RU2676596C1 - Spacecraft thermal control device - Google Patents
Spacecraft thermal control device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2676596C1 RU2676596C1 RU2018101573A RU2018101573A RU2676596C1 RU 2676596 C1 RU2676596 C1 RU 2676596C1 RU 2018101573 A RU2018101573 A RU 2018101573A RU 2018101573 A RU2018101573 A RU 2018101573A RU 2676596 C1 RU2676596 C1 RU 2676596C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- digital
- output
- electric heaters
- input
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/46—Arrangements or adaptations of devices for control of environment or living conditions
- B64G1/50—Arrangements or adaptations of devices for control of environment or living conditions for temperature control
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Control Of Temperature (AREA)
Abstract
Description
НазначениеAppointment
Изобретение относится к космической технике и предназначено для применения на космических аппаратах в условиях космического пространства, где необходимо поддерживать заданный температурный режим как всего КА, так и его отдельных объектов, установленных на радиационной поверхности корпуса КА (негерметизированный вариант исполнения). Указанный температурный режим обеспечивается, в том числе, и за счет использования электрического способа регулирования, основанного на включении электронагревателей для подогрева объектов на основании заданных температурных уставок, информации, снимаемой с подключаемых внешних термодатчиков и в соответствии с командами управления.The invention relates to space technology and is intended for use on spacecraft in outer space conditions, where it is necessary to maintain a predetermined temperature regime for both the entire spacecraft and its individual objects mounted on the radiation surface of the spacecraft body (unpressurized version). The specified temperature regime is ensured, inter alia, through the use of an electrical control method based on switching on electric heaters to heat objects based on preset temperature settings, information taken from connected external temperature sensors and in accordance with control commands.
Уровень техникиState of the art
Основной задачей теплового проектирования КА является обеспечение температурных режимов бортового радиотехнического комплекса, отдельных функциональных приборов, различных электромеханических устройств, больших пространственных конструкций, антенно-фидерных устройств и т.п. Их нормальное функционирование и выходные параметры, а также надежность и ресурс работы во многом определяются температурными условиями, в которых эти устройства работают.The main objective of the spacecraft thermal design is to ensure the temperature conditions of the onboard radio complex, individual functional devices, various electromechanical devices, large spatial structures, antenna-feeder devices, etc. Their normal functioning and output parameters, as well as reliability and service life, are largely determined by the temperature conditions in which these devices operate.
Современная космическая техника, среди прочих, ставит перед собой задачу по увеличению срока активного существования создаваемого КА.Modern space technology, among others, sets itself the task of increasing the active life of the spacecraft being created.
Для гарантированного увеличения срока активного существования КА (на сегодня срок активного существования достигает 7-10 лет и ставится задача его увеличения до 15 лет), определяемого номинальным временем эксплуатации, очень важно обеспечивать в процессе его штатной эксплуатации требуемые температурные режимы, т.е. поддерживать температуру в сравнительно узком диапазоне для различных объектов, например, для термостатирования приборных отсеков со сложной и точной электронной аппаратурой, аккумуляторных батарей СЭП, оптико-электронных преобразователей целевой аппаратуры и т.д.For a guaranteed increase in the active life of the spacecraft (today the active life reaches 7-10 years and the goal is to increase it to 15 years), determined by the nominal operating time, it is very important to provide the required temperature conditions during its normal operation, i.e. maintain the temperature in a relatively narrow range for various objects, for example, for thermostating of instrument compartments with complex and accurate electronic equipment, solar cells, optoelectronic converters of the target equipment, etc.
К числу бортовых систем, существенно влияющих на срок активного существования КА, относится система терморегулирования (СТР), неразрывно связанной с системой электропитания (СЭП).Among the on-board systems that significantly affect the spacecraft’s active life are the thermal management system (CTP), which is inextricably linked to the power supply system (BOT).
На КА в качестве источников питания являются солнечные батареи и вторичные источники питания - аккумуляторы, режимы работы которых существенно влияют на срок активного существования КА. В частности, в виду ограниченной остаточной емкости аккумулятора существует «резервное» время в виде интервала времени, определяющего текущий запас электроэнергии в аккумуляторах (АК), до момента времени полного расходования на бортовое электропотребление. Данная ситуация возникает в связи с периодическим прохождением КА теневых участков орбиты, затененных от Солнца Землей или участков частично затененных от Солнца Луной. В силу различных причин, в том числе из-за прецессии угла между плоскостью орбиты и направлением на Солнце, генерируемая СБ средняя электрическая мощность за виток орбиты КА постоянно изменяется, при этом увеличивается (уменьшается) длительность светового участка орбиты и амплитуда тока СБ, а зависимость освещенности (тока) СБ от времени описывается по закону, близкому к синусоидальному (см. патент, РФ, 2593599).On the spacecraft, solar batteries and secondary power sources — batteries, whose operating modes significantly affect the spacecraft’s active life — are used as power sources. In particular, in view of the limited residual capacity of the battery, there is a “standby” time in the form of a time interval that determines the current supply of electricity in batteries (AK) until the time it is fully consumed for on-board power consumption. This situation arises in connection with the periodic passage of the spacecraft of the shadow orbital portions shadowed from the Sun by the Earth or partially obscured portions of the Sun from the Sun by the Moon. For various reasons, including due to the precession of the angle between the orbital plane and the direction to the Sun, the average electric power generated by the SB is constantly changing per spacecraft orbit, while the duration of the light segment of the orbit and the current amplitude of the SB increase (decrease), and the dependence From time to time, the SB illumination (current) is described by a law close to sinusoidal (see patent, RF, 2593599).
При прохождении КА теневых участков орбиты (см. патент, РФ, 106768), затененных от Солнца Землей, ток от генераторов, которыми являются фотоэлектрические солнечные батареи (СБ), отсутствует, а при прохождении КА участков частично затененных от Солнца Луной он вырабатывается, но может быть меньше тока нагрузки от бортовых потребителей. Поэтому в данной ситуации питание электроэнергией осуществляется от аккумуляторов, что является критичным с точки зрения функционирования КА. В случае не расчетного энергопотребления или недостаточной заряженности аккумуляторов будет отсутствовать электропитание бортовой аппаратуры КА, что снизит срок его активного существования и, более того, КА может быть потерян.When spacecraft passes through shadow areas of the orbit (see patent, RF, 106768) that are shaded from the Sun by the Earth, there is no current from generators, which are photovoltaic solar batteries (SB), and when spacecraft passes through areas partially shaded from the Sun by the Moon, it is generated, but there may be less load current from on-board consumers. Therefore, in this situation, the electric power is supplied from the batteries, which is critical from the point of view of the functioning of the spacecraft. In the case of non-calculated energy consumption or insufficient charge of the batteries, there will be no power supply to the spacecraft onboard equipment, which will reduce its active life and, moreover, the spacecraft may be lost.
В общем случае СТР представляет собой сложное устройство, состоящее из пассивных и активных способов терморегулирования КА.In the general case, CTP is a complex device consisting of passive and active methods of thermoregulation of spacecraft.
