Тема 6. Проектирование системы электропитания (сэп) ка.

Назначение, анализ требований, формирование состава и структуры, их возможных альтернатив. Режимы работы и контроль работоспособности системы. Выбор основных обобщенных характеристик.

Лекция 18-21.

1 Назначение системы

Система электропитания (СЭП) предназначена для обеспечения бортовых систем и агрегатов КА электроэнергией по заданной циклограмме на всех этапах его функционирования. В наиболее общем виде этапами функционирования КА являются:

-наземные испытания;

-участок выведения КА на заданную траекторию (орбиту) полета;

-функционирование КА по заданной циклограмме.

СЭП должна обеспечивать питание бортовых систем КА при работе по заданным циклограммам (зависимостям мощности электропотребления от времени) с заданными значениями среднесуточной и пиковой мощности потребления, выходных напряжений во всех штатных режимах. Импульсные помехи и пульсации по цепям питания, а также единичные броски напряжения на бортовой шине питания не должны превышать заданных значений.

2 Состав системы

Состав СЭП в основном определяется условиями функционирования КА, циклограммами электропотребления (зависимостями мощности электропотребления от времени) и временем его существования с учетом ограничений на габаритные и массовые характеристики. Наиболее широкое применение на КА нашли СЭП, построенные по схеме “генератор - накопитель”. Для большого ряда СЭП КА в качестве генератора (первичного источника) и накопителя электроэнергии в системе целесообразно применение солнечных и аккумуляторных батарей. Для широкого диапазона условий функционирования и длительностей существования КА, а также мощности потребления бортовыми системами и агрегатами, указанные источники электроэнергии являются наиболее надежными и имеют низкую стоимость.

Состав СЭП:

- солнечные батареи (СБ);

- аккумуляторные батареи (АБ);

- устройство управления и автоматики;

- кабельная сеть.

Структурная схема СЭП на базе СБ и АБ представлена на рис. .

Структурная схема СЭП на базе СБ и АБ

Обозначения, принятые на рисунке: КАС - комплекс автоматики и стабилизации напряжения; БККУ - блок контроля, коммутации и управления; СН - стабилизатор напряжения; В1,…,Вi – вентили; ЗУ1,…, ЗУi - зарядные устройства; ДМН - сигнал с датчика минимального давления; СБ - солнечная батарея; ОН - сигнал "Отключение нагрузки"; ДТ - датчик температуры; Uбс, АБ - потенциальные цепи с СБ и АБ; БВС КА - бортовая вычислительная система КА; РК – радиокоманды; ДДЭ - аналоговый датчик давления; АБ1,…, АБi - аккумуляторные батареи; К, К1,…, Кi – коммутаторы; СЭПНЕ - обобщённый сигнал аномальной работы СЭП; ДТ - датчики телеметрические; СД - сигнализатор давления; ТМИ - телеметрическая информация; РК – радиокоманды; КПИ - командно-программная информация.

2.1 Солнечная батарея

В зависимости от компоновки КА солнечная батарея (СБ) может состоять из ряда секций и панелей. Каждая секция состоит из следующих типовых элементов:

-панели (обычно нетермостатируемые);

-диодный блок;

-датчик или датчики положения Солнца;

-температурные датчики;

-кабельная сеть.

Электрическое соединение панелей между собой осуществляется посредством кабельной сети. Каждая из панелей является электрически независимым генератором тока. Все панели в основном идентичны. Отличия могут заключаются в отсутствии или наличии транзитных кабелей, в типах установленных соединителей и температурных датчиков, конструктивном исполнении.

Для защиты от космических лучей, микрочастиц и ультрафиолетового излучения Солнца на каждый фотоэлектрический преобразователь (ФЭП) приклеивается (обычно специальным каучуком) защитное стекло, а для обеспечения эквипотенциальной поверхности панелей стекло металлизируется токопроводящей прозрачной пленкой из окиси индия.

Элементы ФЭП с наклеенными защитными стеклами крепятся к подложке панели специальным герметиком .

В качестве ФЭП СБ применяются различные типы (представлены перспективные значения коэффициента полезного действия).

Тип ФЭП	Коэффициент полезного действия, %
Арсенид галлия (GaAs)	25
Кремний (монокристаллический)	23
Кремний (поликристаллический)	18
Фосфид индия (InP)	18
Медно-индиевый диселенид (CIS)	17
Теллурид кадмия (CdTe)	16
Кремний (аморфный)	12

Для защиты энергетической схемы панели от влияния затенения и внезапных отказов вводятся шунтирующие диоды, перекрывающие каждый по несколько ФЭП последовательной цепи энергетической схемы. Шунтирующие диоды обычно прикрепляются к тыльной поверхности панели.

Диодный блок предназначен для исключения разряда аккумуляторных батарей через СБ на теневых участках орбиты и при потере ориентации на Солнце. Диодный блок пропустит ток от СБ к нагрузке и заблокирует обратный ток в случаях, когда напряжение какой-либо панели СБ окажется меньше выходного напряжения аккумуляторной батареи или СБ в целом. Диодный блок содержит несколько пар диодов. Каждая пара диодов, соединенных между собой параллельно, подключена к панелям так, чтобы обеспечить заданный коэффициент нагрузки диода по току.

Датчики положения Солнца предназначены для определения ориентации панелей СБ относительно Солнца, для формирования и выдачи аналогового сигнала, пропорционального косинусу угла между нормалью к рабочей поверхности датчика и направлением на Солнце.

Температурные датчики служат для контроля рабочей температуры ФЭП в течение срока активного существования КА.