космический аппарат

Формула изобретения

Космический аппарат, содержащий отсек с целевой аппаратурой, герметичный отсек с расположенными в нем обеспечивающими и иными устройствами, агрегатный отсек с комплексной двигательной установкой, систему с гидравлическими контурами и приборами для отбора, подвода и сброса тепла, в том числе выполненными в виде термоплат с гидравлическими каналами, систему электропитания, состоящую из солнечной батареи, установленного в приборном отсеке комплекса автоматики и стабилизации напряжения с дистанционными переключателями для включения и/или отключения наземного питания, а также размещенных в агрегатном отсеке аккумуляторных батарей с термоплатами, причем один вывод каждой батареи непосредственно соединен с шиной "минус" бортового питания, а другой - с шиной "плюс" через дистанционный переключатель и зарядно-разрядное устройство, отличающийся тем, что на внешней стенке корпуса аппарата, например, агрегатного отсека, установлены соединители, при этом одна часть контактов этих соединителей подключена непосредственно к "плюсовому" выводу каждой аккумуляторной батареи параллельно, а другая часть через один или более гермосоединителей подключена к входу дистанционного переключателя комплекса автоматики и стабилизации напряжения, расположенного в цепи "минус" наземного питания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к космической техникe и может быть использовано при проектировании космических аппаратов.

Космическая техника среди прочих ставит перед собой задачу по увеличению срока активного существования создаваемых космических аппаратов (КА) и повышение безопасности эксплуатации КА в целом и систем, в них входящих. Наиболее трудные технические проблемы на этом пути возникают при проектировании автоматических КА.

Как известно (Космические аппараты. Под общей редакцией К.П. Феоктистова, М.: Воениздат, 1993), космический аппарат представляет собой техническое устройство, состоящее, как правило, из целевой аппаратуры и обеспечивающих систем. В качестве целевой аппаратуры могут быть использованы оптические, оптико-электронные, радиотехнические или иные системы, позволяющие непосредственно выполнять поставленную перед КА задачу. В число обеспечивающих систем входят комплексная двигательная установка (КДУ), система электропитания (СЭП), бортовой комплекс управления (БКУ), система терморегулирования (СТР) и другие-системы в зависимости от типа и назначения КА.

К числу систем современных КА, существенно влияющих на его срок активного существования, относятся в первую очередь СЭП и СТР. У системы электропитания наиболее слабым звеном являются аккумуляторные батареи (АБ), а у СТР - подвижные электромеханические устройства (вентиляторы, насосы и т.д.).

Для продления сроков службы СЭП и СТР очень важно уменьшить время их работы в процессе наземных испытаний КА, сократив его до минимально необходимого. Минимально необходимым можно считать время, которое требуется для испытания систем, работающих только на бортовом питании и охлаждаемых только средствами СТР.

Известна система терморегулирования для искусственного спутника Земли (патент США N 4880050, F 28 D 15/001989, аналог), которая для эффективного отвода тепла от оборудования к внешним радиационным панелям снабжена термоплатами. В данном техническом устройстве наиболее важные приборы могут быть установлены на термоплаты, по каналам которых циркулирует жидкий теплоноситель. Такой способ охлаждения приборов позволяет существенно сузить диапазон изменения рабочих температур до оптимальных и обеспечить тепловой режим бортовой аппаратуры, расположенной как в герметичном, так и в негерметичном отсеках, что положительно сказывается на ресурсных характеристиках КА.

Недостатком аналога является то, что при проведении наземных испытаний СТР должна быть постоянно включена для охлаждения систем КА. Продолжительные наземные испытания КА в этом случае приводят к ограничению ресурса СТР, а значит, и к уменьшению срока активного существования КА.

Известен космический аппарат (прототип, 46КС-65-104-97 Т3, Центральное специализированное конструкторское бюро г. Самара), содержащий отсек с целевой аппаратурой, герметичный приборный отсек с расположенными в нем обеспечивающими и иными устройствами, агрегатный отсек с комплексной двигательной установкой, систему терморегулирования с гидравлическими контурами и приборами для отбора, подвода и сброса тепла, в том числе выполненными в виде термоплат с основными и технологическими гидравлическими каналами, включенными в контур СТР, систему электропитания, состоящую из располагаемой на внешних элементах конструкции КА солнечной батареи, установленных в приборном отсеке комплекса автоматики и стабилизации напряжения с устройством для подключения наземного электрического питания, размещенных в агрегатном отсеке аккумуляторных батарей с кабелями связи с другими приборами.