Пассивное терморегулирование радиационных поверхностей осуществляются за счет использования материалов с определенными тепловыми характеристиками (радиационными и теплоизоляционными, например, терморегулирующие покрытия и высокоэффективная экранно-вакуумная тепловая изоляция), за счет выбора соответствующей геометрической формы аппарата и его ориентации относительно Солнца и за счет использования теплоты фазовых переходов (см. Космические аппараты, под редакцией К.П. Феоктистова, Воениздат, Москва, 1983 г., с. 200). Пассивное терморегулирование с использованием поверхностей с определенными радиационными характеристиками и высокоэффективной тепловой изоляцией позволяет снизить внешние тепловые потоки внутрь КА (или тепловые потери в космос) и уменьшить тепловую нагрузку на функционирующие системы. Наиболее эффективной термоизоляцией в условиях космического полета является многослойная изоляция, набранная из радиационных экранов (например, металлизированных алюминиевых майларовых или каптоновых пленок) и теплоизоляционных прокладок. Кроме того, на радиационных сотопанелях могут устанавливаться раскрывающиеся и компактно складывающиеся механическими приводами теплозащитные шторки.Passive thermoregulation of radiation surfaces is carried out through the use of materials with certain thermal characteristics (radiation and heat insulation, for example, thermoregulatory coatings and highly effective screen-vacuum thermal insulation), by choosing the appropriate geometric shape of the device and its orientation relative to the Sun and by using the heat of phase transitions (see Spacecraft, edited by K.P. Feoktistov, Military Publishing House, Moscow, 1983, p. 200). Passive thermoregulation using surfaces with certain radiation characteristics and highly efficient thermal insulation can reduce external heat fluxes into the spacecraft (or heat loss into space) and reduce the heat load on functioning systems. The most effective thermal insulation in space flight conditions is multilayer insulation composed of radiation shields (for example, metallized aluminum mylar or kapton films) and heat-insulating gaskets. In addition, heat-shielding shutters can be installed on the radiation honeycomb panels, which can be opened and compactly folded by mechanical drives.
При выборе наружных терморегулирующих покрытий (для обеспечения на радиационных панелях температуры не более заданного предельно допустимого значения) следует учитывать коэффициент поглощения солнечного излучения и степень черноты, а также стабильность этих характеристик после длительного пребывания в условиях космического пространства под воздействием УФ-излучения Солнца и компонентов космической радиации (см. патент, РФ, 2092398).When choosing external thermoregulating coatings (to ensure that the temperature on the radiation panels is no more than a specified maximum permissible value), one should take into account the absorption coefficient of solar radiation and the degree of blackness, as well as the stability of these characteristics after a long stay in outer space under the influence of UV radiation from the sun and cosmic components radiation (see patent, RF, 2092398).
При использовании активных способов терморегулирования применяются системы с циркуляцией хладагента, с изменением теплового сопротивления (между внутренним объемом отсеков и их оболочкой), нагреватели и термостаты, биметаллические приводы для управления жалюзи, термостатические и другие устройства.When using active methods of temperature control, refrigerant circulation systems are used, with a change in thermal resistance (between the internal volume of the compartments and their shell), heaters and thermostats, bimetallic drives for controlling blinds, thermostatic and other devices.
Системы и устройства, реализующие пассивные способы, более надежны в эксплуатации, конструкция их, как правило, имеет и меньшую массу. Однако активные способы терморегулирования как внутренних отсеков КА, так и их поверхностей могут поддерживать необходимый тепловой режим при изменении внешних и внутренних тепловых нагрузок в широком диапазоне. Причем точность поддержания температуры значительно выше, чем у систем, реализующих пассивные способы терморегулирования (см. А.С. Елисеев. "Техника космических полетов", изд. Машиностроение, Москва, 1983 г.).Systems and devices that implement passive methods are more reliable in operation, their design, as a rule, also has a lower mass. However, the active methods of thermal regulation of both the internal compartments of the spacecraft and their surfaces can maintain the necessary thermal regime when changing external and internal thermal loads in a wide range. Moreover, the accuracy of maintaining the temperature is much higher than that of systems that implement passive methods of thermal regulation (see AS Eliseev. "Space Flight Technique", published by Mechanical Engineering, Moscow, 1983).
В СТР с принудительной циркуляцией жидкости (или газа) в замкнутых контурах тепло от охлаждаемых источников передается к жидкости, которая затем охлаждается на радиационных поверхностях, сбрасывающих тепло излучениям в космическое пространство. Сброс теплоты излучением осуществляется с поверхности панелей навесных холодных радиаторов, по каналам которых циркулирует промежуточный теплоноситель, который имеет недостаток, что может выйти из строя по причине разгерметизации, например, под воздействием метеорных или техногенных частиц. Поэтому для исключения этого недостатка и повышения живучести КА концевые теплообменники термостатирования навесных радиаторов могут выполняться в виде оригинальной конструкции и на основе тепловых труб (см. патент, РФ, 2543433).In an STP with forced circulation of a liquid (or gas) in closed circuits, heat is transferred from the cooled sources to the liquid, which is then cooled on radiation surfaces that dump heat to radiation in outer space. Heat is released by radiation from the surface of the panels of mounted cold radiators, through the channels of which an intermediate coolant circulates, which has a drawback, which can fail due to depressurization, for example, under the influence of meteoric or man-made particles. Therefore, to eliminate this drawback and increase the survivability of the spacecraft, the end heat exchangers of thermostating of mounted radiators can be performed in the form of an original design and based on heat pipes (see patent, RF, 2543433).
Системы с тепловыми трубами более эффективны в тепловом отношении (см. патент, РФ, 2262468), более надежны и имеют меньший вес по сравнению с аналогичными системами без тепловых труб, поскольку сами тепловые трубы, по сравнению с обычно применяемыми элементами СТР (теплообменниками, насосами и т.д.), имеют ряд существенных преимуществ:Systems with heat pipes are more efficient in terms of heat (see patent, Russian Federation, 2262468), more reliable and have less weight compared to similar systems without heat pipes, since the heat pipes themselves, in comparison with commonly used elements of the STR (heat exchangers, pumps etc.), have a number of significant advantages:
- не требуются затраты энергии на прокачку теплоносителя;- does not require energy costs for pumping coolant;
- трубы более надежны и бесшумны в связи с отсутствием движущейся части;- pipes are more reliable and noiseless due to the lack of a moving part;
- не требуются дополнительные регулирующие приборы, так как могут применяться саморегулирующие трубы;- no additional control devices are required, since self-regulating pipes can be used;
- радиаторная панель с использованием тепловых труб более надежна (меньше уязвимость радиатора при попадании метеора);- the radiator panel using heat pipes is more reliable (less vulnerability of the radiator when a meteor hits);
- способны обеспечить высокую теплопроводность между источниками тепла и стоками, что дает возможность использовать меньше поверхности и, следовательно, снизить вес.- able to provide high thermal conductivity between heat sources and drains, which makes it possible to use less surface and, therefore, reduce weight.
Обычная тепловая труба переменной теплопроводности способна поддерживать собственную температуру на постоянном уровне, несмотря на то, что подводимая тепловая мощность и окружающие условия изменяются. Если тепловое сопротивление между тепловой трубой и тепловым источником мало, то температура источника будет также примерно постоянной.An ordinary heat pipe of variable thermal conductivity is able to maintain its own temperature at a constant level, despite the fact that the heat input and environmental conditions change. If the thermal resistance between the heat pipe and the heat source is small, then the temperature of the source will also be approximately constant.
