RU2771059C1 - Space vehicle electrication regulator - Google Patents

Space vehicle electrication regulator Download PDF

Info

Publication number
RU2771059C1
RU2771059C1 RU2021132675A RU2021132675A RU2771059C1 RU 2771059 C1 RU2771059 C1 RU 2771059C1 RU 2021132675 A RU2021132675 A RU 2021132675A RU 2021132675 A RU2021132675 A RU 2021132675A RU 2771059 C1 RU2771059 C1 RU 2771059C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spacecraft
plasma
gas lines
fragments
electrons
Prior art date
Application number
RU2021132675A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Михайлович Афанасьев
Original Assignee
Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва» filed Critical Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва»
Priority to RU2021132675A priority Critical patent/RU2771059C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2771059C1 publication Critical patent/RU2771059C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/52Protection, safety or emergency devices; Survival aids
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05FSTATIC ELECTRICITY; NATURALLY-OCCURRING ELECTRICITY
    • H05F3/00Carrying-off electrostatic charges

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Critical Care (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Elimination Of Static Electricity (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering, in particular to the field of space technology, and can be used to eliminate the accumulated static surface charges (electrons) on the elements of the outer structure of spacecraft. The electrification regulator (ER) of the spacecraft contains sensors for controlling the level of electrification of the spacecraft surface fragments and plasma engines with systems for power supply, control and supply of the working fluid to the engine chambers. Spacecraft ER also contains accelerator channels (AC) of plasma engines, which in the zone of low-temperature plasma creation are connected by side inlet gas lines, which have semi-cylindrical intake shells at the beginning in the AC, and side outlet gas lines with electrovalves located on them with neutralizers limited from all sides and communicating with the external environment through only gas lines. The composition of the gas mains includes metallized fragments of the spacecraft surface and thermoelements rigidly placed on them and having a galvanic connection with them.EFFECT: emission of electrons of differential charging from the surfaces of the spacecraft that are in contact with the PD plasma is improved.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к области космической техники, и может быть использовано для эмиссии электронов (статических зарядов) с элементов внешних поверхностей конструкции космического аппарата (КА). The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to the field of space technology, and can be used for the emission of electrons (static charges) from elements of the outer surfaces of the spacecraft (SC) structure.

Технической проблемой при эксплуатации КА является электрическая поверхностная и объемная зарядка конструкционных материалов его поверхностей. В результате взаимодействия КА с окружающей космической плазмой его конструкция приобретает отрицательный заряд, обусловленный поступлением на поверхность КА электронов космической плазмы. Параметры плазмы для наихудшего случая зарядки на геостационарной орбите имеют значения (Λ):A technical problem in the operation of a spacecraft is the electrical surface and volumetric charging of the structural materials of its surfaces. As a result of the interaction of the spacecraft with the surrounding space plasma, its structure acquires a negative charge due to the influx of space plasma electrons onto the surface of the spacecraft. The plasma parameters for the worst case charging in geostationary orbit are (Λ):

- концентрация электронов 1,12 см-3;- electron concentration 1.12 cm -3 ;

- средняя энергия электронов 1,20⋅10эВ;- average electron energy 1.20⋅10 4 eV;

- концентрация ионов (в основном Н+) 0,236 см-3;- concentration of ions (mainly H + ) 0.236 cm -3 ;

- средняя энергия ионов 2,95⋅10 4 эВ.- average ion energy 2.95⋅10 4 eV.

Заряд поверхностей КА будет увеличиваться в условиях возникновения в магнитосфере геомагнитных бурь, когда концентрация электронов с энергией порядка 20 кэВ, вносящих основной вклад в заряд поверхностей КА, увеличивается в несколько раз.The charge of the spacecraft surfaces will increase under conditions of geomagnetic storms in the magnetosphere, when the concentration of electrons with an energy of about 20 keV, which make the main contribution to the charge of the spacecraft surfaces, increases several times.

Вследствие сложной геометрии поверхностей КА, различия в освещенности и в электрофизических параметрах различных фрагментов поверхностей, возникает принципиальное неравномерное распределение заряда (дифференциальная зарядка) на поверхностях КА, взаимодействующих с окружающей средой (электроны) и также неравномерная объемная зарядка конструкционных материалов (ионы, в подавляющей концентрации Н+ солнечного ветра). Определенное влияние будет оказывать и плазма, создаваемая при работе двигательных установок. Due to the complex geometry of the spacecraft surfaces, differences in illumination and in the electrical parameters of various surface fragments, a fundamentally uneven charge distribution (differential charging) arises on the spacecraft surfaces interacting with the environment (electrons) and also uneven volumetric charging of structural materials (ions, in overwhelming concentration H + solar wind). A certain influence will also be exerted by the plasma created during the operation of propulsion systems.

Следствием возникновения дифференциальной зарядки КА является возникновение электростатического разряда (ЭСР). Его характеристики:The consequence of the occurrence of differential charging of the spacecraft is the occurrence of an electrostatic discharge (ESD). Its characteristics:

- ток в разрядном импульсе 100 А;- current in the discharge pulse 100 A;

- длительность разрядного импульса 10-7 – 10-6 c;- discharge pulse duration 10 -7 - 10 -6 s;

- энергия в разрядном импульсе 0,2 Дж;- energy in the discharge pulse 0.2 J;

- напряжение разрядного импульса 20 кВ;- discharge pulse voltage 20 kV;

- частота разрядов 10 Гц.- discharge frequency 10 Hz.

