Основа КА Лекции Пузин

БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

При затенении СБ в результате манёвров КА или входа в тень планеты выработка энергии фотоэлектрическими преобразователям прекращается, поэтому систему энергопитания дополняют химическими аккумуляторами (буферные химические батареи).

Аккумуляторные батареи. Самыми распространёнными в космической технике являются никель-кадмиевые аккумуляторы, так как они обеспечивают наибольшее количество циклов заряд- разряд и имеют лучшую стойкость к перезаряду. Эти факторы выходят на первый план при сроках службы аппарата более года. Другой важной характеристикой химического аккумулятора является удельная энергия, определяющая массо-габаритные характеристики батареи. Ещё одна важная характеристика — это надёжность, так как резервирование химических аккумуляторов крайне нежелательно из-за их высокой массы. Используемые в космической технике аккумуляторы, включая литий-ионные, как правило, имеют герметичное исполнение; герметичность обычно достигается с помощью металло-керамических уплотнений.

Кбатареям также предъявляются следующие требования:

-высокие удельные массогабаритные характеристики;

-высокие электрические характеристики;

-широкий диапазон рабочих температур;

-возможность зарядки низкими токами;

-низкие токи саморазряда.

Помимо основной функции аккумуляторная батарея может играть роль стабилизатора напряжения бортовой сети, так как в рабочем диапазоне температур её напряжение меняется мало при изменении тока нагрузки.

Топливные элементы. Топливные элементы имеют высокие показатели по массо-габаритным характеристиками и удельной мощности по сравнению с парой солнечные батареи и химический аккумулятор, устойчивы к перегрузкам, имеют стабильное напряжение, бесшумны. Однако они требуют запаса топлива, потому применяются на аппаратах со сроком нахождения в космосе от нескольких дней до 1—2 месяцев.

15

БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Используются в основном водород-кислородные топливные элементы, так как водород обеспечивает наивысшую калорийность, и, кроме того, образовавшаяся в результате реакции вода может быть использована на пилотируемых космических аппаратах. Для обеспечения нормальной работы топливных элементов необходимо обеспечить отвод образующихся в результате реакции воды и тепла. Ещё одним сдерживающим фактором является относительно высокая стоимость жидкого водорода и кислорода, сложность их хранения.

Радиоизотопные источники энергии. Радиоизотопные источники энергии используют в

основном в следующих случаях:

-высокая длительность полёта;

-миссии во внешние области Солнечной системы, где поток солнечного излучения мал (Кассини-

Гюйгенс, New Horizons и т. д.);

-разведывательные спутники с радаром бокового обзора из-за низких орбит не могут использовать солнечные батареи, но испытывают высокую потребность в энергии (УС-А, Космос- 1818 и т. д.).

Автоматика системы энергопитания. В неё входят устройства управления работой энергоустановки, а также контроля её параметров. Типичными задачами являются: поддержание в заданных диапазонах параметров системы: напряжения, температуры, давления, переключения режимов работы, например, переход на резервный источник питания; распознавание отказов, аварийная защита источников питания в частности по току; выдача информации о состоянии системы для телеметрии и на пульт космонавтов.

Приборы автоматики СЭП предназначены для обеспечения требуемого качества напряжения на выходе СЭП в заданном диапазоне токовой нагрузки и состоят из:

-регуляторов избыточной мощности ;

-блоков коммутации батарей .

16

СИСТЕМА АВАРИЙНОГО СПАСЕНИЯ

Система аварийного спасения (САС) — бортовая система для спасения экипажа космического корабля в случае возникновения аварийной ситуации на ракете-носителе (РН). При штатном полёте САС отделяется от РН после достижения безопасной высоты.

При аварии на больших высотах спасение экипажа может осуществляться отделением спускаемо- го аппарата (или всего космического корабля) от ракеты-носителя с последующим полётом его по траектории спуска и торможением в атмосфере.

Может быть осуществлено спасение космонавтов на последних этапах предстартовой подготовки, когда технический персонал уже покинул башню обслужива- ния, и ракета начинает активно готовиться к запуску. Поэтому ровно за 15 минут до намеченного старта приво- дится в готовность двигательная установка САС. С этого момента и до подъёма в верхние слои атмосферы она способна в любой момент оторвать корабль с экипажем от аварийной ракеты, увести его в сторону и обеспечить мягкую посадку.

