RU2541599C2

RU2541599C2 - Spacecraft manufacturing method

Info

Publication number: RU2541599C2
Application number: RU2013121470/11A
Authority: RU
Inventors: Виктор Владимирович Коротких; Андрей Гавриилович Лесковский; Михаил Владленович Нестеришин; Сергей Иванович Опенько
Original assignee: Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2015-02-20
Also published as: RU2013121470A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to space engineering and can be used for spacecraft (SC) manufacturing. Components are manufactured, SC is assembled of power-supply system with solar and accumulator batteries (SAB), stabilised converter with charging and discharging converters, service system module, payload, SC electric tests are carried out (functional, thermal vacuum, final tests involving SAB simulators connected to industrial network via uninterruptible power system with blocking operation of power system voltage stabilised converter charging converters by ground aids or working over charging interface without charge energy recovery to industrial network), tests for impact of mechanical loads and for control of solar and accumulator batteries coupling using standard solar and accumulator batteries are carried out.

EFFECT: SC functionality enhancement and higher reliability of its electric testing process.

1 dwg

Description

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при создании связных (телекоммуникационных) космических аппаратов (КА).The invention relates to space technology and can be used to create a connected (telecommunication) spacecraft (SC).

Известен способ изготовления космического аппарата, включающий изготовление комплектующих, сборку космического аппарата, проведение электрических испытаний на функционирование, испытаний на воздействие механических нагрузок, тепловакуумных испытаний, а также заключительных испытаний на функционирование космического аппарата (патент RU №2305058).A known method of manufacturing a spacecraft, including the manufacture of components, assembly of the spacecraft, conducting electrical tests for functioning, tests for mechanical stress, thermal vacuum tests, as well as final tests for the functioning of the spacecraft (patent RU No. 2305058).

Недостатком известного способа является то, что он не регламентирует вопросы, относящиеся к особенностям конфигурации системы электропитания в процессе изготовления космического аппарата, что снижает надежность проводимых работ.The disadvantage of this method is that it does not regulate issues related to the features of the configuration of the power system in the manufacturing process of the spacecraft, which reduces the reliability of the work.

Анализ источников информации по патентной и научно-технической информации показал, что наиболее близким по технической сути прототипом предлагаемого технического решения является патент Российской Федерации №2459749.An analysis of the sources of information on patent and scientific and technical information showed that the closest in technical essence to the prototype of the proposed technical solution is the patent of the Russian Federation No. 2459749.

Способ изготовления космического аппарата, согласно вышеуказанному патенту, включает изготовление комплектующих, сборку космического аппарата, включающего систему электропитания, имеющую солнечные батареи, аккумуляторные батареи и стабилизированный преобразователь напряжения (с зарядными и разрядными преобразователями) для согласования работы солнечной и аккумуляторных батарей и обеспечения питанием стабильным напряжением заданного номинала модулей служебных систем и полезной нагрузки, подготовку источников электроэнергии к работе, проведение электрических испытаний космического аппарата на функционирование, испытаний на воздействие механических нагрузок, термовакуумных испытаний, а также заключительных испытаний, включая контроль стыковки солнечных и аккумуляторных батарей, при этом испытания на воздействие механических нагрузок и контроль стыковки солнечных и аккумуляторных батарей проводят со штатными аккумуляторными и солнечными батареями, а все остальные испытания проводят с применением технологических функциональных имитаторов солнечных и аккумуляторных батарей, причем имитаторы солнечных батарей подключают к промышленной сети непосредственно, а имитаторы аккумуляторных батарей - к промышленной сети комбинированно: по зарядному интерфейсу - непосредственно, а по разрядному интерфейсу - через систему гарантированного электроснабжения.A method of manufacturing a spacecraft, according to the above patent, includes the manufacture of components, assembling a spacecraft, including a power supply system having solar panels, rechargeable batteries and a stabilized voltage converter (with charge and discharge converters) to coordinate the operation of the solar and battery batteries and provide stable voltage supply a given nominal value of modules of service systems and payload, preparation of electric power sources for p bot, electrical tests of the spacecraft for functioning, mechanical stress tests, thermal vacuum tests, as well as final tests, including control of the docking of solar and rechargeable batteries, while mechanical stress tests and control of the docking of solar and rechargeable batteries are carried out with standard rechargeable batteries and solar panels, and all other tests are carried out using technological functional simulators of solar and ac battery, but mimics and solar panels connected to the commercial power directly, but imitators batteries - to the industrial network in combination: on the charging interface - directly, but by bit interface - through a system of guaranteed power supply.

