Оптимизация массовых характеристик кабельной сети космического аппарата с использованием разработанной системы автоматизированного проектирования "АКАБ"

Решение задачи разработки космических аппаратов со сроком активного существования 15 лет неразрывно связано с вопросами оптимизации массовых характеристик подсистем и конструкции КА, поскольку длительное функционирование космического аппарата на орбите влечет неизбежное увеличение необходимого количества рабочего тела подсистемы коррекции.

Существует несколько аспектов оптимизации массовых характеристик кабельной сети КА:

• 1.    Использование обжимных гильз с целью сращивания проводов.

• 2.    Использование соединителей с обжимными контактами.

• 3.    Применение методов трехмерного моделирования раскладки кабельной сети КА.

• 4.    Оптимизация/минимизация количества межсистемных промежуточных соединителей.

Применение обжимных гильз для соединения проводов различного сечения позволяет оптимизировать кабельную сеть в части ее массовых характеристик при условии обеспечения необходимого падения напряжения. Рассмотрим частный случай: предположим, что для обеспечения требуемого сопротивления цепи необходимо общее сечение проводов не менее 0,35 мм, при этом существует ограничение на максимально допустимое сечение контактов соединителя – 0,12 мм. В этом случае, обеспечить требуемое сопротивление цепи можно применив 3 провода сечением 0,12 мм, задействовав при этом 3 контакта соединителя (рис . 1).

Соединитель 1

Соединитель 2

Рис. 1. Реализация сечения цепи ≥ 0,35 мм тремя проводами сечением 0,12 мм

При использовании обжимной гильзы, 3 провода сечением 0,12 мм сращиваются с одним проводом сечения 0,35 мм (рис. 2). В этом случае, достигается оптимизация массовых характеристик цепи, поскольку удельный вес 3 проводов сечением 0,12 мм больше удельного веса одного провода сечением 0,35 мм, так как: используется большее количество изоляционного материала и имеется запас по сечению – 0,01 мм.

2 з

гильза 2

Соединитель 2

Рис. 2. Реализация сечения цепи 0,35 мм путем сращивания трех проводов сечением 0,12 мм с одним проводом сечением 0,35 мм

Использование обжимных соединителей позволяет осуществлять подгонку длин кабелей не только на этапе их изготовления, а также на этапе их интеграции с конструкцией КА.

Применение методов трехмерного моделирования позволяет достаточно точно определять длины проводов, входящих в кабельные жгуты. Кроме того, трехмерное моделирование позволяет рассчитывать оптимальную геометрию вспомогательных устройств для раскладки кабелей (кронштейны), прослеживать технологический процесс и физическую реализуемость стыковки разъемных соединений КА [1], обеспечивать оптимальную компоновку оборудования КА, а также оптимизировать конфигурацию кабелей при условии обеспечения корректной в части ЭМС прокладки стволов кабельной сети.

Существенный выигрыш в массе кабельной сети может дать минимизация количества применяемых межсистемных промежуточных соединителей. В процессе разработки электрической схемы подсистемы КА интерфейсные цепи (выходящие за пределы разрабатываемой подсистемы в смежные подсистемы, либо, напротив поступающие из смежных подсистем) распределяются в промежуточных соединителях, ответные части которых располагаются в электрических схемах смежных подсистем. Безусловно, применение межсистемных соединителей оправдано в ряде случаев, например, при технических сложностях раскладки кабелей, либо затруднительном процессе изготовления и испытаний сложных кабелей и пр. Однако, в большинстве случаев, использование межсистемных промежуточных соединителей продиктовано стремлением четко разделить границы подсистем и ответственность соответствующих подразделений предприятия. Общее количество межсистемных промежуточных соединителей на КА может составлять порядка 100 шт. Принимая во внимание, что наличие межсистемных промежуточных соединителей подразумевает создание специальных панелей (кронштейнов) для фиксации межсистемных промежуточных соединителей, задача оптимизации их количества стоит в ряду важнейших в части электрического проектирования КА.

Достижение цели оптимизации количества межсистемных промежуточных соединителей средствами разработанной САПР «АКАБ» связано с решением следующих задач:

• 1.    Исследование существующей технологии разработки электрических схем подсистем КА с целью разработки принципов интеграции электрических схем подсистем КА в единую электрическую схему КА, с учетом обеспечения прослеживаемости вносимых схемных изменений на последующих этапах работы с электрической схемой КА.

• 2.    Анализ функциональных возможностей САПР «АКАБ» в контексте выполнения разработанных принципов интеграции электрических схем подсистем КА в единую электрическую схему КА.

• 3.    Разработка недостающих функций и сопряженного с ними пользовательского интерфейса САПР «АКАБ» для реализации разработанных принципов

интеграции электрических схем подсистем КА в единую электрическую схему КА.

