CC BY
54
УДК 629.78
Сулейменова1 А. С., Ырыскелди1 Н.Г., Ибилдаев1 Б. К., Ергалиев1 Д. С,, Мерили2 Н.А,
1Евразийский Национальный Университет им. Л.Н. Гумилева, Астана, Казахстан 2гимназия №48 Астана, Казахстан
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО РАСЧЕТА СИСТЕМЫ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ (КДИЗДТ-З)
В статье дается краткий обзор систем электроснабжения космических аппаратов. Рассмотрены структурные схемы параллельной, параллельно-последовательной низковольтных систем. Рассматривается предварительный расчет разработки математического и программного обеспечения системы энергоснабжения. Ключевые слова:
Система электроснабжения (СЭС), Дистанционного Зондирование Земли (ДЗЗ), солнечная батарея, KazSat-3, зарядно-разрядный регулятор.
Введение
Изучение и освоение космического пространства требуют разработки и создания космических аппаратов различного назначения. В настоящее время наибольшее практическое применение получают автоматические непилотируемые космические аппараты для формирования глобальной системы связи, телевидения, навигации и геодезии, передачи информации, изучения погодных условий и природных ресурсов Земли, а также исследования дальнего космоса. Для их создания необходимо обеспечить очень жесткие требования по точности ориентации аппарата в космосе и коррекции параметров орбиты, а это требует повышения энерговооруженности космических аппаратов. Одной из важнейших бортовых систем любого космического аппарата, которая в первую очередь определяет его тактико-технические характеристики, надежность, срок службы и экономическую эффективность, является система электроснабжения. Поэтому проблемы разработки, исследования и создания систем электроснабжения космических аппаратов имеют первостепенное значение.
Основная часть
Система энергоснабжения КА является одной из важнейших систем, обеспечивающих работоспособность КА. Система энергоснабжения КА предназначена для обеспечения электроэнергией в необходимом количестве и заданного количества приборов и агрегатов КА при его выведении на орбиту ИСЗ, автономном полете и спуске на Землю. Основные требования, предъявляемые к системе энергоснабжения KazSat-3: - необходимый запас энергии для совершения всего полета; - надежная работа в условиях невесомости;
- необходимая надежность, обеспечиваемая резервированием (по мощности) основного источника и буфера;
- отсутствие выделений и потребления газов;
- способность работать в любом положении в пространстве;
Система электроснабжения генерирует энергию, преобразует и регулирует её, запасает её для периодов пикового потребления или работы в тени, а также распределят её по космическому аппарату. Подсистема электроснабжения может также преобразовывать и регулировать напряжение или обеспечивать ряд уровней напряжений. Она часто включает и выключает аппаратуру и, для повышения надёжности, защищает от короткого замыкания и изолирует неисправности. Конструкция подсистемы зависит от космической радиации, которая вызывает деградацию солнечных батарей.
Главная особенность КазSat-3 для Казахстана связывается со следующим: экономическая эффективность использования этой технологии не связана с плотностью населения в регионе, так как зона охвата спутника составляет 20% поверхности Земли. Создание новых космических проектов в Казахстане удовлетворяет потребности в разных услугах, в том числе в связи, обеспечивает дистанционное зондирование Земли и услуги высокоточных спутниковых навигационных систем, наряду с этим дает возможность для создания конкурентоспособной космической отрасли как научного и высокотехнологичного сектора экономики.
Структурная схема системы энергоснабжения KazSat-3 представлена на рисунке 1. Из рисунка
видно, что подсистема энергоснабжения обеспечивает генерацию, хранение, распределение и управление потоками электроэнергии на борту космического аппарата.
Рассмотрим основные компоненты системы энергоснабжения. Источник электрической энергии предназначен для генерирования энергии на борту космического аппарата. Для космических аппаратов наибольшее применение находят три типа источников энергии: массивы фотоэлектрических преобразователей или солнечные батареи, статические источники энергии и динамические источники энергии. Классификация источников электрической энергии представлена на рисунке 2.
