Научная электронная библиотека ULRICH'S Periodicals Directory

Сибирский государственный университет
науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева

Сибирский аэрокосмический журнал
ISSN 2712-8970 (Print) ISSN 2782-5760 (on-line)

Сведения об образовательной организации

UDK 621.31 Doi: 10.31772/2587-6066-2020-21-1-96-105
ПЕРСПЕКТИВЫ В ОБЛАСТИ РАЗРАБОТКИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА С МОДУЛЕМ ЗАРЯДНОРАЗРЯДНОГО УСТРОЙСТВА
Филонова М. М.
Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 40. Е-mail: cmm91@inbox.ru
Изменение низковольтного уровня напряжения выходной шины питания нагрузки (27– 28 В) в системе электропитания (СЭП) космического аппарата (КА) на высоковольтный (100 В) позволило существенно уменьшить массу КА в связи со снижением массы кабелей и энергопреобразующей аппаратуры (ЭПА). Однако возник ряд проблем, связанных со сложностью согласования возросших уровней напряжений источников энергии и нагрузки с учетом обеспечения необходимого уровня надежности СЭП. Поэтому выбор структуры СЭП и способов схемотехнической реализации ЭПА является актуальной и первоочередной задачей, стоящей перед разработчиками. На сегодняшний день в области разработки и создания высоковольтных СЭП КА перспективным направлением считается их проектирование на основе объединённых модулей ЭПА, в частности, на основе модулей зарядно-разрядных устройств (ЗРУ) аккумуляторных батарей (АБ). В статье проведен расчет и сопоставительный анализ структур СЭП КА с подключением модуля ЗРУ к шине солнечной батареи (БС) и выходной шине питания нагрузки. В ходе анализа полученных результатов установлено, что оба варианта реализации СЭП могут быть оптимальны в зависимости от заданной циклограммы нагрузки КА и предъявляемых к СЭП требований по удельным энергетическим, габаритномассовым и иным характеристикам. Окончательный выбор структуры СЭП должен проводится при условии учета удельной мощности ЭПА и последующего расчета габаритно-массовых характеристик альтернативных вариантов СЭП. Проведено имитационное моделирование двух вариантов реализации модуля ЗРУ АБ: двухтактного преобразователя c одним дросселем и преобразователя Вейнберга с магнитосвязанным дросселем и дополнительным силовым диодом. Установлено, что оба исследованных варианта могут быть использованы при разработке и создании модуля ЗРУ высоковольтной СЭП КА. Однако проектирование ЗРУ на основе преобразователя Вейнберга позволяет значительно уменьшить номиналы используемых дросселей и выходных конденсаторов при условии обеспечения требуемых уровней пульсаций выходных напряжений.
Ключевые слова: космический аппарат, система электропитания, энергопреобразующая аппаратура, модуль зарядно-разрядного устройства, преобразователь Вейнберга.
References

1. Chernaya M. M. Method for calculating the energy characteristics and solar battery
parameters of high-voltage power supply systems // Сибирский журнал науки и технологий.
2018. Т. 19, № 4. С. 651–657.
2. Системы электропитания космических аппаратов / Б. П. Соустин, В. И. Иванчура, А. И.
Чернышев, Ш. Н. Исляев. Новосибирск : ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1994.
318 с.
3. Нестеришин М. В., Козлов Р. В., Журавлев А. В. Сравнительный анализ энергетической
эффективности энергопреобразующей аппаратуры с параллельным и последовательным
регулятором мощности солнечной батареи // Доклады ТУСУРа. 2018. Т. 21, № 3. С. 98–102.
4. Чеботаев В. Е., Косенко В. Е. Основы проектирования космических аппаратов
информационного обеспечения. Красноярск, 2011. 515 с.
5. Выбор структуры систем электроснабжения низкоорбитальных космических аппаратов
/ Ю. А. Шиняков, А. С. Гуртов, К. Г. Гордеев и др. // Вестник Самарского гос. аэрокосмич.
ун-та им. академика С. П. Королева. 2010. № 1(21). С. 103–113.
6. Акишин А. И. Воздействие электрических разрядов на солнечные батареи ИСЗ // Науч.-
исслед. ин-т ядерной физики им. Д. В. Скобельцына МГУ. 2008. № 4. С. 68–71.
7. Лесных А. Н., Сарычев В. А. Исследование высоковольтных систем электропитания
космических аппаратов со стабилизаторами напряжения вольтодобавочного типа // Вестник
СибГАУ. 2006. № 6 (13). С. 63–66.
8. Черная М. М., Шиняков Ю. А. Исследование и разработка энергопреобразующей
аппаратуры высоковольтных систем электропитания низкоорбитальных космических
аппаратов дистанционного зондирования Земли // Сб. материалов VII Междунар. научнотехн. конф. К. Э. Циолковский – 160 лет со дня рождения. Космонавтика. Радиоэлектроника.
Геоинформатика. Рязань, 2017. С. 134–136.
9. Черная М. М. Системы электропитания космических аппаратов с модулем зарядноразрядного устройства // Сб. избр. ст. науч. сессии ТУСУР. 2018. Т. 1, № 2. С. 163–166.
10. Yan Li, Trillion Q. Zheng, Qian Chen. Research on High Efficiency Non-Isolated Push-Pull
Converters with Continuous Current in Solar-Battery Systems // Journal of Power Electronics.
2014. Vol. 14, No. 3. P. 432–443.
11. High Efficiency Weinberg Converter for Battery Discharging in Aerospace Applications / E.
Maset, A. Ferreres, J. B. Ejea et al. // IEEE PESC Conf. 2006. Р. 1510–1516.
12. Chen W., Rong P., Lu Z. Y. Snubberless bidirectional DC-DC converter with new CLLC
resonant tank featuring minimized switching loss // IEEE Trans. Ind. Electron. 2010. Vol. 57, No. 9.
P. 3075–3086.
13. Двунаправленный преобразователь Вейнберга для зарядно-разрядного устройства
системы электропитания космических аппаратов / Д. Б. Бородин, С. С. Тюнин, В. А.
Кабиров, В. Д. Семенов // XIII Междунар. науч.-практич. конф., посвященная 55-летию
ТУСУРа. Томск, 2017. С. 204–207.
14. Weinberg A. K., Rueda Boldo P. A High Power, High Frequency, DC to DC Converter for
Space Applications // Power Electronics Specialists Conference. 1992. Vol. 2. Р. 1140–1147.
15. 5kW Weinberg Converter for Battery Dischargingin High-Power Communications Satellites
/ E. Maset, A. Ferreres, J. B. Ejea et al. // IEEE PESC Conf. 2005. Р. 69–75.  


Филонова Мария Михайловна – кандидат технических наук, старший научный сотрудник;
Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, НИИ
космических технологий. Е-mail: cmm91@inbox.ru.  


  ПЕРСПЕКТИВЫ В ОБЛАСТИ РАЗРАБОТКИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА С МОДУЛЕМ ЗАРЯДНОРАЗРЯДНОГО УСТРОЙСТВА