Перспективы развития зарядно-разрядных устройств систем электропитания космических аппаратов
Автор: Краснобаев Ю. В.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 1 т.25, 2024 года.
Бесплатный доступ
Система электропитания (СЭП) предназначена для обеспечения бесперебойного автономного электроснабжения бортовой аппаратуры во всех режимах и на всех этапах в течение срока активного существования космического аппарата (КА). Масса СЭП составляет существенную долю массы КА и улучшение удельных энергетических характеристик СЭП приводит к возникновению синергетического эффекта, когда одновременно увеличиваются доступные для полезной нагрузки ресурсы массы и энергопотребления, что повышает эффективность КА в целом. В статье рассмотрена эволюция структурных и схемотехнических решений СЭП КА, её энергопреобразующей аппаратуры и влияние этих изменений на энергомассовые характеристики СЭП. Показано, что значительное влияние на энергомассовые характеристики СЭП оказывают структурные и схемотехнические решения зарядных и разрядных устройств энергопреобразующей аппаратуры и выбор величины напряжения аккумуляторной батареи (АБ). Развитие элементной базы, создание программируемых цифровых устройств, способных функционировать в условиях воздействия факторов космического пространства, и появление современных схемотехнических и управленческих решений для импульсных преобразователей в последнее десятилетие, открывают новые возможности по совершенствованию СЭП КА. В статье в качестве зарядно-разрядного устройства СЭП рассмотрен импульсный преобразователь напряжения (ИПН) с новой стратегией модуляции, обладающий способностью к реверсу потока энергии и возможностью работы в понижающе-повышающем режиме с высоким КПД. Его применение в качестве единого зарядно-разрядного устройства (ЗРУ) позволяет обеспечить значительное улучшение характеристик ЗРУ и СЭП в целом, таких, как КПД, энергомассовые, надёжностные и ряда других. Способность ИПН к реверсу потока энергии и возможность работы в понижающеповышающем режиме открывает возможность отказаться от применения АБ с напряжением, ниже напряжения на основном выходе СЭП, и перейти на использование АБ со средним разрядным с напряжением, близким к напряжению на основном выходе СЭП. Такое структурное и схемотехническое решение ЗРУ и АБ позволит поднять КПД ЗРУ до 99 % и дополнительно улучшить энергомассовые характеристики СЭП.
Система электропитания, аккумуляторная батарея, импульсный преобразователь напряжения, зарядно-разрядное устройство
Короткий адрес: https://sciup.org/148328305
IDR: 148328305 | DOI: 10.31772/2712-8970-2024-25-1-115-125
Список литературы Перспективы развития зарядно-разрядных устройств систем электропитания космических аппаратов
- Mukund R. Patel Spacecraft power systems. Florida: CRC Press, 2005. 691 p.
- Системы электропитания космических аппаратов / Б. П. Соустин, В. И. Иванчура, А. И. Чернышев, Ш. Н. Исляев. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма, 1994. 318 с.
- Козлов Р. В. Оптимизация энергомассовых характеристик системы электропитания геостационарного космического аппарата: дис. … канд. техн. наук. Томск, 2021. 183 с.
- Краснобаев, Ю. В., Кудряшов В. С., Чубарь А. В. Сравнительный анализ топологий систем электропитания космических аппаратов // Информатика и системы управления: сб. науч. тр. Красноярск: ГУ НИИ ИПУ, 2002. Вып. 8. С. 34–41.
- Bouhours G., Asplanato R. Power Subsystem for 20 kW Telecommunication Satellites // Proceedings of the Fifth European Space Power Conference (ESPC). Tarragona, Spain, 21–25 September 1998. Organised by European Space Agency.
- Кабиров В. А. Энергопреобразующий комплекс с резервированной цифровой системой управления для высоковольтных систем электропитания космических аппаратов: дис. … канд. техн. наук. Томск, 2023. 209 с.
- Поляков С. А. Выбор режима работы солнечных батарей систем электропитания космических аппаратов // Электронные и электромеханические системы и устройства: тез. докл. 27 НТК. Томск: «НПЦ «Полюс». 2006. С. 8–11.
- Юдинцев А. Г. Энергопреобразующие комплексы для наземной отработки и подтверждения прогнозируемой надёжности систем электропитания космических аппаратов // Доклады ТУСУР. 2019. Т. 22, № 3. С. 95–102.
- A power conditioning unit for high power GEO satellites based on the sequential switching shunt series regulator / A. Garrigos, J. A. Carrasco, J. M. Blanes, Sanchis-Kilders // MELECON. 2006. IEEE Mediterranean Electrotechnical Conference. Malaga, Spain, 2006. P. 1186–1189. Doi: 10.1109/MELCON.2006.1653313.
- Waffler S., Kolar J. W. A novel low-loss modulation strategy for high-power bidirectional buck + boost converters // IEEE Transactions on Power Electronics. 2009. Vol. 24, No. 6. P. 1589–1599.
- Waffler S., Kolar J. W. Efficiency Optimization of an Automotive Multi-Phase Bi-directional DC-DC Converter. Wuhan (China): Proceedings of the 6th IEEE International Power Electronics and Motion Control Conference. 2009. P. 566–572.
- Краснобаев, Ю. В., Захаров В. В., Карнаухов М. А. Анализ электромагнитных процессов в повышающе-понижающем преобразователе с возможностью реверса потока энергии и повышенным коэффициентом полезного действия // Вестник СибГАУ. 2014. Том 455, № 3. С. 100–107.
- Применение реверсивного повышающе-понижающего преобразователя а качестве зарядо-разрядного устройства в автономной системе электропитания / Ю. В. Краснобаев, О. В. Непомнящий, И. Е. Сазонов и др. // Радиотехника. 2023. Т. 87, № 8. С. 155–161.
- Определение характеристик цифровых регуляторов импульсных преобразователей напряжения / А. А. Лопатин, А. А. Дружинин, А. C. Асочаков, А. В. Пучков // Сибирский журнал науки и технологий. 2020. Т. 21, № 3. С. 409–416. Doi: 10.31772/2587-6066- 2020-21-3-409-416.
- Краснобаев Ю. В. Методология синтеза законов и структур устройств управления конверторами // Изв. вузов. Приборостроение. 2004. Т. 47, № 4. С. 39–48.
- Краснобаев Ю. В. Развитие метода синтеза быстродействующих импульсных стабилизаторов напряжения // Изв. вузов. Приборостроение. 2004. Т. 54, № 11. С. 61–68.
- Патент № 2764783 C1 Российская Федерация, МПК H02M 7/53862. Способ управления импульсным стабилизатором напряжения / О. В. Непомнящий, Ю. В. Краснобаев, А. П. Яблонский, И. Е. Сазонов ; заявитель и патентообладатель СФУ. – № 2021118448 ; заявл. 23.06.2021 ; опубл. 21.01.2022, Бюл. № 3.
- Патент № 2813604 C1 Российская Федерация, МПК H02J 7/34. Способ управления зарядным устройством с импульсным принципом действия / Ю. В. Краснобаев, О. В. Непомнящий, И. Е. Сазонов, А. П. Яблонский ; заявитель и патентообладатель СФУ. – № 2023229522 ; заявл. 24.07.2023 ; опубл. 13.02.2024, Бюл. № 5.