На практике это сопротивление нередко оказывается достаточно большим, вследствие чего температура источника будет изменяться в более широком диапазоне, чем температура тепловой трубы.In practice, this resistance often turns out to be quite large, as a result of which the temperature of the source will vary over a wider range than the temperature of the heat pipe.
Эти колебания температуры источника могут быть значительно уменьшены при использовании электрического способа регулирования, основанного на включении электронагревателей для подогрева, поэтому в данных устройствах, как правило, присутствуют термодатчики для контроля температуры, электронный блок управления и электронагреватели (см. патент, РФ, 106768).These fluctuations in the temperature of the source can be significantly reduced by using an electrical control method based on the inclusion of electric heaters for heating, therefore, in these devices, as a rule, there are temperature sensors for temperature control, an electronic control unit and electric heaters (see patent, RF, 106768).
Затраты электроэнергии связаны с подводом тепла к различным объектам, установленных на радиационных поверхностях КА, и требующим поддержание температуры в сравнительно узком диапазоне, например, при термостатировании приборных отсеков со сложной и точной электронной аппаратурой, для аккумуляторных батарей СЭП, для оптико-электронных преобразователей целевой аппаратуры, при предотвращении замерзания жидкостного теплоносителя и т.д.Electricity costs are associated with the supply of heat to various objects installed on the radiation surfaces of the spacecraft, and requiring the maintenance of a temperature in a relatively narrow range, for example, when thermostatting of instrument compartments with complex and accurate electronic equipment, for EP batteries, for optoelectronic converters of target equipment , while preventing freezing of the heat transfer fluid, etc.
Например, известен способ терморегулирования радиационных поверхностей космических аппаратов по патенту РФ 2262468 в котором используется электрический способ регулирования и для исключения критических ситуаций, связанных с расходованием и текущим запасом электроэнергии в аккумуляторах (см. в описании выше), на затененных участках отключаются электронагреватели (все или определенное количество), например, "блокировкой" термисторов, в результате чего уменьшается потребление энергии от аккумуляторов. Однако отключение электронагревателей может приводить к глубокому "захолодению" объектов КА, требующих температурные условия эксплуатации в сравнительно узком диапазоне, что снижает срок активного существования, т.е. живучесть КА.For example, there is a known method of thermoregulating the radiation surfaces of spacecraft according to the patent of the Russian Federation 2262468, which uses an electrical method of regulation and to eliminate critical situations associated with the consumption and current supply of electricity in batteries (see the description above), electric heaters are turned off on shaded areas (all or a certain amount), for example, by “blocking” the thermistors, as a result of which the energy consumption from the batteries is reduced. However, turning off the electric heaters can lead to a deep “cooling” of spacecraft objects that require temperature conditions in a relatively narrow range, which reduces the active life, i.e. survivability of the spacecraft.
Следует отметить, что экономия энергопотребления за счет отключения полезной нагрузки от аккумуляторов (см. патент, РФ, 2092398), зачастую является крайне нежелательна для наземных пользователей.It should be noted that saving energy by disconnecting the payload from the batteries (see patent, RF, 2092398) is often highly undesirable for land users.
С учетом того, что программа полета КА известна, световые и затененные участки орбиты периодически повторяются и прогнозируются (см. патент, РФ, №2092398), то для снижения нагрузки на аккумулятор в критических ситуациях целесообразно максимально использовать различные возможности на полетных "световых" интервалах (естественный внешний приток тепла и запасы бортовой электроэнергии), когда СЭП осуществляется за счет солнечных батарей и осуществляется заряд аккумулятора. Например, конструкции панелей радиационной поверхности КА, между которыми через конструкцию КА происходит кондуктивный теплообмен, можно дополнить, например, тепловыми аккумуляторами с целью увеличения количества запасаемого тепла за счет фазовых превращений, путем заполнения соты панели, например, парафинообразным веществом с высокой удельной теплотой плавления или, например, использование теплового аккумулятора, имеющего зоны расположения газа (паров теплоносителя) и жидкой фазы теплоносителя (см. патент, РФ, 2362711).Given that the spacecraft flight program is known, the light and shaded sections of the orbit are periodically repeated and predicted (see patent, RF, No. 2092398), it is advisable to maximize the use of various capabilities in flight "light" intervals to reduce the load on the battery in critical situations (natural external heat influx and on-board electricity reserves) when the solar cells are carried out by solar panels and the battery is charged. For example, the design of the panels of the spacecraft radiation surface, between which conductive heat transfer occurs through the spacecraft design, can be supplemented, for example, with heat accumulators in order to increase the amount of stored heat due to phase transformations, by filling the panel cell with, for example, a paraffin-like substance with a high specific heat of fusion or , for example, the use of a heat accumulator having zones of gas (coolant vapor) and a liquid phase of the coolant (see patent, RF, 2362711).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство управления нагревателями аппаратуры космического аппарата (патент, РФ, 2571728), взятое авторами за прототип.Closest to the proposed invention is a control device for spacecraft equipment heaters (patent, RF, 2571728), taken by the authors as a prototype.
Устройство управления нагревателями аппаратуры космического аппарата, включающее в себя разъемы для подключения термодатчиков, располагаемых на бортовых объектах для контроля температуры, а также содержащее измерительные усилители по каждому сигнальному каналу с термодатчиков и последовательно соединенный с его выходом - аналоговый коммутатор, предназначенный для последовательного переключения измерительных каналов за установленный период времени, содержащее также заведенные на одну магистральную шину: микропроцессор, порт приема дискретных данных, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) с портами вывода цифровой информации, первый из которых, предназначенный для управления электронагревателями, соединен с электронными ключами, нагрузкой которых являются электронагреватели, аналогово-цифровой преобразователь, цифровой компаратор и информационно-интерфейсный модуль, причем по входу аналогово-цифровой преобразователь подключен к выходу аналогового коммутатора, а по выходу - к одному из входов цифрового компаратора, предназначенного для сравнения фактических температур с температурными уставками по каждому объекту нагрева, и к одному из входов информационно-интерфейсного модуля, при этом второй вход цифрового компаратора соединен со вторым портом вывода цифровой информации ОЗУ, отвечающего за температурные уставки, и со вторым входом информационно-интерфейсного модуля, третий вход которого соединен с третьим портом вывода цифровой информации ОЗУ, отвечающего за телеметрический код, а четвертый порт вывода цифровой информации ОЗУ, отвечающего за последовательность выбора температурного канала, соединен со вторым входом аналогового коммутатора, при этом выход цифрового компаратора заведен на один вход порта приема дискретных данных, второй вход которого соединен с выходом блока управления, подключенного по своему входу к выходу информационно-интерфейсного модуля, соединенного через магистраль с локальным контроллером бортовой ЭВМ.A control device for spacecraft equipment heaters, including connectors for connecting temperature sensors located on-board objects for temperature control, and also containing measuring amplifiers for each signal channel from temperature sensors and connected in series with its output - an analog switch designed for sequential switching of measuring channels for a specified period of time, which also contains wound on one bus: microprocessor, port receiving and discrete data, read-only memory (ROM), random access memory (RAM) with digital information output ports, the first of which is designed to control electric heaters, connected to electronic keys, the load of which are electric heaters, an analog-to-digital converter, a digital comparator and an information-interface module, and the analog-to-digital converter is connected to the output of the analog switch at the input, and to one of the inputs of the digital comparator at the output , designed to compare actual temperatures with temperature settings for each heating object, and to one of the inputs of the information-interface module, while the second input of the digital comparator is connected to the second output port of digital information RAM, responsible for the temperature settings, and to the second input of information an interface module, the third input of which is connected to the third port of the digital information output of RAM, responsible for the telemetry code, and the fourth port of the digital information output of RAM, responsible for and the temperature channel selection sequence is connected to the second input of the analog switch, while the output of the digital comparator is connected to one input of the discrete data receiving port, the second input of which is connected to the output of the control unit, connected at its input to the output of the information-interface module connected via the highway with a local onboard computer controller.