Количество непроводящих элементов подсистем следует сводить к минимуму. Обязательно экранирование кабельных сборок и блоков.The number of non-conductive elements of subsystems should be kept to a minimum. Shielding of cable assemblies and blocks is mandatory.

Считается, что большие общие статические заряды на поверхности и под поверхностью КА в условиях космоса – неизбежная проблема. Ее можно опосредовано минимизировать, грамотно занимаясь профилактикой ЭСР (экранирование, металлизация, выбор поверхностных материалов, установка фильтров помехозащищенности, «заземление», то есть организация гальванических связей на корпус КА). Абсолютная сумма носителей электрических зарядов при этом не будет превышать определенного для характеристики окружающей среды (Λ) уровня. Со временем та же космическая плазма способствует компенсации поверхностных зарядов (взаимодействие ионов плазмы и статических электронов), а накопление объемного положительного заряда способствует отторжению вновь внедряющихся в тело КА положительных ионов космической плазмы. Однако практика профилактики электрических пробоев не всегда срабатывает на длительных сроках существования КА. Принудительно минимизировать сумму носителей отрицательных электрических зарядов – значит напрямую уменьшать дифференциальную зарядку. Управлять процессом нейтрализации (деэлектризации) корпуса КА выгоднее и безопаснее, чем просто наблюдать за ним, без возможности вмешательства в этот процесс. It is believed that large total static charges on the surface and under the surface of the spacecraft in space conditions is an inevitable problem. It can be indirectly minimized by competently engaging in ESD prevention (shielding, metallization, selection of surface materials, installation of noise immunity filters, "grounding", that is, the organization of galvanic connections to the spacecraft body). The absolute sum of electric charge carriers in this case will not exceed the level determined for the environmental characteristic (Λ). Over time, the same space plasma contributes to the compensation of surface charges (the interaction of plasma ions and static electrons), and the accumulation of a positive volume charge contributes to the rejection of positive space plasma ions that again penetrate into the body of the spacecraft. However, the practice of preventing electrical breakdowns does not always work for long periods of SC existence. To forcefully minimize the sum of negative electric charge carriers means to directly reduce differential charging. It is more profitable and safer to control the process of neutralization (de-electrification) of the spacecraft body than simply to observe it, without the possibility of interfering in this process.

При производстве КА существуют требования по профилактике ЭСР и сохранению работоспособности бортовой аппаратуры служебных систем и полезной нагрузки, позволяющие минимизировать воздействие ЭСР: During the production of spacecraft, there are requirements for the prevention of ESD and maintaining the operability of onboard equipment of service systems and payloads, which make it possible to minimize the impact of ESD:

- все материалы, применяемые на поверхностях, контактирующих с внешней средой, должны быть отработаны на электризуемость и удовлетворять требованиям по стойкости к воздействию факторов электризации и по влиянию на ухудшение помеховой обстановки (в электронных цепях);- all materials used on surfaces in contact with the external environment must be tested for electrification and meet the requirements for resistance to the effects of electrification factors and for the effect on the deterioration of the interference environment (in electronic circuits);

- экранирование (сетки Фарадея) кабельных сборок и блоков должно быть произведено в соответствии с требованиями руководящих технических материалов;- shielding (Faraday grids) of cable assemblies and blocks must be made in accordance with the requirements of the guiding technical materials;

- корпуса блоков и сборок, расположенных снаружи КА, должны быть выполнены из проводящих материалов;- housings of blocks and assemblies located outside the spacecraft must be made of conductive materials;

- кабельные сборки должны быть металлизированы;- cable assemblies must be metallized;

- проводящие элементы конструкции должны быть металлизированы, количество непроводящих элементов на внешних поверхностях должно быть сведено к минимуму;- conductive structural elements should be metallized, the number of non-conductive elements on external surfaces should be minimized;

- кабельная сеть, расположенная снаружи КА, должна быть выполнена экранированной; на блочные и кабельные части соединителей кабельной системы должны быть установлены экранирующие корпуса, образующие непрерывный экран с корпусами внешних блоков и корпусом КА с одной стороны и с экранами кабельных стволов с другой стороны;- the cable network located outside the spacecraft must be shielded; on the block and cable parts of the connectors of the cable system, shielding cases must be installed, forming a continuous screen with the cases of external units and the spacecraft case on one side and with the screens of cable trunks on the other side;

- цепи управления не должны иметь гальванической связи с корпусом;- control circuits should not have galvanic connection with the body;

- датчиковая аппаратура, включая кабели, должна быть экранирована;- sensor equipment, including cables, must be shielded;

- с целью защиты электронных сетей и КА в целом от статической разности потенциалов, наводимой между шинами питания и корпусом, необходима установка фильтра. - in order to protect electronic networks and the spacecraft as a whole from the static potential difference induced between the power buses and the case, it is necessary to install a filter.

