Аппаратура регулирования и контроля системы электропитания перспективного пилотируемого транспортного корабля

Целью работы является решение комплекса задач, направленных на выполнение сложных тактико-технических требований, предъявляемых к аппаратуре регулирования и контроля (АРК) систем электропитания (СЭП) перспективных космических аппаратов, обусловленных необходимостью обеспечения высоких показателей надежности аппаратуры при эксплуатации в условиях воздействия внешних воздействующих факторов (вакуум, виброударные нагрузки, радиация, отсутствие конвективного охлаждения), а также достижения высоких массогабаритных показателей аппаратуры и ее высокой функциональности.

Сложность решения задач обусловлена необходимостью обеспечения противоречивых по физической сути требований – высоких показателей энергетической плотности, массогабаритных характеристик, надежности и долговечности.

В полной мере указанные проблемы относятся и к аппаратуре регулирования и контроля системы электропитания перспективного пилотируемого транспортного корабля (АРК ППТК) нового поколения, на примере проектирования которого показан вариант решения указанных задач.

Наиболее рациональным способом устранения указанных противоречий можно назвать повышение удельных энергетических показателей основных составляющих устройств АРК – силовых преобразователей, которого возможно достичь путем использования современной силовой электронной компонентной базы, применения новых материалов и полуфабрикатов, например, печатных плат с металлическим теплоотводом, а также повышения плотности компоновки при проектировании.

В свою очередь, определяющим решением является выбор оптимальной структуры силового преобразователя, обеспечивающего наилучшую энергетическую эффективность.

Дополнительным путем уменьшения массогабаритных показателей АРК является применение цифрового способа управления, сбора телеметрической информации, приема и обработки команд.

В то же время, напротив, для обеспечения заданных показателей надежности аппаратуры необходимо использовать избыточное резервирование на уровне элементов (для силовых компонентов) и принципы мажоритарного резервирования на уровне функциональных блоков (для схем управления и телеметрии).

На примере разработанной предприятием ЗАО «Орбита» АРК представлены основные параметры СЭП космического корабля нового поколения, рассмотрены важнейшие подсистемы электропитания: подсистема регулирования солнечной энергии и подсистема хранения электроэнергии, способы их построения для реализации заданных требований с учетом предложенных решений.

В результате проведенной работы выбраны оптимальные структуры силовых преобразователей – регулятора тока солнечной батареи и регулятора тока аккумуляторной батареи, представлены основные принципы резервирования силовых компонентов, обеспечивающих работоспособность аппаратуры в случае единичного отказа любого компонента без потери работоспособности и ухудшения параметров АРК в целом.

Для оптимальной компоновки и высокой надежности АРК использованы блочно-модульный способ построения, обеспечивающий равномерный отвод тепла от электронных компонентов, что особенно важно в условиях вакуума, минимизация габаритов и массы АРК, а также высокая механическая прочность конструкции.

Реализованные принципы построения АРК для ППТК с использованием указанного подхода позволят увеличить срок активного существования (САС), повысить надежность КА с одновременным снижением массогабаритных показателей.