Устройство прототипа работает следующим образом. Фактические значения температур фиксируются термодатчиками, установленными на объектах, требующих подогрев с помощью электронагревателей. Через разъемы термодатчики подключаются к измерительным усилителям, выходной сигнал с которых является аналоговым и поступает на вход аналогового коммутатора.The prototype device operates as follows. Actual temperature values are recorded by temperature sensors installed at facilities that require heating with electric heaters. Through the connectors, the temperature sensors are connected to measuring amplifiers, the output signal from which is analog and fed to the input of the analog switch.
Выходные порты ОЗУ управляют последовательным переключением n измерительных каналов аналогового коммутатора, с периодичностью t1/n с, где t1 - измерительный интервал (каждому каналу отведено время по t1/n с).The output ports of RAM control the sequential switching of n measuring channels of the analog switch, with a periodicity of t 1 / n s, where t 1 is the measuring interval (each channel is allocated time t 1 / n s).
Текущие значения температур в цифровом виде по каждому каналу считываются с выхода АЦП, другие элементы телеметрического сигнала предварительно подготовленные и хранящиеся в цифровом виде из ОЗУ. Так, например, фиксированные коды маркера "Начало цикла", маркера канала, сигнал "Тепловой контроль" и т.д. считываются из ПЗУ. Сигнал "Скважность" вычисляется за предыдущий интервал времени работы и представляет собой величину, пропорциональную отношению суммарного времени включенного состояния данного нагревателя к общему времени работы. Информация включенного состояния нагревателей поступает с определенной дискретностью для каждого текущего интервала, поэтому код сигнала "Скважность" подсчитывается и обновляется каждый данный текущий интервал.The current temperature values in digital form for each channel are read from the ADC output, other elements of the telemetric signal are pre-prepared and stored in digital form from RAM. So, for example, fixed codes for the “Start of cycle” marker, channel marker, “Thermal control” signal, etc. read from ROM. The signal “Duty Cycle” is calculated for the previous time interval of operation and represents a value proportional to the ratio of the total time of the on state of this heater to the total time of operation. The information on the state of the heaters comes with a certain discreteness for each current interval, so the signal code "Duty" is calculated and updated every given current interval.
В ПЗУ запрограммированы уставные значения температур для каждого нагревателя, которые через ОЗУ и его выходной порт поступает на цифровой коммутатор, туда же поступает цифровой сигнал с информацией о фактических температурах с АЦП. Результаты сравнения этих сигналов через порт приема дискретных данных и магистральную шину поступают в ОЗУ, которое через порт управляет n выходными электронными ключами, нагрузкой которых являются нагреватели, например, металлопленочные резисторы, изготовленные по технологии гибких печатных плат.Количество выходных электронных ключей определяется числом выходных каналов. На электронный ключ заводятся сигналы с информацией о тепловой обстановке в каналах ("1"- температура ниже уставки, "0"- выше уставки). Сигналы, имеющие высокий уровень, открывают электронные ключи, обеспечивая протекание тока от бортового источника в электронагревателях. Сигналы, имеющие низкий уровень, закрывают электронный ключ и нагреватели обесточиваются.In ROM, the set temperature values for each heater are programmed, which through the RAM and its output port are fed to a digital switch, a digital signal with information about the actual temperatures from the ADC is also received there. The results of comparing these signals through the discrete data receiving port and the main bus are sent to RAM, which controls the n output electronic keys through the port, the load of which are heaters, for example, metal film resistors made using flexible printed circuit technology. The number of output electronic keys is determined by the number of output channels . Signals are sent to the electronic key with information about the thermal situation in the channels ("1" - temperature below the set point, "0" - above the set point). Signals having a high level open electronic keys, ensuring the flow of current from the on-board source in electric heaters. Signals having a low level close the electronic key and the heaters are de-energized.
Таким образом достигается и поддерживается с высокой точностью и стабильностью равенство текущих температурных значений по каждому каналу с температурными уставками, записанными в ПЗУ.Thus, it is achieved and maintained with high accuracy and stability that the current temperature values for each channel are equal with the temperature settings recorded in the ROM.
Недостатком устройства является то, что для исключения критических ситуаций, связанных с расходованием и текущим запасом электроэнергии в аккумуляторах, на затененных участках, в целях уменьшения потребления электроэнергии от аккумуляторов, могут отключаться от аккумуляторов все или определенное количество электронагревателей. Циклическое отключение электронагревателей от объектов КА, требующих температурные условия эксплуатации в сравнительно узком диапазоне, может приводить данные составляющие КА к глубокому "захолодению", что снижает живучесть и эффективность функционирования КА.The disadvantage of this device is that to eliminate critical situations associated with the expenditure and current supply of electricity in batteries in shaded areas, in order to reduce energy consumption from batteries, all or a certain number of electric heaters can be disconnected from the batteries. The cyclic disconnection of electric heaters from spacecraft objects that require temperature operating conditions in a relatively narrow range can lead to these components of the spacecraft to a deep "cold", which reduces the survivability and efficiency of the spacecraft.
Целью предлагаемого изобретения является повышение живучести КА при сохранении эффективного его функционирования на всех участках орбиты.The aim of the invention is to increase the survivability of the spacecraft while maintaining its effective functioning in all parts of the orbit.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Сущность предлагаемого изобретения заключается в техническом обеспечении исключения критических ситуаций, связанных с расходованием и текущим запасом электроэнергии в аккумуляторах, путем контроля датчиком остаточной емкости аккумулятора и локальным контроллером бортовой ЭВМ остаточной емкости аккумуляторов, обеспечивающего недопущение глубокого его разряда, и при недостаточном запасе остаточной емкости аккумулятора, включением экономичного режима потребления электроэнергии на затененных участках, определяемого запасом остаточной емкости, посредством последовательного подключения к основным электронагревателям дополнительных, в результате чего исключается глубокое "захолодение" составляющих КА, снижающее живучесть и эффективность функционирования КА в условиях открытого космоса.The essence of the invention consists in the technical elimination of critical situations associated with the consumption and current supply of electricity in batteries by monitoring the residual battery capacity by the sensor and the local onboard computer controller to prevent its deep discharge, and if the remaining battery capacity is insufficient, the inclusion of an economical mode of electricity consumption in shaded areas, determined by the reserve stock ary container through a serial connection to the main electric heaters other, thereby preventing deep "zaholodenie" spacecraft components, reducing the efficiency and persistence of spacecraft operation in open space.
Под остаточной емкостью аккумулятора следует понимать значение количества электрической энергии, выраженное в ампер часах или Кулонах, которое аккумулятор отдает при разряде до выбранного конечного напряжения в любом текущем его состоянии. По условиям эксплуатации аккумулятора глубокий его разряд, а именно, ниже конечного напряжения, недопустим, т.к. это приводит к сокращению срока его службы.The residual capacity of the battery should be understood as the value of the amount of electric energy, expressed in ampere hours or Coulomb, which the battery gives when discharged to the selected final voltage in any current state. According to the operating conditions of the battery, its deep discharge, namely, below the final voltage, is unacceptable, because this leads to a reduction in its service life.