Предлагаемые принципы интеграции электрических схем подсистем КА в единую электрическую схему КА предполагают:

• 1)    наличие централизованного органа (подразделения предприятия), непосредственно выполняющего процедуру интеграции электрических схем подсистем КА;

• 2)    последовательную интеграцию подсистем;

• 3)    четкое следование алгоритму взаимодействий с подразделениями – разработчиками электрических схем подсистем КА в случае выявления неоднозначностей при выполнении процедур интеграции электрических схем;

• 4)    полное итоговое соответствие электрических схем подсистем КА единой электрической схеме КА.

Рис. 3 иллюстрирует алгоритм взаимодействий с подразделениями – разработчиками электрических схем подсистем КА в случае выявления неоднозначностей при выполнении процедуры интеграции двух подсистем, при этом обозначены используемые на разных этапах интеграции функции САПР «АКАБ». Перечень и описание и новых функциональных возможностей САПР «АКАБ» и функциональных блоков, разработанных в рамках реализации принципов интеграции электрических схем подсистем КА приведен ниже:

• 1.    Функция блокировки изменения кабельной конфигурации. Указанная возможность введена с целью обеспечения прослеживаемости процесса реконфигурации кабелей при оптимизация количества межсистемных промежуточных соединителей.

• 2.    Функциональный блок объединения проектов. В процессе объединения проектов осуществляется интеграция баз блоков приборов объединяемых проектов с контролем соответствия блоков приборов, соединителей блоков приборов и промежуточных соединителей. Кроме того, осуществляется контроль однозначности использования соединителей. Случай, когда один и тот же соединитель задействован в нескольких подсистемах, но в различных кабельных сборках, либо в одной и той же кабельной сборке, но с разной схемной реализацией, рассматривается как ошибочный и устраняется путем согласования с подразделениями – разработчиками электрических схем интегрируемых подсистем КА. После согласования всех схемных несоответствий на уровне баз блоков приборов осуществляются процедуры объединения моделей одинаковых блоков приборов и преобразования одиночных промежуточных соединителей в парные.

• 3.    Возможность расположения частей кабельной сборки на разных листах общей схемы (возможность расположения частей кабельной сборки на разных листах принципиальной схемы реализовывалась изначально посредством переноса на другой лист ряда контактов, либо соединителей в целом).

• 4.    Сохранение конфигураций кабелей при их объединении путем исключения промежуточных соединителей. Здесь и далее под конфигурацией кабеля подразумевается повив и экранировка проводов, выведе-

• ние экранов на корпус, либо контакт/контакты соединителя, графическое представление соединений кабеля.

• 5.    Сохранение конфигурации кабеля при его разделении промежуточными соединителями.

После завершения интеграции всех подсистем осуществляется окончательная корректировка схемной документации подсистем КА и завершается выпуск единой электрической схемы КА.

Для обеспечения полноты функциональных возможностей САПР «АКАБ» при оптимизации количества промежуточных соединителей в настоящее время ведется разработка ряда функций с целью введения возможности «перераспределения цепей в парных промежуточных соединителях». Другими словами, если существует две пары кабелей, разделенных первой и второй парами промежуточных соединителей соответственно, в ПО должна быть возможность перераспределить цепи соединений, разделяемых первой и второй парами промежуточных соединителей в третью, обеспечивающую необходимое количество контактов. Ниже приведен ряд функций, реализуемых в настоящее время для достижения указанной цели:

• 1)    добавление к существующим дополнительной пары промежуточных соединителей;

• 2)    перераспределение цепей между парами промежуточных соединителей в точке разделения;

• 3)    объединение нескольких пар промежуточных соединителей в одну пару, при обеспечении последней необходимого количества контактов.

В процессе достижения поставленной цели оптимизации количества межсистемных промежуточных соединителей средствами разработанной САПР «АКАБ» получены следующие результаты:

• –    разработаны принципы и алгоритмы интеграции электрических схем подсистем КА;

• –    проведена формализация и типизация проектных процедур, необходимых для реализации принципов интеграции электрических схем подсистем КА;

  – в рамках реализации принципов интеграции электрических схем подсистем КА разработаны функции, функциональные блоки и соответствующий пользовательский интерфейс, основанные на принципе последовательной интеграции подсистем, позволяющие оптимизировать количество межсистемных промежуточных соединителей.

Тем не менее, для отработки и апробации предлагаемой методики оптимизации массовых характеристик кабельной сети КА требуется проведение локального эксперимента с целью реконфигурации кабелей смежных подсистем, например подсистемы ориентации и стабилизации и подсистемы телеметрии КА.