Все эти требования - стандартный комплекс мероприятий по обеспечению электростатической защиты (СКМОЭЗ) на КА. Эти требования сводятся к двум, имеющим свойства обобщающих и обязательных признаков: экранирование, то есть недопущение статических зарядов за экраны, и заземление, или, при невозможности такового - создание надежной системы гальванических связей элементов конструкции внутри всего КА с проводящим корпусом КА. All these requirements are a standard set of measures to ensure electrostatic protection (ESPS) on a spacecraft. These requirements are reduced to two, which have the properties of generalizing and mandatory features: shielding, that is, the prevention of static charges behind the shields, and grounding, or, if this is not possible, the creation of a reliable system of galvanic connections of structural elements within the entire spacecraft with a conductive spacecraft case.

К активным способам диэлектризации КА относятся, например, следующие изобретения.For example, the following inventions belong to active methods of dielectricization of spacecraft.

Известен способ защиты КА от статического электричества и устройство для его осуществления (RU 2612474 C1, МПК B64G1/52, B64G1/50), в части способа включающий в себя металлизацию всех агрегатов, аппаратуры и корпуса КА, а также сбор, измерение, перевод в тепловую энергию накопленного поверхностного заряда и рассеивание ее в космическом пространстве, характеризующееся тем, что аппаратуру служебных систем металлизируют на шину, а комплекс целевой и/или научной аппаратуры – на другую шину, выводимые на корпуса двух частей КА, изолированных друг от друга токонепроводящей фермой, причем обе шины присоединяют к обкладкам электрического конденсатора большой емкости, разряжаемого автоматически по достижении определенной разности потенциалов по команде от системы управления на омическое сопротивление с выделением на поверхности последнего тепла, которое отводят через радиатор-охладитель в окружающее пространство. There is a known method of protecting spacecraft from static electricity and a device for its implementation (RU 2612474 C1, IPC B64G1 / 52, B64G1 / 50), in part of the method including the metallization of all units, equipment and spacecraft housing, as well as collecting, measuring, converting to thermal energy of the accumulated surface charge and its dissipation in outer space, characterized by the fact that the equipment of service systems is metallized on the bus, and the complex of target and / or scientific equipment - on another bus, output to the bodies of two parts of the spacecraft, isolated from each other by a non-conductive farm, moreover, both tires are connected to the plates of a large-capacity electric capacitor, which is automatically discharged upon reaching a certain potential difference on command from the control system to ohmic resistance with the release of the last heat on the surface, which is removed through the radiator-cooler to the surrounding space.

Аналог имеет недостатки:Analog has disadvantages:

1. Незачем разбивать всю аппаратуру на две неравноценные группы: модули служебных систем, с одной стороны, и целевую и научную аппаратуру – с другой стороны. Вряд ли это реально возможно, поскольку аппаратура на борту КА размещается компактно, что является одной из причин сокращения массы КА. Решение надо находить в оптимизации расстановки бортовой аппаратуры на две изолированные друг от друга шины совершенно произвольного исполнения без резких изгибов;1. There is no need to divide all equipment into two unequal groups: service system modules, on the one hand, and target and scientific equipment, on the other hand. This is hardly realistically possible, since the equipment on board the spacecraft is placed compactly, which is one of the reasons for the reduction in the mass of the spacecraft. The solution must be found in optimizing the placement of on-board equipment on two tires isolated from each other of a completely arbitrary design without sharp bends;

2. В окружающее пространство отводят электромагнитную энергию – тепло, тем самым максимально возможно выравнивая электрические потенциалы по всей поверхности и внутренней структуре КА. Это со временем приводит однозначно к более частому появлению ЭСР, так как постепенно повышается плотность статических зарядов и плотность конвекционных токов внутри КА, причиной которых является солнечное освещение и солнечный ветер. А надо бы отводить статические электроны. Выверенная работа по отводу статических электронов гарантирует полное отсутствие ЭСР на КА в течение всего срока его активного существования. 2. Electromagnetic energy (heat) is removed into the surrounding space, thereby equalizing the electrical potentials as much as possible over the entire surface and internal structure of the spacecraft. Over time, this unequivocally leads to a more frequent occurrence of ESD, as the density of static charges and the density of convection currents inside the spacecraft gradually increase, the cause of which is solar illumination and solar wind. And it would be necessary to divert static electrons. The verified work on the removal of static electrons guarantees the complete absence of ESD on the spacecraft during the entire period of its active existence.

Но, принимая эти недостатки, способ и соответствующее ему устройство промышленно применимы, и их следовало бы использовать при проектировании новых КА, поскольку это шаг вперед по сравнению с только СКМОЭЗ.But, accepting these shortcomings, the method and the device corresponding to it are industrially applicable, and they should be used in the design of new spacecraft, since this is a step forward compared to only SKMOES.