Основными компонентами системы энергоснабжения космического аппарата являются солнечная батарея, зарядно-разрядное устройство и аккумуляторная батарея. Прежде чем приступить к созданию программного обеспечения имитирующего работу системы энергоснабжения наноспутника, необходимо разработать ее математическую модель. Математическая модель системы энергоснабжения наноспут-ника должна включать в себя:
- математическую модель движения наноспутника на солнечно- синхронной орбите;
- математическую модель солнечной батареи;
- математическую модель аккумуляторной батареи;
- математическую модель зарядно-разрядного устройства.
Далее на основе разработанных математических моделей необходимо разработать алгоритмы функционирования каждого компонента системы энергоснабжения. Используя полученные алгоритмы можно перейти к реализации программного обеспечения системы энергоснабжения наноспутника.
На сегодняшний день солнечные батареи считаются одним из самых надёжных и достаточно хорошо отработанных вариантов обеспечения космического аппарата энергией. Солнечная батарея - источник электрической энергии в системе энергоснабжения КА, состоящий из полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей и несущей конструкции, на которой укрепляются преобразователи.
Вольтамперная характеристика солнечной батареи в общем виде описывается выражением:
где /к.з - ток короткого замыкания; мгновенное
значение выходного напряжения; максимальное
выходное напряжение (напряжение холостого хода); ¡опт - оптимальный ток солнечной батареи, т.е. ток, соответствующий максимальной мощности; иопт- оптимальное выходное напряжение солнечной батареи.
Накопитель электрической энергии является неотъемлемой составной частью подсистемы энергоснабжения космического аппарата. KazSat-3 оснащенный фотоэлектрическим генератором электроэнергии, требует систему накопления энергии для обеспечения пикового потребления бортового оборудования и организации его энергоснабжения
на неосвещенной части орбиты. Накопление электроэнергии обычно обеспечивается с помощью аккумуляторной батареи, хотя в некоторых случаях
могут рассматриваться и альтернативные варианты накопителей, например на базе маховика или топливных элементов.
Рисунок 1 - Структурная схема системы энергоснабжения космического аппарата KazSat-3
Рисунок 2 -
Требуемую емкость аккумуляторной можно рассчитать следующим образом:
Источники электрической энергии батареи
Где Рп - потери в аккумуляторной батарее; Тт- продолжительность теневого участка орбиты; Рср- средняя потребляемая мощность.
Заключение
В данной работе была разработана имитационная модель системы энергоснабжения наноспутника (КазSat-3). Данная имитационная модель позволяет отследить изменение основных параметров системы энергоснабжения при движении КА по орбите таких как, выходная мощность солнечных батарей, ёмкость, уровень заряда, напряжение аккумуляторных батарей и т.д.
ЛИТЕРАТУРА
1. Петровичев М.А., Гуртов А.С. Система энергоснабжения бортового комплекса космических аппаратов.
2. Тищенко, А.К. Анализ и выбор оптимальной структуры СЭС для КА нового поколения.
3. Тищенко, А.К. Особенности проектирования зарядно-разрядных устройств для аккумуляторных батарей космических аппаратов
4. Кантор Л.Я. Справочник по спутниковым системам связи. - М.. Радио и связь. 1997
5. Информация с сайтаwww.intelsat.com
6. Мордухович Л.Г. Системы радиосвязи: Курсовое проектирование. - М.. Радио и связь. 1987.
7. Евстифеев A.A. Модели минимизации направленного ущерба транспортной системы при отсутствии информации / A.A. Евстифеев, Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2009. № 11. С. 137-145.
8. Белов А.Г. Программное обеспечение среды Android для подготовки инженера-конструктора электронных средств / А.Г. Белов, И.И. Кочегаров // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 1. С. 275-277.
9. Космический аппарат «KazSat-3»// [Интернет страница компании «Республиканский центр космической связи»]. URL:http://www.rcsc.kz/index.php?option=com content&view category&lay-out=blog&id=64&Itemid=2 8 6&lang=ru.