Недостатками известного способа изготовления космического аппарата являются низкие функциональные возможности и надежность при проведении наземных электроиспытаний космического аппарата. А именно, ограничение процесса электроиспытаний (при пропадании питания промышленной сети) энергетическими возможностями только разрядных преобразователей может привести к нарушению процесса электроиспытаний, что вызовет отклонения от штатной работы, контролируемой циклограммами электроиспытаний (фиксируются «ошибки»), и необходимость повторения отдельных операций, а в итоге приведет к потере времени и, соответственно, к дополнительным финансовым затратам.The disadvantages of the known method of manufacturing a spacecraft are low functionality and reliability when conducting ground-based electrical tests of the spacecraft. Namely, the limitation of the process of electrical testing (in the event of power failure of the industrial network) by the energy capabilities of only bit converters can lead to disruption of the electrical testing process, which will cause deviations from the normal operation controlled by the cyclograms of electrical testing (“errors” are recorded), and the need to repeat individual operations, and As a result, it will lead to a loss of time and, consequently, to additional financial costs.

При пропадании питания промышленной сети на время в пределах энергетических возможностей системы гарантированного электроснабжения такие потери времени необходимо исключить.If the power supply to the industrial network fails for a while within the energy capabilities of the guaranteed power supply system, such time losses must be eliminated.

Задачей заявляемого изобретения является повышение функциональных возможностей и надежности процесса электроиспытаний КА.The task of the invention is to increase the functionality and reliability of the process of electrical tests of the spacecraft.

Поставленная задача решается тем, что при проведении изготовления космического аппарата, включающего изготовление комплектующих, сборку космического аппарата, содержащего систему электропитания, имеющую солнечные батареи, аккумуляторные батареи и стабилизированный преобразователь напряжения с зарядными и разрядными преобразователями для согласования работы солнечной и аккумуляторных батарей и обеспечения питанием стабильным напряжением заданного номинала модулей служебных систем и полезной нагрузки, проведение электрических испытаний космического аппарата на функционирование, испытаний на воздействие механических нагрузок, термовакуумных испытаний, а также заключительных испытаний, включая контроль стыковки солнечных и аккумуляторных батарей, при этом испытания на воздействие механических нагрузок и контроль стыковки солнечных и аккумуляторных батарей проводят со штатными аккумуляторными и солнечными батареями, а все остальные испытания проводят с применением технологических функциональных имитаторов солнечных и аккумуляторных батарей, имитаторы солнечных и аккумуляторных батарей подключают к промышленной сети через систему гарантированного электроснабжения, для чего искусственно блокируют работу зарядных преобразователей стабилизированного преобразователя напряжения системы электропитания наземными средствами, либо в имитаторах аккумуляторных батарей предусматривают возможность работы их по зарядному интерфейсу без рекуперации энергии заряда в промышленную сеть.The problem is solved in that during the manufacture of the spacecraft, including the manufacture of components, the assembly of the spacecraft containing the power supply system having solar panels, rechargeable batteries and a stabilized voltage converter with charge and discharge converters to coordinate the work of the solar and rechargeable batteries and provide stable power voltage of a given nominal value of modules of service systems and payload, conducting electrical and tests of the spacecraft for operation, mechanical stress tests, thermal vacuum tests, as well as final tests, including control of the docking of solar and rechargeable batteries, while mechanical stress tests and control of the docking of solar and rechargeable batteries are carried out with standard rechargeable and solar batteries, and all other tests are carried out using technological functional simulators of solar and storage batteries, simulators with solar and rechargeable batteries are connected to the industrial network through the guaranteed power supply system, for which they artificially block the operation of charging converters of the stabilized voltage converter of the power supply system by ground means, or in battery simulators provide for the possibility of working via the charging interface without recovering the charge energy into the industrial network.

В результате анализа известной патентной и научно-технической литературы предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого технического решения в известных источниках информации не выявлено.As a result of the analysis of the known patent and scientific and technical literature, the proposed combination of significant distinguishing features of the claimed technical solution in the known sources of information is not revealed.