Известен способ регулирования электризации КА и устройство для его осуществления (RU 2020776 C1, МПК Н05F3/04), в части устройства (с приемлемым разъяснением способа) содержащий датчики контроля уровня электризации фрагментов поверхности аппарата и нейтрализаторы в виде ионно-плазменных двигателей (ИПД) с системами электропитания, управления и подачи рабочего вещества в камеры двигателей, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности регулирования при снижении уровня динамических и электромагнитных помех, на нейтрализуемых фрагментах установлены по крайней мере два сопряженных датчика уровня электризации и одна пара ИПД с симметрично соосно ориентированными встречно или противоположно выходными соплами, при этом каналы подачи рабочего вещества в камеры двигателей и цепи электропитания и управления двигателями выполнены сопряженными, при этом последние соединены с общим блоком управления, выходы которого соединены с сопряженными датчиками контроля уровней нейтрализации фрагментов. There is a known method for regulating the electrization of spacecraft and a device for its implementation (RU 2020776 C1, IPC H05F3/04), in terms of the device (with an acceptable explanation of the method) containing sensors for monitoring the level of electrization of fragments of the surface of the apparatus and neutralizers in the form of ion-plasma engines (IPD) with systems of power supply, control and supply of the working substance to the engine chambers, characterized in that, in order to increase the efficiency of regulation while reducing the level of dynamic and electromagnetic interference, at least two conjugated sensors of the electrization level and one pair of PPDs with symmetrically coaxially oriented opposite or opposite to the outlet nozzles, while the channels for supplying the working substance to the engine chambers and the power supply and engine control circuits are made conjugated, while the latter are connected to a common control unit, the outputs of which are connected to conjugated sensors for controlling fragment neutralization levels in.

По сигналам датчиков генерируют два встречно или противоположно направленных потока с взаимной компенсацией их реактивного силового воздействия на КА, что создает у нейтрализуемой поверхности искусственную внешнюю собственную атмосферу, которая парирует воздействие электронных потоков и препятствует возрастанию потенциалов на отдельных участках, благодаря их разрядке через прилегающую к поверхности более плотную плазму. Данное устройство взято за прототип.Based on the signals from the sensors, two counter- or opposite-directed flows are generated with mutual compensation of their reactive force impact on the spacecraft, which creates an artificial external own atmosphere near the surface to be neutralized, which fends off the effect of electronic flows and prevents the potentials from increasing in individual areas, due to their discharge through the surface adjacent to the surface. denser plasma. This device is taken as a prototype.

Важным здесь является то, что такой двигатель развивает тягу за счет инжекции ионов рабочего тела (РТ), независимо от типа двигателя. Это может быть и стационарный плазменный двигатель (далее – двигатель плазменным (ПД). It is important here that such an engine develops thrust due to the injection of ions of the working fluid (RT), regardless of the type of engine. It can also be a stationary plasma engine (hereinafter referred to as a plasma engine (PD).

Данный аналог имеет следующие недостатки:This analogue has the following disadvantages:

1. Если использовать ПД, применяемые для коррекции движения центра масс КА, то струи, направленные вдоль нейтрализуемой поверхности, создадут не собственную для КА атмосферу, а просто сожгут все, что попадется на их пути. Температура плазмы на выходе из двигателя порядка 1000 К;1. If we use the PD used to correct the motion of the center of mass of the spacecraft, then the jets directed along the neutralized surface will not create their own atmosphere for the spacecraft, but will simply burn everything that gets in their way. The plasma temperature at the engine outlet is about 1000 K;

2. Если использовать специальные ПД с пониженным секундным расходом рабочего вещества, то надо уменьшать сечение входного жиклера, что приводит к ужесточению требований к чистоте рабочего вещества в топливных баках. Что экономически неприемлемо;2. If you use special PDs with a reduced second consumption of the working substance, then it is necessary to reduce the cross section of the inlet jet, which leads to stricter requirements for the purity of the working substance in fuel tanks. What is economically unacceptable;

3. Возможно, что придется выстраивать систему питания двигателей-регуляторов электризации, параллельную аналогичной системе питания двигателей системы коррекции движения центра масс КА: те же баки, те же топливные магистрали, та же масса. Вопросы массы в числе главных при проектировании КА. 3. It is possible that it will be necessary to build a power supply system for electrification motors-regulators, parallel to a similar power supply system for the engines of the spacecraft center of mass movement correction system: the same tanks, the same fuel lines, the same mass. Mass issues are among the main ones in spacecraft design.

Для заявленного изобретения выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: регулятор электризации КА, содержащий датчики контроля уровня электризации фрагментов поверхности КА и плазменные двигатели с системами электропитания, управления и подачи рабочего тела в камеры двигателей.For the claimed invention, the following essential features in common with the prototype have been identified: a spacecraft electrification controller containing sensors for controlling the level of electrization of spacecraft surface fragments and plasma engines with systems for power supply, control and supply of the working fluid to the engine chambers.