УДК 004.942
Павлова Л.В., Романчева Н.И,
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет гражданской авиации» (МГТУ ГА), Москва, Россия
МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АВИАПЕРЕВОЗКАМИ
В настоящей статье рассмотрен подход к верхнеуровневой формализации модели системы управления авиаперевозками с целью автоматизации процесса. В качестве целевой функции модели управления авиаперевозками используется уравнение качества предоставляемой услуги (аваиперевозки), ограничения накладываются на временные, трудовые, материальные и финансовые ресурсы. На основании полученного уравнения оказания услуг по авиаперевозкам сформулированы основные три стратегии управления авиаперевозками.
Ключевые слова:
система управления авиаперевозками, модель системы управления авиаперевозками, оптимизация.
Введение
На протяжении десятилетий задача создания эффективных систем управления авиаперевозками (СУА) не теряет актуальности при решении проблемы совершенствования транспортных комплексов. Требования по модернизации и развитию систем управления авиаперевозками сложно гармонизировать, т.к. авиаперевозкам присуща двойственность в постановке оптимизационных задач: при постоянном росте интенсивности воздушных перевозок необходимо обеспечивать требуемый уровень безопасности полетов и их качества, при максимизации прибыли стремиться к минимизации требуемых трудовых, материальных и финансовых ресурсов.
Целями на пути к созданию эффективной системы управления авиаперевозками являются:
- повышение эффективности прогнозирования производственно-экономических показателей авиаперевозок в мире/стране/регионе/авиакомпании/направлении;
- повышение точности и достоверности принимаемых решений в условиях многоальтернативного выбора и сложной конкурирующей конъюнктуры рынка.
Для проведения оценки эффективности и оптимизации авиаперевозок актуальными видятся следующие проблемы:
- разработка общей системной модели деятельности авиакомпании;
- определение комплексности и многосвязности исследуемой системы;
- обоснование применяемого принципа декомпозиции системы на более мелкие подсистемы, поддающиеся исследованию с помощью точных методов.
Основная часть
Постановка задачи
Сложность моделирования системы управления авиаперевозками заключается в том, что данная отрасль (авиаперевозки) одновременно является и производственной структурой, и сферой предоставления услуг. Задача построения адекватной обобщенной математической модели системы управления авиаперевозками представляется задачей сложно формализуемой и вряд ли будет решена в ближайшее время.
Ввиду вышеизложенного для проведения анализа и синтеза модели управления авиаперевозками целесообразно ограничить выбор наиболее важными и
критичными аспектами этого процесса, оказывающими значительное влияние на эффективность СУА. В первую очередь, это стратегические управленческие решения на отдаленную перспективу. Принятие оперативных решений, по мнению автора, не представляет большого научного интереса, так как имеющаяся информация в момент принятия решения, как правило, является достаточно достоверной. В случае же перспективных решений, информация носит вероятностно-статистический характер, так как рынок авиаперевозок может изменять свои состояния непредсказуемо (экономические кризисы, дефолты, чрезвычайные ситуации и т.п.).
Таким образом, построение модели системы управления авиаперевозками сводится к формализации процесса принятия управленческих решений по одному из направлений функционирования авиаперевозок (будь то составление расписания полетов, планирование сети маршрутов и состава парка ВС, расстановка ВС по рейсам, управление доходами, прогнозирование спроса и т.д.)
При решении задачи необходимо руководствоваться основными постулатами теории управления сложными системами. [1]
Основными ограничениями в оптимизационных задачах управления авиаперевозками являются ресурсы (временные, трудовые, материальные и финансовые), и спрос на авиаперевозки.
В качестве дополнительных ограничений могут быть введены минимальное количество рейсов, пропускная способность аэропортов, трудовые нормы работы экипажа и пр.
При постановке оптимизационных задач специфика авиаперевозок заключается в характерной двойственности процесса. С одной стороны, требуется полное удовлетворение потребности спроса на авиаперевозки. С другой стороны, авиаперевозки должны быть прибыльны и рентабельны, что не всегда совпадает с полным удовлетворением спроса при минимальном использовании ресурсов. Отсюда возникает необходимость решения задачи максимизации удовлетворения спроса при определенных ресурсных затратах.
Таким образом, общая задача оптимизации управления перевозками определяется в математическом виде как двойственная задача на минимакс. [4]