Запуск двигателей САС на старте РН осуществляется по команде с наземного комплекса управления. На орбите выведения автоматически.

В состав САС входят основные ракетные двигатели на твердом топливе и двигатели увода.

1717

СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА

Система обеспечения теплового режима (СОТР) - комплекс средств в составе КА для обеспечения его теплового режима в процессе автономного полета . В состав СОТР в общем случае входят как средства активного регулирования теплообмена и переноса теплоты , объединяемая общим названием “ система терморегулирования”, так и средства пассивного терморегулирования - конструктивные элементы, организующие теплообмен излучением и теплопроводностью (покрытия или обработка, обеспечивающие определенные оптические характеристики поверхностей, тепловая изоляция и теплозащита и т.д.).

Поддержание заданного теплового режима осуществляется организацией как внешнего теплообмена КА с окружающим пространством, так и внутреннего теплообмена и распределение теплоты между элементами КА. Однако тепловое состояние КА определяется не только специально организованными тепловыми связями, но в существенной степени и теплофизическими свойствами всех элементов конструкции.

Вбольших и сложных КА эффективным средством подобной организации теплового режима является промежуточный газовый или жидкий теплоноситель, который конструктивно связывается с зонами теплового обеспечения посредством различного рода теплообменных устройств: газожидкосные агрегаты, радиаторы-охладители, воздушные вентиляторы.

Для стабилизации температур в КА и сведения к минимуму возможных ее колебаний, а также с целью сведения к минимуму нерегулируемого теплообмена с окружающим пространством при создании СОТР в практике конструирования КА широко применяется специальная высокоэффективная теплоизоляция – экранно-вакуумная теплоизоляция (ЭВТИ). конструктивных элементов, образующих внешние элементы конструкции КА.

Впрактической работе по созданию СОТР КА могут быть выделены два взаимосвязанных направления

:разработка системы терморегулирования (СТР) и разработка средств пассивного терморегулирования. Под СТР понимают комплекс средств, обеспечивающих регулирование теплообмена и передачу тепла с

помощью теплообменных устройств и специальных агрегатов.

1818

СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Система обеспечения жизнедеятельности в СА КА типа «БИОН-М» должна обеспечивать поддержание газового состава и влажностного режима в заданных пределах при проведении медико-биологических экспериментов на млекопитающих в период предполётной подготовки (не более 4 суток), в орбитальном полёте продолжительностью (до 30 суток), во время спуска и поиска (не более 1 суток) на месте приземления.

Внормальных условиях жизнедеятельность человека и животных может протекать в довольно узком диапазоне параметров внешней среды. Поэтому при проектировании комплексной системы обеспечения жизнедеятельности стремятся формировать в отсеках пилотируемых КА и СА микроклиматические условия, близкие к комфортным: давление - 660 … 860 мм рт.ст.; температуру - 20 … 250С; относительную влажность - 40 … 70%; скорость движения воздуха - 0,1 … 0,4 м/с; парциальное давление кислорода - 140 … 200 мм рт.ст.; парциальное давление углекислого газа - не более 10 мм рт.ст.

Выбор той или иной системы обеспечения жизнедеятельности экипажа КА определяется в основном длительностью существования объекта. При длительных полётах представляется целесообразным максимально использовать вещества, выделяемые в процессе жизнедеятельности человека.

Внастоящее время использование физико-химических методов регенерации и кондиционирования воздуха, сбора и очистки воды позволяют обеспечить практически полный кругооборот по кислороду и воде. На борту пилотируемом КА и орбитальной космической станции комплекс средств жизнеобеспечения решает широкий круг задач по созданию, поддержанию и контролю комфортных условий существования человека и работы технической аппаратуры.

Аппаратные средства СОЖ объединены в группы, решающие частные функциональные задачи:

-средства обеспечения газового состава;

-средства водообеспечения;

-средства обеспечения питанием;

-санитарно-гигиеническое оборудование;

-средства пожарообнаружения и пожаротушения;

-скафандры.