Технической проблемой изобретения является создание устройства, регулирующего уровень электризации КА. Указанная техническая проблема решается за счет того, что регулятор электризации (РЭ) космического аппарата, содержащий датчики контроля уровня электризации фрагментов поверхности КА и плазменные двигатели с системами электропитания, управления и подачи рабочего тела в камеры двигателей, отличается от прототипа тем, что содержит ускорительные каналы (УК) плазменных двигателей, которые в зоне создания низкотемпературной плазмы соединены боковыми входными газовыми магистралями, имеющими в начале в УК полуцилиндрические заборные скорлупы, и боковыми выходными газовыми магистралями с расположенными на них электроклапанами с ограниченными со всех сторон и сообщающимися с внешней средой посредством только газовых магистралей нейтрализаторами, в состав которых входят металлизированные фрагменты поверхности КА и жестко размещенные на них и имеющие с ними гальваническую связь термоэлементы.The technical problem of the invention is the creation of a device that regulates the level of electrization of the spacecraft. This technical problem is solved due to the fact that the electrification controller (RE) of the spacecraft, containing sensors for monitoring the level of electrization of fragments of the surface of the spacecraft and plasma engines with power supply systems, control and supply of the working fluid to the engine chambers, differs from the prototype in that it contains acceleration channels (UK) plasma engines, which in the zone of low-temperature plasma creation are connected by side inlet gas lines, which have semi-cylindrical intake shells at the beginning in the UK, and side outlet gas lines with electrovalves located on them, limited from all sides and communicating with the external environment through only gas lines with neutralizers, which include metallized fragments of the surface of the spacecraft and thermoelements rigidly placed on them and having a galvanic connection with them.

Идея предлагаемого изобретения состоит в создании на борту КА, в отличие от покрытия облаком собственной атмосферы большей части КА, как в прототипе, закрытого, прилегающего к поверхности КА потока так называемой низкотемпературной плазмы из УК ПД, поступающей затем для дальнейшей регенерации и ускорения обратно в УК, то есть без потерь РТ на деэлектризацию КА. Идея нова, и реализация ее принципиально возможна. The idea of the proposed invention is to create on board the spacecraft, in contrast to covering most of the spacecraft with a cloud of its own atmosphere, as in the prototype, a closed flow of the so-called low-temperature plasma from the UK PD adjacent to the surface of the spacecraft, which then flows back to the UK for further regeneration and acceleration , that is, without RT losses for spacecraft de-electrification. The idea is new, and its implementation is fundamentally possible.

Изобретение направлено на технический результат – эмиссию электронов дифференциальной зарядки с поверхностей КА, контактных с плазмой ПД. The invention is directed to the technical result - the emission of differential charging electrons from the surfaces of the spacecraft in contact with the PD plasma.

Технический результат достигается за счет того, что термоэлектронная эмиссия и подхватывающий электроны поток плазмы ПД создают условия конечной депортации электронов дифференциальной зарядки в космическое пространство. Конечным результатом является снижение уровней электризации корпусных частей КА. The technical result is achieved due to the fact that thermionic emission and the PD plasma flow picking up electrons create conditions for the final deportation of differential charge electrons into outer space. The end result is a reduction in the levels of electrization of the hull parts of the spacecraft.

На фиг. 1 представлена функционально-кинематическая схема устройства РЭ в сечении: один ПД – один нейтрализатор. На фиг. 2 представлена примерная принципиальная схема сетей газовых магистралей, нейтрализаторов (приведен их минимум) и ПД в структуре РЭ для устранения дифференциальной зарядки.In FIG. Figure 1 shows a functional-kinematic diagram of the RE device in cross section: one PD - one neutralizer. In FIG. 2 shows an exemplary schematic diagram of networks of gas mains, neutralizers (their minimum is given) and PD in the RE structure to eliminate differential charging.

Отметим еще раз, что СКМОЭЗ предписывается (совершенно справедливо) проводящие элементы конструкции металлизировать, и количество непроводящих элементов на внешних поверхностях сводить к минимуму. We note once again that SKMOES is prescribed (quite rightly) to metallize the conductive elements of the structure, and to minimize the number of non-conductive elements on the outer surfaces.

РЭ содержит:RE contains:

- ПД 9 (согласно штатному расписанию на систему коррекции КА) с системами электропитания, управления и подачи РТ в камеры двигателей (УК 10); - PD 9 (according to the staffing table for the spacecraft correction system) with systems for power supply, control and supply of RT to the engine chambers (UK 10);

- датчики контроля уровня электризации 16 фрагментов поверхности КА 14;- sensors for monitoring the level of electrization of 16 fragments of the surface of the spacecraft 14;

- УК 10, каждый из которых имеет боковые выходное и входное отверстия газовых магистралей 5, соединяющих этот УК 10 с сетью нейтрализаторов 4, расположенных по поверхности 1 КА; - UK 10, each of which has lateral outlet and inlet openings of gas lines 5 connecting this UK 10 with a network of neutralizers 4 located on the surface 1 of the spacecraft;

- сеть газовых магистралей 5 с электроклапанами 6, доставляющих плазму РТ при наличии тяги и полуцилиндрических заборных скорлуп 11 в нейтрализаторы 4 для нейтрализации поверхностных электронов 2 и отводящих в УК 10 конечный продукт нейтрализации; - a network of gas pipelines 5 with electrovalves 6 delivering RT plasma in the presence of thrust and semi-cylindrical intake shells 11 to neutralizers 4 to neutralize surface electrons 2 and discharge the end product of neutralization into UK 10;