На фиг.1 приведена функциональная схема автономной системы электропитания КА (с наземными связями), поясняющая работу по предлагаемому способу изготовления космического аппарата.Figure 1 shows a functional diagram of an autonomous spacecraft power supply system (with ground communications), explaining the work on the proposed method for manufacturing a spacecraft.

Солнечная батарея 1, содержащая в своем составе блокирующие диоды 1-1, как правило, находится в процессе изготовления КА в отстыкованном от КА состоянии (соединители 2 и 2-1, 3 и 3-1 расстыкованы). На КА солнечные батареи 1 устанавливаются (и стыкуются) на время проведения испытания КА на воздействие механических нагрузок, а также для контроля стыковки солнечных батарей с КА. В отдельных случаях, например, при неориентированных солнечных батареях, солнечные батареи находятся постоянно в составе КА и электрически с ним состыкованы, а наземные имитаторы солнечных батарей стыкуют к специально предусмотренным технологическим соединителям (отводам) параллельно выходным шинам солнечных батарей. При этом блокирующие диоды 1-1 защищают солнечные батареи от протекания так называемого «темнового» тока.The solar battery 1, which contains blocking diodes 1-1, as a rule, is in the process of production of the spacecraft in the undocked state from the spacecraft (connectors 2 and 2-1, 3 and 3-1 are undocked). Solar cells 1 are installed (and docked) on the spacecraft for the duration of testing the spacecraft for mechanical stress, as well as to control the docking of solar panels with spacecraft. In some cases, for example, with non-oriented solar panels, the solar panels are constantly in the spacecraft and are electrically connected to it, and ground-based solar battery simulators are connected to specially provided technological connectors (taps) parallel to the output buses of the solar panels. In this case, the blocking diodes 1-1 protect the solar cells from the flow of the so-called "dark" current.

В представленном примере солнечные батареи 1 находятся вне КА. Система электропитания выполнена с общей минусовой шиной. Стабилизированный преобразователь напряжения 4 для согласования работы солнечных 1 и аккумуляторных 5 батарей и обеспечения стабильным напряжением заданного номинала модулей служебных систем и полезной нагрузки (вправо от выходных шин «+» и «-» - на чертеже не показано) состоит из зарядного преобразователя 6, разрядного преобразователя 7 и стабилизатора выходного напряжения 8. Аккумуляторная батарея (в рассматриваемом примере используется одна аккумуляторная батарея) 5 минусом связана с общей минусовой шиной, а плюсом через соединители 5-2 и 5-1 (на чертеже указанные соединители расстыкованы) - с зарядным 6 и разрядным 7 преобразователями (информационные связи аккумуляторной батареи 5 не показаны). Вместо солнечных батарей на вход стабилизированного преобразователя напряжения 4 через соединители 2-1 и 3-1 подключен имитатор солнечных батарей 9, а вместо аккумуляторной батареи 5 к зарядному 6 и разрядному 7 преобразователям подключен имитатор аккумуляторной батареи 10 (информационные связи имитатора аккумуляторной батареи 10 не показаны). Питание имитатора солнечной батареи 9 и имитатора аккумуляторной батареи 10 осуществляется от промышленной сети 220/380 В через кабели 9-1 и 10-1 и систему гарантированного электроснабжения 11/1 и 11/2 соответственно.In the presented example, solar panels 1 are located outside the spacecraft. The power supply system is made with a common negative bus. Stabilized voltage converter 4 for coordinating the operation of solar 1 and rechargeable 5 batteries and providing stable voltage for a given nominal value of service system modules and payload (to the right of the output buses “+” and “-” is not shown in the drawing) consists of a charge converter 6, discharge converter 7 and an output voltage stabilizer 8. Battery (in this example, one battery is used) 5 minus connected to the common negative bus, and plus through the connectors 5-2 and 5-1 (in the drawing, said connectors are undocked) - with charging 6 and bit 7 converters (information communications of battery 5 are not shown). Instead of solar panels, a simulator of solar batteries 9 is connected to the input of a stabilized voltage converter 4 through connectors 2-1 and 3-1, and instead of a battery 5, a battery simulator 10 is connected to a charging 6 and discharge 7 converters (information connections of the battery simulator 10 are not shown ) The simulator of the solar battery 9 and the simulator of the battery 10 is powered from a 220/380 V industrial network via cables 9-1 and 10-1 and a guaranteed power supply system 11/1 and 11/2, respectively.