1919

СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Средства обеспечения газового состава предназначены для:

-обеспечения экипажа кислородом из расчета среднесуточного потребления одним человеком 25 л/ч;

-удаления углекислого газа из атмосферы из расчета среднесуточного выделения одним человеком 20 л/ч;

-удаления из атмосферы газообразных микропримесей;

-контроля газового состава по параметрам микроклимата Робщ, РО2, РСО2, РН2О, РСО, РН2;

-сигнализации о превышении РСО2, РСО, РН2 выше нормы и понижении РО2 ниже нормы;

-сигнализации о негерметичности модуля;

-сигнализации о падении Робщ ниже заданной величины настройки;

-выравнивания давления между отсеками, стравливания давления из шлюзовых отсеков и наддув их;

-поддержания заданного перепада давления между рабочим отсеком и переходной камерой;

-контроля герметичности большой полости стыковочных узлов.

Требования к СОЖ:

-Высокая надежность на весь период функционирования КА с элементами дублирования систем;

-Минимальные габариты и массовые характеристики;

-Минимальное энергопотребление;

- Безопасность работы и экологическая безопасность функционирования;

-Минимальная стоимость разработки , производства и технического обслуживания;

-Ремонтопригодность;

-Унификация аппаратных средств и приемственность работы с элементами СОЖ.

2020

БОРТОВОЙ КОМПЛЕКС УПРАВЛЕНИЯ

Бортовая аппаратура командно-измерительной системы (КИС) предназначена для обмена командно-

программной информацией между бортовым и наземным комплексом управления. БА КИС должна обеспечивать решение следующих задач:

–передача командно-программной информации на борт ( скорость 750 бит/с);

–передача ИОК с борта (скорость 375 бит/с);

–проведение измерения текущих навигационных параметров (ИТНП);

–вхождение в связь при функционировании КА в неориентированном полете;

–вхождение в связь КИС с наземной станцией по инициативе НКУ, а также при длительном незапланированном (более 17 ч 50 мин) отсутствии связи.

КИС функционирует в следующих режимах:

–непрерывном, в котором обеспечивается возможность перевода КИС в любой другой режим;

–сеансном, в котором обеспечивается решение задач сеанса связи;

–дежурном, в котором обеспечивается возможность перевода БА КИС в сеансный режим по инициативе наземной станции.

Система управления движением (СУД) обеспечивает:

− перевод КА за заданное время из неориентированного положения в солнечную ориентацию (СО), перевод из неориентированного положения в режим орбитальной ориентации (ОСК);

− солнечную ориентацию КА с погрешностью (P = 0,997) по угловому положению не более 5° и угловыми скоростями стабилизации не более 0,06°/с по каналу крена и рыскания и тангажа; − ориентацию КА в орбитальной системе координат с погрешностями по каждому из каналов не более

±50' при формировании в БКУ текущих ПДЦМ и ±1,5° при их отсутствии; − управление движением центра масс КА при выполнении маневров; − управление движением КА относительно его центра масс;

− выдачу разгонного или тормозного импульса (в ОСК) с погрешностью не более 3,5° и по модулю – не более ±0,45 м/с;

−выдачу команды на выключение КТД при достижении заданного значения кажущейся скорости.

2121

БОРТОВОЙ КОМПЛЕКС УПРАВЛЕНИЯ

В составе БКУ КА в качестве центрального вычислительного звена управления используется бортовая вычислительная система (БВС). БВС как правило имеет 3-х кратное резервирования и состоит из специализированной цифровой вычислительной машины, средств управления устройствами сопряжения и устройств сопряжения с абонентами.

БВС обеспечивает следующие виды обмена с бортовой аппаратурой:

-обмен по мультиплексному каналу обмена по ГОСТ Р 52070-2003 (ГОСТ 26765.52-87);

-прием сигналов прерывания;

-выдачу команд управления;

-прием аналоговой информации.

Бортовое синхронизирующее координатно-временное устройство (БСКВУ) решает следующие задачи:

-формирование по информации, полученной от ГНСС «ГЛОНАСС/GPS», и хранение шкалы времени (ШВ) БСКВУ;

-определение и выдачу в БКУ по результатам навигационных измерений относительно ГНСС ГЛОНАСС или ГНСС ГЛОНАСС и GPS параметров движения центра масс (ПДЦМ) КА;

-выдача потребителям высокостабильных синхронизирующих сигналов и оцифровки секундных интервалов ШВ БСКВУ; Информационный обмен БСКВУ с БВС осуществляется по МКО ГОСТ Р 52070-2003.