Устройство терморегулирования космического аппарата включает в себя связанные через внутреннюю магистраль: микропроцессор, ОЗУ с портами вывода цифровой информации, ПЗУ для задания температурных уставок по каждому электронагревателю, порт приема дискретных данных. В ПЗУ прошивается программное обеспечение температурных уставок и работы всего устройства. Кроме того, система терморегулирования содержит последовательно соединенные: разъем для подключения n-ного количества термодатчиков, n измерительных усилителей по каждому датчику, аналоговый коммутатор с n входами по каждому усиленному сигналу с датчиков. Управляющий вход аналогового коммутатора соединен с одним из выходов порта вывода цифровой информации ОЗУ, ряд других выходов которого соединены с n электронных ключей для управления каждым из n электронагревателей. Выход аналогового коммутатора соединен с последовательно соединенными блоками: аналого-цифровым преобразователем и цифровым компаратором, второй вход которого также соединен с портом вывода цифровой информации ОЗУ, откуда поступает информация о заданных в ПЗУ температурных уставках, и позволяет обеспечить сравнение значений текущих значений температур с температурными уставками, представленными в цифровом виде и тем самым достигнуть высокой точности и стабильности результата. Цифровой компаратор представляет собой схему сравнения входных сигналов в цифровом виде, с выхода которой снимается результирующий сигнал, который обрабатывается микропроцессором, ОЗУ, ПЗУ и данный сигнал обработки с порта вывода цифровой информации ОЗУ управляет n электронными ключами (электронные ключи закрыты при текущей температуре, превышающей температурную уставку, или открыты при текущей температуре меньшей температурной уставки), тем самым определяется момент включения или отключения электронагревателей, поддерживая таким образом текущие температуры в соответствии с установленным в ПЗУ температуривши уставками.The device for thermal control of the spacecraft includes a microprocessor connected to the internal line, a RAM, digital output ports, a ROM for setting temperature settings for each electric heater, and a digital data receiving port. In the ROM, the firmware of the temperature settings and the operation of the entire device are flashed. In addition, the temperature control system contains serially connected: a connector for connecting the nth number of temperature sensors, n measuring amplifiers for each sensor, an analog switch with n inputs for each amplified signal from the sensors. The control input of the analog switch is connected to one of the outputs of the digital information output port of the RAM, a number of other outputs of which are connected to n electronic keys for controlling each of the n electric heaters. The output of the analog switch is connected to series-connected units: an analog-to-digital converter and a digital comparator, the second input of which is also connected to the digital information output port of the RAM, from which information about the temperature settings set in the ROM comes from, and allows you to compare current temperature values with temperature settings digitally presented and thereby achieve high accuracy and stability of the result. The digital comparator is a circuit for comparing the input signals in digital form, the output of which is the resultant signal that is processed by the microprocessor, RAM, ROM, and this processing signal from the digital information output port of the RAM controls n electronic keys (electronic keys are closed at a current temperature exceeding the temperature set point, or open at a current temperature lower than the set temperature), thereby determining the moment the electric heaters are turned on or off, thus maintaining instantly the current temperature in accordance with the temperature set in the ROM.
Введение в устройство n дополнительных электронагревателей, последовательно соединенных соответственно с n основными электронагревателями, n электронных ключей, шунтирующих n дополнительных электронагревателей и управляемых с порта вывода цифровой информации ОЗУ, датчика остаточной емкости, снимаемого текущие значения емкости аккумулятора СЭП, которые вводятся в локальный контроллер бортовой ЭВМ для контроля критических ситуаций, связанных с расходованием и текущим запасом электроэнергии в аккумуляторах на затененных участках, а также с исключением глубокого "захолодение" составляющих КА, требующих температурные условия эксплуатации в сравнительно узком диапазоне, и устанавливаемых радиационной поверхности корпуса КА, тем самым повысить живучесть КА при сохранении эффективного его функционирования на всех участках орбиты.Introducing into the device n additional electric heaters, connected in series with n main electric heaters, n electronic keys, shunting n additional electric heaters and controlled from the digital information output port of RAM, a residual capacity sensor, current battery capacitance of the electronic solar cells, which are entered into the local on-board computer controller to control critical situations associated with the consumption and current supply of electricity in batteries in shaded areas, and t kzhe excluding deep "zaholodenie" spacecraft components requiring temperature operating conditions in a relatively narrow range, and sets the radiation surface spacecraft body, thus improve the survivability of the spacecraft, while maintaining its efficient operation at all portions of the orbit.
В качестве электронагревателей можно использовать металлопленочные резисторы (гибкие электронагреватели), изготавливаемые по технологии гибких печатных плат, которые обладают малой массой и могут размещаться на элементах конструкции КА различной конфигурации (см. патент РФ, №119 969). АО «НИИЭМ», г. Истра, Московской области изготавливает гибкие электронагреватели различной формы и мощности с питающим напряжением в широком диапазоне.As electric heaters, metal-film resistors (flexible electric heaters) made using the technology of flexible printed circuit boards, which are lightweight and can be placed on the structural elements of spacecraft of various configurations, can be used (see RF patent, No. 119 969). NIIEM JSC, Istra, Moscow Region, manufactures flexible electric heaters of various shapes and capacities with a supply voltage in a wide range.
В соответствии с законом Джоуля-Ленца количество теплоты, выделяемой электронагревателем определяется выражениемIn accordance with the Joule-Lenz law, the amount of heat generated by an electric heater is determined by the expression
где Q - количество теплоты, выделяемой электронагревателем,where Q is the amount of heat generated by the electric heater,
U - напряжение на электронагревателе,U is the voltage on the electric heater,
R - сопротивление электронагревателя,R is the resistance of the electric heater,
Δt - время прохождения тока через электронагреватель.Δt is the current passing time through the electric heater.
В соответствии с законом сохранения энергии количество теплоты, выделяемой электронагревателем Q равна количеству энергии, потребляемой от системы электропитания (потерями на проводниках, соединяющими электронагреватели с СЭП можно пренебречь).In accordance with the law of conservation of energy, the amount of heat released by the electric heater Q is equal to the amount of energy consumed from the power supply system (losses on the conductors connecting the electric heaters with the EPA can be neglected).
При последовательном соединении основного и дополнительного электронагревателей сопротивление электронагревателя R увеличивается и равно их суммеWhen the main and additional electric heaters are connected in series, the resistance of the electric heater R increases and is equal to their sum
где R0 - сопротивление основного электронагревателя,where R 0 is the resistance of the main electric heater,
Rд - сопротивление дополнительного электронагревателя. В данном режиме (условно называемым экономичном режиме) в соответствии с выражением (1) количество теплоты, выделяемой электронагревателем, снижается, а значит и снижается потребление электроэнергии от СЭП.Rd - resistance of an additional electric heater. In this mode (conventionally called the economical mode), in accordance with expression (1), the amount of heat generated by the electric heater is reduced, and therefore, the electric power consumption from the BOT is reduced.