- электроклапаны 6, регламентирующие доступ плазмы РТ в нейтрализаторы 4: могут быть открыты при работе ПД 9 во время коррекции параметров орбитального движения КА и закрыты при отключенном ПД 9; - solenoid valves 6 that regulate the access of RT plasma to neutralizers 4: they can be opened during operation of PD 9 during correction of the parameters of the orbital motion of the spacecraft and closed when PD 9 is turned off;

- полуцилиндрические заборные скорлупы 11, способствующие принудительному отбору РТ из УК 10 в нейтрализаторы 4; - semi- cylindrical intake shells 11, which contribute to the forced selection of RT from UK 10 to neutralizers 4;

- нейтрализаторы 4, представляющие ограниченные со всех сторон пространства, сообщающиеся с внешней средой газовыми магистралями 5, в состав нейтрализаторов 4 входят металлизированные фрагменты поверхности 14 КА с жестко размещенными на них и имеющих с ними гальванические связи термоэлементами 13. - neutralizers 4, representing spaces limited on all sides, communicating with the external environment by gas pipelines 5, the composition of neutralizers 4 includes metallized fragments of the surface 14 of the spacecraft with thermoelements 13 rigidly placed on them and having galvanic connections with them.

Основными частями РЭ являются ПД 9 и нейтрализаторы 4. УК 10 ПД, имеющие входы/выходы РТ посредством газовых магистралей 5 в нейтрализаторы 4, использующие в работе термоэлектронную эмиссию - существенные признаки, отвечающие критерию «новизна». Ни один аналог-устройство не обладает такой совокупностью составных частей.The main parts of the RE are PD 9 and neutralizers 4. UK 10 PD having RT inputs/outputs through gas lines 5 to neutralizers 4, using thermionic emission in operation - essential features that meet the criterion of "novelty". No analogue device has such a set of components.

Газовые магистрали 5 являются термостойкими.The gas lines 5 are heat resistant.

Движение (тяга) плазмообразного РТ в нейтрализаторе 4 создается за счет того, что:The movement (thrust) of the plasma-like RT in the neutralizer 4 is created due to the fact that:

1. При включенном ПД 9 создается рабочая тяга, и, следовательно, заборное устройство (скорлупа) 11 будет эффективно отводить часть образовавшейся низкотемпературной плазмы в соответствующую газовую магистраль 5. Далее плазма, проходя через распределительный узел 7, попадает в сеть газовых магистралей 5 и, наконец, - во все нейтрализаторы 4 РЭ.1. When PD 9 is turned on, a working thrust is created, and, therefore, the intake device (shell) 11 will effectively divert part of the formed low-temperature plasma into the corresponding gas main 5. Further, the plasma, passing through the distribution unit 7, enters the network of gas mains 5 and, finally, - in all neutralizers 4 RE.

2. Выходное боковое отверстие газовой магистрали 5 в УК 10 ПД 9 расположено ближе к аноду (входу РТ из блока подачи РТ (БПРТ) 12), чем входное боковое отверстие другой газовой магистрали 5 в УК 10 ПД 9. Давление РТ в стационарном ПД (СПД) 9 падает стремительно от порядка 2 – 3 кгс/см2 на входе в двигатель практически до нуля на выходе из СПД: тяга СПД100 (диаметр выходного отверстия 100 мм) составляет 8,3⋅10-2 Н; это 8,5⋅10-3 кгс; делим на площадь выходного отверстия СПД100, получаем выходное давление РТ 1,1⋅10-4 кгс/см2, то есть практически ноль. При длине УК порядка 0,1 м. Даже рядом расположенные отверстия газовых магистралей 5 дают значимую циркуляцию плазмообразного РТ на интервале порядка 1,5 – 2 ч времени коррекции параметров движения центра масс КА. Качество факела 8 от наличия газовых магистралей у стенки УК 10 при выходе на рабочий режим РЭ не пострадает. А выход на рабочий режим с открытием электроклапана 6 происходит практически мгновенно.2. The side outlet of the gas line 5 in UK 10 PD 9 is located closer to the anode (RT inlet from the RT supply unit (BPRT) 12) than the side inlet of the other gas line 5 in UK 10 PD 9. The pressure of the RT in stationary PD ( SPT) 9 drops rapidly from about 2–3 kgf/cm 2 at the engine inlet to almost zero at the output of the SPT: SPT100 thrust (outlet diameter 100 mm) is 8.3⋅10 -2 N; it is 8.5⋅10 -3 kgf; we divide by the area of the outlet SPD100, we get the outlet pressure RT 1.1⋅10 -4 kgf/cm 2 , that is, almost zero. With an AC length of about 0.1 m. Even adjacent openings of gas pipelines 5 give a significant circulation of plasma-like RT in the interval of about 1.5 – 2 hours of the correction time for the motion parameters of the center of mass of the spacecraft. The quality of the torch 8 will not suffer from the presence of gas pipelines at the wall of the UK 10 when entering the operating mode of the RE. And the output to the operating mode with the opening of the solenoid valve 6 occurs almost instantly.