Испытания КА на воздействие механических нагрузок и контроль стыковки солнечных 1 и аккумуляторных 5 батарей проводят со штатными солнечными 1 и аккумуляторными 5 батареями. Все остальные испытания КА проводят с применением технологических функциональных имитаторов солнечных 9 и аккумуляторных 10 батарей. Это позволяет оперативно провести отработку КА в любых режимах, связанных с состоянием солнечных 1 и аккумуляторных 5 батарей по отношению к интерфейсу, со стабилизированным преобразователем напряжения 4, что практически не всегда возможно реализовать при отработке КА в штатной конфигурации.The spacecraft tests for mechanical stress and control of the docking of solar 1 and rechargeable 5 batteries are carried out with standard solar 1 and rechargeable 5 batteries. All other tests of the spacecraft are carried out using technological functional simulators of solar 9 and battery 10 batteries. This allows you to quickly carry out the development of the spacecraft in any modes related to the state of the solar 1 and rechargeable 5 batteries with respect to the interface, with a stabilized voltage converter 4, which is almost always impossible to implement when working out the spacecraft in a standard configuration.

В случае пропадания напряжения промышленной сети работа будет продолжена штатно в течение времени, определяемом энергетическими возможностями системы гарантированного электроснабжения 11/1 и 11/2. Это обеспечивает возможность своевременного переключения используемой промышленной сети на резервные линии без ущерба для процесса электроиспытаний КА.In the event of a power failure in the industrial network, work will continue normally for a time determined by the energy capabilities of the guaranteed power supply system 11/1 and 11/2. This makes it possible to timely switch the used industrial network to backup lines without compromising the spacecraft electrical testing process.

Однако если в данной ситуации будет включен заряд аккумуляторной батареи, то он станет не возможным с имитатором аккумуляторной батареи, работающим в режиме заряда с рекуперацией воспринимаемой энергии в промышленную сеть. В этом случае зарядный преобразователь 6 будет работать на холостой ход (на обрыв). Для зарядного преобразователя такая работа не является штатной и может привести к его выводу из строя. Для исключения этого предлагается перед включением КА искусственно блокировать работу зарядных преобразователей стабилизированного преобразователя напряжения 4 системы электропитания наземными средствами, например в имитатор аккумуляторной батареи заложить параметры, соответствующие полному заряду аккумуляторной батареи, либо в имитаторах аккумуляторных батарей предусмотреть возможность работы их по зарядному интерфейсу без рекуперации энергии заряда в промышленную сеть, например, направляя энергию заряда на собственные или внешние резисторы.However, if the battery charge is turned on in this situation, it will become impossible with a battery simulator operating in the charge mode with the recovery of perceived energy in the industrial network. In this case, the charging Converter 6 will idle (open). For a charging converter, such work is not standard and may lead to its failure. To avoid this, it is proposed to artificially block the operation of the charging converters of the stabilized voltage converter 4 of the power supply system by ground means before turning on the spacecraft, for example, in the battery simulator, put the parameters corresponding to the full charge of the battery, or in the battery simulators to provide the possibility of their operation on the charging interface without energy recovery charge into an industrial network, for example, directing the charge energy to its own or external current resistors.

Таким образом, заявляемый способ изготовления космического аппарата повышает функциональные возможности и надежность процесса электроиспытаний КА.Thus, the inventive method of manufacturing a spacecraft increases the functionality and reliability of the process of electric tests of the spacecraft.

Claims

A method of manufacturing a spacecraft, including the manufacture of components, assembling a spacecraft including a power supply system having solar panels, rechargeable batteries and a stabilized voltage converter with charge and discharge converters for coordinating the operation of solar and rechargeable batteries and providing stable voltage for a given nominal value of service system modules and payload, conducting electrical tests of the spacecraft for functional tests for mechanical stress, thermal vacuum tests, as well as final tests, including control of the docking of solar and rechargeable batteries, while tests for mechanical stress and control of the docking of solar and rechargeable batteries are carried out with standard rechargeable and solar batteries, and all other tests carried out using technological functional simulators of solar and rechargeable batteries, characterized in that the simulators of solar and rechargeable batteries The batteries are connected to the industrial network through the guaranteed power supply system, for which they artificially block the charging converters of the stabilized voltage converter of the power supply system by ground means, or in battery simulators provide for the possibility of operating them via the charging interface without recovering the charge energy into the industrial network.