Данный экономичный режим необходимо применять в критических ситуациях на затененных участках, когда потребление электроэнергии осуществляется от аккумуляторов и требуется ее снижение. Несмотря на то, что в данном экономичном режиме количество теплоты, выделяемой электронагревателями, снижается, однако в виду увеличения площади локального обогрева конструкции составляющих КА (дополнительно за счет дополнительных электронагревателей), требующих температурные условия эксплуатации в сравнительно узком диапазоне, глубокого их "захолодения" не происходит (как, например, в прототипе при отключенном электронагревателе), что увеличивает живучесть КА, а также сохраняет эффективное его функционирование на затененных участках орбиты.This economic mode must be applied in critical situations in shaded areas, when electricity is consumed from batteries and its reduction is required. Despite the fact that in this economic mode, the amount of heat generated by electric heaters is reduced, however, due to the increase in the area of local heating of the spacecraft component structure (additionally due to additional electric heaters) that require temperature conditions in a relatively narrow range, there is no deep cooling occurs (as, for example, in the prototype when the electric heater is off), which increases the survivability of the spacecraft, and also maintains its effective functioning in the shaded area x orbits.
Датчик остаточной емкости совместно с локальным контроллером бортовой ЭВМ позволяет фиксировать текущую остаточную емкость аккумулятора (см., например, Новости Электроники, №11, 2016 г., стр. 31-37) и в соответствии с ее значением обеспечивать номинальные режимы эксплуатации аккумулятора, не допускающие глубокого разряда (см. Д.А. Хрусталев. Аккумуляторы. Москва, 2003 г., стр. 124-125), что позволяет сохранить рабочие характеристики аккумулятора в течении как можно большего периода времени, и не допускать ситуаций, когда требуемое расходование электроэнергии за определенный период времени превышает текущее значение остаточной емкости в аккумуляторах, что позволяет увеличивает живучесть КА (режимы заряда и условия эксплуатации аккумуляторных батарей известны и подробно описаны, например, в патентах, РФ, №2510105, №2528411, 2529011).The residual capacity sensor, together with the local on-board computer controller, allows you to record the current remaining battery capacity (see, for example, Electronics News, No. 11, 2016, p. 31-37) and, in accordance with its value, provide nominal battery operation modes, not allowing a deep discharge (see DA Khrustalev. Batteries. Moscow, 2003, pp. 124-125), which allows you to save battery performance for as long as possible, and avoid situations when the required consumption of electric energy for a certain period of time exceeds the current value of the residual capacity in the batteries, which increases the survivability of the spacecraft (charge modes and operating conditions of batteries are known and described in detail, for example, in patents, RF, No. 2510105, No. 2528411, 2529011).
Таким образом, благодаря введению новых признаков - n дополнительных электронагревателей, последовательно соединенных соответственно с n основными электронагревателями, n электронных ключей, шунтирующих n дополнительных электронагревателей и датчика остаточной емкости увеличивается срок активного существования КА, т.е. живучесть КА при сохранении эффективного его функционирования на всех участках орбиты.Thus, due to the introduction of new features - n additional electric heaters, connected in series with n main electric heaters, n electronic keys, shunting n additional electric heaters and a residual capacity sensor, the spacecraft active life increases, i.e. spacecraft survivability while maintaining its effective functioning in all parts of the orbit.
Графические иллюстрацииGraphic illustration
На приведенной графической фигуре приведена структурная схема системы терморегулирования космического аппарата. Осуществление изобретенияThe graphic figure shows the structural diagram of the spacecraft thermal control system. The implementation of the invention
Система терморегулирования космического аппарата содержит составляющие, обозначенные позициями на Фиг. 1:The spacecraft thermal control system contains components designated by FIG. one:
Система терморегулирования космического аппарата содержит блоки, обозначенные позициями на Фиг. 1: МП (микропроцессор) - 1;The spacecraft thermal control system comprises blocks indicated by the numbers in FIG. 1: MP (microprocessor) - 1;
ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) - 2;RAM (random access memory) - 2;
порты вывода цифровой информации: РА1 - 3, РА2 - 4, РВ - 5, PC - 6;digital information output ports: PA1 - 3, PA2 - 4, PB - 5, PC - 6;
ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) - 7;ROM (read-only memory) - 7;
ППР (порт приема дискретных данных) - 8;PPR (port for receiving discrete data) - 8;
Разъем на N соединений (для подключения термодатчиков) - 9;Connector for N connections (for connecting temperature sensors) - 9;
ИУс (измерительные усилители) -10;IUS (measuring amplifiers) -10;
АК (аналоговый коммутатор) -11;AK (analog switch) -11;
БУ (блок управления) -12;Control unit (control unit) -12;
АЦП (аналого-цифровой преобразователь) - 13;ADC (analog-to-digital converter) - 13;
ЦК (цифровой компаратор) - 14;Central Committee (digital comparator) - 14;
ИИМ (информационный интерфейсный модуль) - 15;IIM (information interface module) - 15;
Выходной формирователь - 16, содержащий n штук ЭК1 и n штук ЭК2;The output driver - 16, containing n pieces of EC1 and n pieces of EC2;
Электронагреватели - 17, содержащие n штук последовательно соединенныхElectric heaters - 17, containing n pieces in series
основных (ЭНо) с дополнительными (ЭНд);basic (ENO) with additional (END);
Система электропитания (СЭП) - 18, содержащая аккумулятор (АК) -19 иPower supply system (BOT) - 18, containing a battery (AK) -19 and
солнечные батареи (СБ) - 20;solar panels (SB) - 20;
Датчик остаточной емкости - 21;Residual capacity sensor - 21;
Бортовая ЭВМ (локальный контроллер) - 22;On-board computer (local controller) - 22;
Корпус КА (радиационная поверхность) - 23.Spacecraft body (radiation surface) - 23.
Микропроцессор 1 осуществляет все функции по организации работы блока, синхронизации взаимодействия его составных частей и выполнению необходимых вычислительных операций, производит выборку команд и данных из памяти программ ПЗУ7 и памяти данных, производит арифметические и логические операции над данными, управляет сигналами на внутренней шине адреса данных. Микропроцессор 1 - основной программно-управляемый элемент, осуществляющий процесс обработки цифровой информации. Он генерирует адресные сигналы и управляющие импульсы, необходимые для обращения к памяти и устройству ввода вывода, а также отвечает на запросы прерываний.