Электроклапаны 6 на магистралях 5 наряду с датчиком 16 контроля уровня электризации необходимы для гибкого сопряжения работ системы коррекции и комплекса электрозащиты.Solenoid valves 6 on highways 5, along with the sensor 16 for monitoring the level of electrification, are necessary for flexible coupling of the work of the correction system and the electrical protection complex.

Чтобы эффективность активной деэлектризации была максимальной, в составе РЭ находятся термоэлементы 13, способствующие принудительной эмиссии электронов 2 в плазму РТ. Плазма в нейтрализаторах становится более нейтральной, так как ионы 3 РТ, соединяясь с электронами 2, превращаются в нейтральные частицы РТ. In order to maximize the efficiency of active de-electrification, the RE contains thermoelements 13, which contribute to the forced emission of electrons 2 into the RT plasma. The plasma in the neutralizers becomes more neutral, since 3 RT ions, combining with electrons 2, turn into neutral RT particles.

Поверхностями 14 КА следует выбирать любые поверхности 1 конструкции КА, по возможности, свободные от элементов служебных систем и целевой и научной аппаратуры, или иные поверхности, состояние элементов которых не критично при повышенных нагревах. The surfaces 14 of the spacecraft should be any surfaces 1 of the spacecraft design, if possible, free from elements of service systems and target and scientific equipment, or other surfaces, the state of the elements of which is not critical at elevated temperatures.

В пределах контактных поверхностей 14 следует размещать на них (над ними) в полный и плотный контакт термоэлементы 13. То есть необходимо организовать гальваническую связь, чтобы электроны 2, покидая термоэлементы 13, создавали электрический ток в проводящих поверхностях КА, прилегающих к данному нейтрализатору 4, в направлении его поверхности 14. Количество термоэлементов 13 рассчитывается, исходя из энергобаланса на борту КА и практической эффективности их работы.Within the contact surfaces 14, thermoelements 13 should be placed on them (above them) in full and tight contact. That is, it is necessary to organize a galvanic connection so that the electrons 2, leaving the thermoelements 13, create an electric current in the conductive surfaces of the spacecraft adjacent to this neutralizer 4, in the direction of its surface 14. The number of thermoelements 13 is calculated based on the energy balance on board the spacecraft and the practical efficiency of their work.

Каждый нейтрализатор 4 имеет связь со всеми двигателями ПД 9, и газовых магистралей 5 не две, а целая сеть с распределительными входным и выходным узлами 7, и нейтрализаторов 4 в РЭ на борту КА от 4 штук по числу имеющихся ПД 9, задействуемых в регулярном процессе поддержания орбитальной позиции КА. Требуется иметь посадочные места на корпусе 1 КА, наиболее эффективно собирающие, как показано на фиг. 1 стрелками 15 отрицательные заряды дифференциальной зарядки КА. Однако площади охвата каждым нейтрализатором 4 могут быть достаточно большими, чтобы удовлетворительно справляться с задачей минимизации электростатического заряда на борту КА. Процесс деэлектризации контактных поверхностей приводит к деэлектризации всего КА.Each neutralizer 4 has a connection with all PD 9 engines, and there are not two gas pipelines 5, but a whole network with distribution input and output nodes 7, and neutralizers 4 in the RE on board the spacecraft from 4 pieces according to the number of available PD 9 involved in the regular process maintaining the orbital position of the spacecraft. It is required to have seats on the body 1 of the spacecraft that most effectively assemble, as shown in Fig. 1 arrows 15 negative charges of differential charging of spacecraft. However, the coverage areas of each neutralizer 4 can be large enough to satisfactorily cope with the task of minimizing the electrostatic charge on board the spacecraft. The process of de-electrification of contact surfaces leads to de-electrification of the entire spacecraft.

Блок подачи РТ 12 предназначен для обеспечения подачи РТ (ксенона) с заданным давлением в ПД 9.The supply unit RT 12 is designed to provide the supply of RT (xenon) with a given pressure to PD 9.

БПРТ 12 выполнен в виде моноблока, в состав которого входят следующие основные элементы: датчик высокого давления, фильтры, каркас под экранно-вакуумную теплоизоляцию (ЭВТИ), трубопроводы и элементы соединения, электрические соединители и кабели и две линии (основная и резервная) понижения давления РТ и его подачи в двигатели. Каждая линия состоит из редуктора давления, ресивера, датчика низкого давления, сигнализатора давления и двух электроклапанов (высокого и низкого давления). БПРТ содержит также подогреватель РТ, необходимый для исключения попадания жидкой фазы РТ в редуктор. Для обеспечения теплового режима блок снаружи закрыт кожухом ЭВТИ. BPRT 12 is made in the form of a monoblock, which includes the following main elements: a high pressure sensor, filters, a frame for screen-vacuum thermal insulation (EVTI), pipelines and connection elements, electrical connectors and cables, and two lines (main and backup) of pressure reduction RT and its supply to the engines. Each line consists of a pressure reducer, a receiver, a low pressure sensor, a pressure alarm and two solenoid valves (high and low pressure). The BPRT also contains a heater RT, which is necessary to prevent the ingress of the liquid phase of the RT into the reducer. To ensure the thermal regime, the block is closed from the outside with an EVTI casing.