Система спутниковой навигации (ССН), работающая по радионавигационным системам ГЛОНАСС и GPS, обеспечивает оперативное определение параметров движения центра масс КА для использования в БКУ и НКУ. ССН состоит из навигационной аппаратуры и программного обеспечения, реализуемого в БВС БКУ. В качестве навигационной аппаратуры используется бортовое синхронизирующее координатно- временное устройство (БСКВУ). Получаемая из БСКВУ первичная навигационная информация используется для дальнейшей обработки в программном обеспечении ССН в целях определения параметров орбитального движения КА.

2222

БОРТОВОЙ КОМПЛЕКС УПРАВЛЕНИЯ

Система трансляции команд и распределения питания (СТКРП) КА предназначена для управления системами и агрегатами, находящимися в приборном отсеке, агрегатном отсеке, в спускаемом аппарате и устанавливаемыми снаружи КА.

СТКРП обеспечивает выполнение заданных функций в процессе штатной работы, при испытаниях и подготовке КА на заводе – изготовителе, техническом комплексе, стартовом комплексе по командам управляющих систем (БВС, КИС и АНИК) и сигналам датчиковой аппаратуры.

СТКРП обсуществляет:

-прием сигнала с датчиков отделения КО (контакт отделения), формирование КУ «КО», размножение ее и выдачу в бортовую аппаратуру;

-прием КУ от БВС, РК и РКНВ от БА КИС, команд взаимного управления от БА, трансляцию их по системам и, при необходимости, размножение;

-подачу напряжения питания СЭП на БА без коммутации;

-коммутацию напряжения питания на БА с обеспечением, при необходимости, токовой защиты;

-преобразование сигналов контактных датчиков в управляющие воздействия по каналам прерывания и индикаторов;

-формирование цепей управления и управляющих воздействий на пиротехнические средства;

-трансляцию и размножение технологических КУ;

-преобразование двухпозиционного матричного кода с АНИК в команды управления и трансляцию их на системы;

-технологическую коммутацию напряжений питания систем на измерители АНИК.

Напряжение питания на выходе СТКРП – входе БА может составлять от 23,0 до 32,0 В при установившихся токах нагрузки. Возможны просадки напряжения питания до 22,0 В длительностью 200 мс при импульсных токах нагрузки в сети.

2323

БОРТОВОЙ КОМПЛЕКС УПРАВЛЕНИЯ

Объединенная двигательная установка (ОДУ) по командам от системы управления КА включается и создает импульсы реактивных тяг для перехода с орбиты выведения на рабочую орбиту, изменения параметров орбиты КА, спуска СА и управления угловым положением КА при его ориентации и стабилизации.

В состав ОДУ входят:

-корректирующе-тормозной двигатель (КТД), установленный в кардановом подвесе. Направление оси двигателя и соответственно вектора тяги обеспечиваются приводами;

-две группы управляющих ЖРДМТ (основная и резервная) по восемь ЖРДМТ в каждой. Каждая группа управляющих ЖРДМТ отделена электроклапанами от общих магистралей питания компонентами топлива;

-вытеснительная система хранения и подачи компонентов топлива с требуемыми параметрами к КТД и управляющим ЖРДМТ;

-датчики контроля количества компонента в баке;

-кабельная сеть, передающая команды от системы управления КА на исполнительные элементы ОДУ (электроклапаны, пироклапаны, привода) и сигналы с датчиков ОДУ в систему управления и бортовую информационно-телеметрическую систему КА;

-узлы стыковки блоков ОДУ с КА и с защитными экранами агрегатного отсека.

Номинальная тяга двигателя на установившемся режиме работы: КТД 2945 Н, ЖРДМТ 25,4 Н. Автоматика системы приземления (АСП) спускаемого аппарата предназначена для формирования и

выдачи команд на исполнительные органы средств приземления, для управления радиотехническими средствами обеспечения поиска (РТС ОП) и системой измерения малых высот (СИМВ).

Блок барореле (ББР) предназначен для выдачи на участке спуска СА, при достижении соответствующего атмосферного давления, в прибор коммутации команды на отстрел крышки парашютного люка (ОКПЛ) и запуск программно-временное устройство (ПВУ), которое формирует и выдает временные метки в прибор коммутации (ПК).

2424