Через внутреннюю магистраль ОЗУ 2, ПЗУ 7 связаны с портом приема дискретных данных ППР 8. В соответствии с программным обеспечением, заложенным в ПЗУ 7, микропроцессор 1 организует работу по нескольким жестким циклам.Through the internal trunk of
При обращении микропроцессора 1 к ОЗУ 2 происходит запись информации в ячейки памяти ОЗУ 2 или передача информации из ячеек памяти ОЗУ 2, при отсутствии обращения - ячейки ОЗУ 2 находятся в режиме хранения информации.When the
В ПЗУ 7 хранится штатное бортовое программное обеспечение, включающее в себя набор рабочих и контрольных программ и таблицы температурных констант (уставки и граничные значения температур).In
Обращение к ПЗУ 7 происходит только по сигналу микропроцессора 1, поступающему на управляющий вход дешифратора ПЗУ 7, при этом на выходы, то есть на шину выводится содержимое выбранной ячейки памяти ПЗУ 7.Access to the
Порты РА 3 и РА 4 предназначены для управления соответственно через электронные ключи ЭК1 1-й - ЭК1 n-й основными электронагревателями ЭНо 1-й - ЭНо n-й и через электронные ключи ЭК2 1-й - ЭК2 n-й дополнительными электронагревателями ЭНд 1-й - ЭНд n-й, причем каждому из n разрядов портов соответствует свой канал нагревателя.The
Через порт РВ 5 задаются код и температурные константы (уставки или граничные значения), либо элементы телеметрического сигнала БУН.The port and temperature constants (settings or limit values), or elements of the telemetric signal of the BUN, are set via the
Старшие разряды порта PC 6 управляют последовательным переключением n измерительных каналов аналогового коммутатора 11 с периодичностью t1/n (измерительный интервал, каждому каналу), где n - число каналов блока, t1 - время опроса всех n каналов.The high-order bits of the
Внешние термодатчики через разъем 9 и измерительные усилители 10, которые преобразуют величину сопротивления в уровень постоянного напряжения, соединены с одним входом аналогового коммутатора 11, с выхода которого преобразованные и усиленные сигналы поочередно поступают на вход АЦП 13. Выбор канала аналогового коммутатора 11, осуществляется управляющими цифровыми сигналами, поступающими с порта вывода цифровой информации PC 6 на второй вход аналогового коммутатора 11.External temperature sensors through
На один вход порта приема дискретных данных 8 в виде формата m-разрядного слова из блока управления 12 поступают сведения о принятых командах управления с информационного интерфейсного модуля 15 (от локального контроллера бортовой ЭВМ 22), а на второй вход - от цифрового компаратора 14 в виде результата сравнения контролируемой температуры с уставками и граничными значениями (больше или меньше).At one input of the discrete
Информационный интерфейсный модуль 15 по магистральному каналу связи соединен с локальным контроллером бортовой ЭВМ. По мультиплексному каналу обмена передаются команды управления от локального контроллера, а также телеметрическая информация, в соответствии с по ГОСТ Р 52070-2003 (через бортовую ЭВМ) по каждому каналу и по работе всех ключевых элементов схемы. Например, через сигнал "Тепловой контроль" в систему телеметрии выдаются квитанции о приеме управляющих команд смены уставок, а также диагностическая оценка работы канала: находится ли контролируемая температура в допустимых рабочих границах.The
Датчик остаточной емкости 21 совместно с локальным контроллером бортовой ЭВМ 22 позволяет фиксировать текущую остаточную емкость аккумулятора 19 и в соответствии с ее значением обеспечивать в устройстве номинальные режимы эксплуатации аккумулятора, не допускающие глубокого разряда, путем подключения через электронные ключи ЭК2 1-й - ЭК2 n-й дополнительных электронагревателей ЭНд 1-й -ЭНд n-й.The
Описание работы устройстваDevice Description
Фиксация температур различных объектов, установленных на радиационных поверхностях корпуса КА 23, и требующих поддержание температуры в сравнительно узком диапазоне (см. описание выше), осуществляется с помощью термодатчиков, которые через разъем 9 подключаются к измерительным усилителям 10, выходные аналоговые сигналы с выходов которых поступают на вход аналогового коммутатора 11, последовательное переключение n измерительных каналов которого с периодичностью t1/n с, управляется с выходных портов PC 6.The temperatures of various objects installed on the radiation surfaces of the spacecraft 23 and fixing the temperature in a relatively narrow range (see description above) are fixed by means of temperature sensors, which are connected to measuring
Текущие значения температур в цифровом виде по каждому каналу считываются с выхода АЦП 13, другие элементы телеметрического сигнала предварительно подготовленные и хранящиеся в цифровом виде из ОЗУ 2. Так, например, фиксированные коды маркера "Начало цикла", маркера канала, сигнал "Тепловой контроль" и другие считываются из ПЗУ 7. Сигнал "Скважность" вычисляется за предыдущий интервал времени работы и представляет собой величину, пропорциональную отношению суммарного времени включенного состояния данного нагревателя к общему времени работы. Информация включенного состояния нагревателей поступает с определенной дискретностью для каждого текущего интервала, поэтому код сигнала "Скважность" подсчитывается и обновляется каждый данный текущий интервал.The current temperature values in digital form for each channel are read from the output of the
В ПЗУ 7 запрограммированы уставные значения температур для каждого нагревателя, которые через ОЗУ 2 и его выходной порт РВ 5 поступает на цифровой коммутатор 14, туда же поступает цифровой сигнал с информацией о фактических температурах с АЦП 13. Результаты сравнения этих сигналов через порт приема дискретных данных 8 и магистральную шину поступают в ОЗУ 2, которое через порт РА1 3 по управляющим входам электронных ключей ЭК1 1-й - ЭК1 n-й открывает или закрывает их, тем самым, включая или отключая основные электронагреватели ЭНо 1-й - ЭНо n-й, которые подключаются к шине 2 СЭП 18 через дополнительные нагреватели ЭНд 1-й - ЭНд n-й. Следует отметить, что управление электронными ключами ЭК1 1-й - ЭК1 n-й осуществляется относительно шины 1 (для варианта, когда шина 1 - минусовая и является землей) СЭП 18 (например, для биполярного транзистора n-p-n структуры эмиттер соединяется с шиной 1, коллектор - с ЭНо, а база является управляющим входом от сигнала с РА1 3), а управление электронными ключами ЭК2 1-й - ЭК2 n-й осуществляется относительно шины 2 (шина 2 - плюсовая) СЭП 18 (например, для биполярного транзистора p-n-р структуры эмиттер соединяется с шиной 2, коллектор - с ЭНд, а база является управляющим входом от сигнала с РА2 4), т.е. протекание тока через основные электронагреватели ЭНо 1-й - ЭНо n-й осуществляется при открытых электронных ключах ЭК1 1-й - ЭК1 n-й, а протекание тока через дополнительные электронагреватели ЭНд 1-й - ЭНд n-й осуществляется при закрытых электронных ключах ЭК2 1-й - ЭК2 n-й (выводы эмиттеров электронных ключей ЭК1, ЭК2, а также земля на фиг. 1 не показаны). Команду на "основной" или "дополнительный" режим работы устройства выдает локальный контроллер бортовой ЭВМ 22 через ИИМ 15 микропроцессору МП 1 в зависимости от величины остаточной емкости аккумулятора 19 чтобы не допускать ситуаций, когда требуемое расходование электроэнергии за период времени прохождения теневого участка может превысить текущее значение остаточной емкости в аккумуляторах.In
В "основном" режиме электронные ключи ЭК2 1-й - ЭК2 n-й открыты (или закрыты) управлением с порта РА2 4 и дополнительные электронагреватели ЭНд 1-й - ЭНд n-й обесточены в виду шунтирования их открытыми ключами (малым током дополнительных электронагревателей, который определяется падением напряжения на открытых электронных ключах можно пренебречь) и обеспечение теплового режима осуществляется только за счет основных электронагревателей ЭНо 1-й - ЭНо n-й (ток протекает по цепи: шина 2 СЭП 18 - открытые электронные ключи (ЭК2 1-й - ЭК2 n-й) - основные электронагреватели (ЭНо 1-й - ЭНо n-й) - открытые электронные ключи (ЭК1 1-й - ЭК1 n-й) - шина 1 СЭП 18). Величина тока определяется только сопротивлением R0 основных электронагревателей ЭНо 1-й - ЭНо n-й, а количество теплоты, выделяемой электронагревателями определяется выражением (1), где R=R0.In the “main” mode, the electronic switches EK1 1st - EK2 n-th are open (or closed) by control from the