Claims (1)

Регулятор электризации космического аппарата (КА), содержащий датчики контроля уровня электризации фрагментов поверхности КА и плазменные двигатели с системами электропитания, управления и подачи рабочего тела в камеры двигателей, отличающийся тем, что содержит ускорительные каналы (УК) плазменных двигателей, которые в зоне создания низкотемпературной плазмы соединены боковыми входными газовыми магистралями, имеющими в начале в УК полуцилиндрические заборные скорлупы, и боковыми выходными газовыми магистралями с расположенными на них электроклапанами с ограниченными со всех сторон и сообщающимися с внешней средой посредством только газовых магистралей нейтрализаторами, в состав которых входят металлизированные фрагменты поверхности КА и жестко размещенные на них и имеющие с ними гальваническую связь термоэлементы. A spacecraft (SC) electrification regulator containing sensors for monitoring the level of electrization of spacecraft surface fragments and plasma engines with systems for power supply, control and supply of the working fluid to the engine chambers, characterized in that it contains accelerating channels (AC) of plasma engines, which are in the zone of creating a low-temperature plasmas are connected by side inlet gas lines, which have semi-cylindrical intake shells at the beginning in the AC, and side outlet gas lines with electrovalves located on them with neutralizers limited on all sides and communicating with the external environment through only gas lines, which include metallized fragments of the spacecraft surface and thermoelements rigidly placed on them and having a galvanic connection with them.
RU2021132675A 2021-11-10 2021-11-10 Space vehicle electrication regulator RU2771059C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021132675A RU2771059C1 (en) 2021-11-10 2021-11-10 Space vehicle electrication regulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021132675A RU2771059C1 (en) 2021-11-10 2021-11-10 Space vehicle electrication regulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2771059C1 true RU2771059C1 (en) 2022-04-25

Family

ID=81306203

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021132675A RU2771059C1 (en) 2021-11-10 2021-11-10 Space vehicle electrication regulator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2771059C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5103193A (en) * 1989-08-25 1992-04-07 The Boeing Company Apparatus and methods for simulating a lightning strike in an aircraft avionics environment
RU2020776C1 (en) * 1990-09-06 1994-09-30 Центральный научно-исследовательский институт машиностроения Method of spacecraft electrization control and device for its accomplishment
US8944385B2 (en) * 2007-09-14 2015-02-03 Thales Electronic Systems Gmbh Device for reducing the impact on a surface section by positively charged ions, and ion accelelerator arrangement

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5103193A (en) * 1989-08-25 1992-04-07 The Boeing Company Apparatus and methods for simulating a lightning strike in an aircraft avionics environment
RU2020776C1 (en) * 1990-09-06 1994-09-30 Центральный научно-исследовательский институт машиностроения Method of spacecraft electrization control and device for its accomplishment
US8944385B2 (en) * 2007-09-14 2015-02-03 Thales Electronic Systems Gmbh Device for reducing the impact on a surface section by positively charged ions, and ion accelelerator arrangement

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1184781A (en) Method and device for separating particles difficult in sedimentation from gaseous fluid by charging electric charge
RU2771059C1 (en) Space vehicle electrication regulator
Rosen Spacecraft charging: Environment-induced anomalies
CN105514979B (en) The satellite distribution system of high electrical-magnetic compatibility energy
US6369520B1 (en) Starter circuit for an ion engine
Rawlin et al. An ion propulsion system for NASA's deep space missions
CN105158617A (en) Charge-discharge simulator based on electron induction
WO1991001036A1 (en) Energy source system
RU2657795C2 (en) Method for manufacturing spacecraft
CN106159758B (en) Ring main unit, which does not have a power failure, accesses the servicing unit of cable
Hastings et al. Space station freedom structure floating potential and the probability of arcing
JPH0752900A (en) Method and device for extracting electron from space ship
US4232244A (en) Compact, maintainable 80-KeV neutral beam module
Stevens Space environmental interactions with biased spacecraft surfaces
RU2024785C1 (en) Electric-jet propulsion plant
CN205811384U (en) Ring main unit does not have a power failure and accesses the auxiliary device of cable
Kozhevnikov et al. Diagnostics of primary arcing in electronics of satellite telecommunication systems
Ferguson The role of space plasma simulation chambers in spacecraft design and testing
Baghirzade et al. Magnetized High-Frequency Excited Plasmas for Rarefied Air Ionization in Air-Breathing Electric Propulsion
IT9009534A1 (en) ELECTRONIC BARREL DEVICE FOR THE CONTROL OF THE POTENTIAL OF A BODY IN THE SPACE.
RU2020776C1 (en) Method of spacecraft electrization control and device for its accomplishment
CN110103732B (en) Electrical energy distribution device for fuel cells and method for manufacturing and integrating same
Cho et al. Interaction Between High Voltage Solar Array and Ion Thruster Plasma
Morozov Electric propulsion thrusters and plasmadynamics
Zhu et al. The role of air pressure in the variation of compound electric field due to negative corona discharge in a rod to plane electrode