of rocket and space instrument making and information technologies". June 15-17, 2011 M. : Radio engineering, 2011. Р. 562-567.
5. Komyagin S. I., Sokolov A. B. Mathematical model of electromagnetic stability. Electromagnetic compatibility and design of electronic facilities. Collection of scientific papers. Moscow, MIEM. 2008. Р. 19-21.
© Мартынова Е. Ю., Пестов А. Б., 2018