В "экономичном" ("дополнительном") режиме управлением с порта РА2 4 электронные ключи ЭК2 1-й - ЭК2 n-й закрываются и через дополнительные нагреватели ЭНд 1-й -ЭНд n-й начинает протекать ток при открытых электронных ключах ЭК1 1-й - ЭК1 n-й по цепи: шина 2 СЭП 18 - дополнительные нагреватели (ЭНд 1-й - ЭНд n-й) - основные электронагреватели (ЭНо 1-й - ЭНо n-й) - открытые электронные ключи (ЭК1 1-й - ЭК1 n-й) - шина 1 СЭП 18. Величина тока уменьшается и определяется сопротивлением R основных и дополнительных электронагревателей в соответствии с выражением (2), а значит и уменьшается потребление электроэнергии от АК 19. При этом уменьшается количество теплоты, выделяемой электронагревателями в соответствии с выражением (1), однако в виду того, что площадь локального обогрева непосредственно на обогреваемом объекте увеличивается (к основным гибким металлопленочным нагревателям добавляются дополнительные) глубокого их "захолодения" (в сравнении с отключенными электронагревателями) не происходит, а также сохраняется эффективное функционирование обогреваемых объектов КА.In the "economical" ("additional") mode, control from the
Данный "дополнительный" режим применяется в критических ситуациях на затененных участках, когда потребление электроэнергии осуществляется от аккумуляторов и требуется ее снижение в соответствии с остаточной емкостью, при этом фиксация текущей остаточной емкости аккумулятора 19 осуществляется датчиком остаточной емкости 21 совместно с локальным контроллером бортовой ЭВМ 22. Таким образом, в предлагаемом устройстве терморегулирования КА:This "additional" mode is used in critical situations in shaded areas, when the energy consumption is from the batteries and it needs to be reduced in accordance with the residual capacity, while fixing the current remaining capacity of the
- контролируется остаточная емкость аккумулятора, в результате чего не допускается глубокий его разряд, влияющий на сокращение срока его службы;- the residual capacity of the battery is controlled, as a result of which its deep discharge is not allowed, affecting the reduction of its service life;
- в критических ситуациях подключаются дополнительные нагреватели, которые позволяют:- in critical situations, additional heaters are connected, which allow:
- снижать энергопотребление от аккумуляторов;- reduce power consumption from batteries;
- исключать глубокое "захолодение" объектов КА, требующих поддержание температуры в сравнительно узком диапазоне;- exclude deep "cooling" of spacecraft objects that require maintaining the temperature in a relatively narrow range;
- эффективное функционирование объектов КА.- effective functioning of spacecraft objects.
В результате чего увеличивается срок активного существования (живучесть) КА при сохранении эффективного его функционирования на всех участках орбиты.As a result, the period of active existence (survivability) of the spacecraft is increased while maintaining its effective functioning in all parts of the orbit.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018101573A RU2676596C1 (en) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Spacecraft thermal control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018101573A RU2676596C1 (en) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Spacecraft thermal control device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2676596C1 true RU2676596C1 (en) | 2019-01-09 |
Family
ID=64958702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018101573A RU2676596C1 (en) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Spacecraft thermal control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2676596C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2725116C1 (en) * | 2019-07-01 | 2020-06-29 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Modular radiator-heat accumulator of space object passive system for temperature control |
| CN114325100A (en) * | 2021-12-13 | 2022-04-12 | 上海卫星装备研究所 | System, method and medium for testing integrated electrical performance of spacecraft thermal control loop |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7185825B1 (en) * | 2004-06-24 | 2007-03-06 | Howard Rosen | Programmable thermostat employing a fail safe real time clock |
| RU2304071C2 (en) * | 2005-10-11 | 2007-08-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method of control of temperature of spacecraft onboard equipment |
| RU2571728C1 (en) * | 2014-12-22 | 2015-12-20 | АО "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ") | Control over spacecraft hardware heaters |
| CN105109708B (en) * | 2015-08-31 | 2017-03-15 | 北京航天长征飞行器研究所 | A kind of thermal control method of spacecraft |
-
2018
- 2018-01-16 RU RU2018101573A patent/RU2676596C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7185825B1 (en) * | 2004-06-24 | 2007-03-06 | Howard Rosen | Programmable thermostat employing a fail safe real time clock |
| RU2304071C2 (en) * | 2005-10-11 | 2007-08-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method of control of temperature of spacecraft onboard equipment |
| RU2571728C1 (en) * | 2014-12-22 | 2015-12-20 | АО "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ") | Control over spacecraft hardware heaters |
| CN105109708B (en) * | 2015-08-31 | 2017-03-15 | 北京航天长征飞行器研究所 | A kind of thermal control method of spacecraft |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2725116C1 (en) * | 2019-07-01 | 2020-06-29 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Modular radiator-heat accumulator of space object passive system for temperature control |
| CN114325100A (en) * | 2021-12-13 | 2022-04-12 | 上海卫星装备研究所 | System, method and medium for testing integrated electrical performance of spacecraft thermal control loop |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101270930B (en) | Thermal control device on board a spacecraft | |
| US6073888A (en) | Sequenced heat rejection for body stabilized geosynchronous satellites | |
| RU2676596C1 (en) | Spacecraft thermal control device | |
| US5957408A (en) | Satellite with east and west battery radiators | |
| CN1198390A (en) | Temp. control system and method for active cosmonautic vehicle | |
| US6478257B1 (en) | Phase change material thermal control for electric propulsion | |
| RU2371361C2 (en) | Method of operating nickel-hydrogen storage battery incorporated with untight spacecraft with radiation cooling and spacecraft to this effect | |
| EP1026020A1 (en) | Electric heating device for a vehicle | |
| JP2008148408A (en) | Heat insulation control method of accumulation device in power storage system, and power storage system | |
| RU2164881C1 (en) | Spacecraft | |
| RU2279376C2 (en) | Method of control of temperature of spacecraft equipped with solar batteries | |
| Halder | Spacecraft electrical power systems (EPS) using the Flyback converters | |
| US3984980A (en) | Integral heater thermal energy storage device | |
| RU2637585C2 (en) | Method of operation of lithium-ion secondary battery as part of non-sealed space vehicle | |
| RU2262468C2 (en) | Method of control of temperature of spacecraft radiation surfaces | |
| RU2579374C1 (en) | Spacecraft power supply system | |
| Bulut et al. | Battery thermal design conception of Turkish satellite | |
| JP2666754B2 (en) | Power supply method in solar cell power supply | |
| RU2737752C1 (en) | System for providing a thermal mode of spacecraft instruments | |
| RU2313169C2 (en) | Off-line power supply system | |
| RU2739649C1 (en) | Method of controlling air temperature aboard manned spacecraft | |
| KR19990084821A (en) | Electrical storage control system of all-weather optical energy | |
| Ewert et al. | Conceptual design of a solar powered heat pump for lunar base thermal control system | |
| Elmayah et al. | Design and implementation of power distribution module of low earth orbit small satellite | |
| Hajela et al. | Thermal control subsystem for the photovoltaic module on the International Space Station Alpha |