На чертеже показано устройство прототипа. Известный КА состоит из отсека с целевой аппаратурой 1, герметичного приборного отсека 2, системы терморегулирования 3, агрегатного отсека (АО) 4 с размещенной в нем КДУ 5, системы электропитания, содержащей комплекс автоматики и стабилизации напряжения 6, солнечную батарею 7 и аккумуляторные батареи 8. Аккумуляторные батареи 8 и соответствующие термоплаты 9 образуют моноблок, поскольку последние прикреплены к АБ 8 стягивающими винтами (не показаны). Трубопроводы 10 и 11 и каналы 12 и 13, выполненные в термоплате 9, образуют гидравлические магистрали, одна из которых последовательно встроена в контур СТР 3, а другая является разомкнутой. Моноблоки установлены на стенке агрегатного отсека, причем узлы крепления 14 выполнены в корпусе АБ 8. АБ 8 имеют соединители 15 и 16, содержащие "плюсовые" и "минусовые" контакты. Для подключения к шинам бортового питания цепей наземного питания, используемого для проведения испытаний КА и включения СЭП, предназначены гермосоединители 17, 18 и дистанционные переключатели 19 и 20, коммутирующие "минусовую" и "плюсовую" цепи наземного питания соответственно. АБ 8 подключены к шинам бортового питания через соединители 15 и 16, кабели 21 и 22 и гермосоединители 23. При этом шина "минус" связана с контактами "минус" соединителя 16 АБ 8, а шина "плюс" связана с контактами "плюс" соединителя 15 через зарядно-разрядное устройство (ЗРУ) 24 и дистанционный переключатель 25, входящие в состав комплекса автоматики и стабилизации напряжения 6.

Аккумуляторные батареи 8 установлены в АО 4, что существенно уменьшает плотность размещения приборов в отсеке 2. При этом АБ должны быть герметичными и конструктивно выполненными для охлаждения термоплатами. Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют никель-водородные АБ.

Известное устройство КА позволяет упростить технологию проведения наземных испытаний, ограничить монтажные работы на КА в полевых условиях, улучшить ресурсные характеристики СЭП, СТР и КА в целом. Кроме того, питание бортовой аппаратуры может быть осуществлено как от наземного, так и бортового источника.

Допустим, что АБ 8 устанавливаются вместе с термоплатами 9 в АО 4 до начала наземных испытаний. В этом случае на всех этапах испытаний можно использовать для охлаждения АБ 8 дополнительные технологические каналы 13, включив их последовательно или последовательно-параллельно в контур наземного устройства обеспечения теплового режима. При этом СТР 3 не включается, а значит, ее ресурсные характеристики не ухудшаются. Предварительное закрепление термоплаты 9 к соответствующей АБ 8 до их установки в АО 4 обеспечивает надежный контакт с точки зрения теплосъема. Применение термоплаты в процессе наземных испытаний создает оптимальный тепловой режим АБ 8, что позволяет сохранять ее ресурсные характеристики. Кроме того, исключаются монтажные работы в полевых условиях. С целью сохранения ресурсных характеристик АБ 8 на ЗИ можно использовать технологические аккумуляторные батареи, а штатные батареи устанавливать после завершения испытаний на заводе-изготовителе (ЗИ).

Необходимо отметить, что заряд аккумуляторов проводится путем непосредственного подключения наземного зарядно-разрядного устройства к выводам АБ. Такая операция может быть проведена до установки АБ на КА или при установленных на штатные места АБ. Из-за существенного саморазряда никель-водородных АБ первый вариант заряда аккумуляторов практически не может быть использован. Применение второго варианта технически возможно, но при этом ухудшаются ресурсные характеристики и безопасность эксплуатации системы электропитания и КА в целом. Допустим, что при проведении наземных испытаний КА от бортового питания и имитатора солнечной батареи (в качестве имитатора солнечной батареи служит источник постоянного тока) включаются наземные ЗРУ с целью заряда АБ. В этом случае на шины бортового питания действуют два автономных источника тока с различными параметрами, что может привести к выходу из строя элементов СЭП. Кроме того, на безопасность эксплуатации КА влияет тот факт, что контакты соединителей (на фиг. 1 не показаны), используемых для подключения кабелей наземного ЗРУ и устанавливаемых на внешней поверхности КА, постоянно находятся под напряжением АБ. Это может привести к возникновению короткого замыкания АБ как в процессе наземных испытаний, так и в процессе штатной эксплуатации КА. Короткое замыкание в цепях заряда АБ способно как минимум снизить гарантии по ресурсным показателям АБ и аппаратуры СЭП, а в худшем случае вообще вывести их из строя.

Таким образом, все эти факторы ухудшают характеристики КА в целом.

Задачей изобретения является улучшение ресурсных показателей и повышение безопасности эксплуатации системы электропитания, в частности, и КА в целом.

Указанная задача решается тем, что в известном космическом аппарате, содержащем отсек с целевой аппаратурой, герметичный отсек с расположенными в нем обеспечивающими и иными устройствами с комплексной двигательной установкой, систему терморегулирования с гидравлическими контурами и приборами для отбора, подвода и сброса тепла, в том числе выполненными в виде термоплат с гидравлическими каналами, систему электропитания, состоящую из солнечной батареи, установленного в приборном отсеке комплекса автоматики и стабилизации напряжения с дистанционными переключателями для включения (отключения) наземного питания, размещенных в агрегатном отсеке аккумуляторных батарей с термоплатами, один вывод каждой батареи непосредственно соединен с "минусовой" шиной бортового питания, а другой - с "плюсовой" шиной через дистанционный переключатель и зарядно-разрядное устройство, на внешней стенке корпуса аппарата, например агрегатного отсека, установлены соединители, при этом одна часть контактов этих соединителей подключена непосредственно к "плюсовому" выводу каждой аккумуляторной батареи параллельно, а другая часть через гермосоединители подключена к входу дистанционного переключателя комплекса автоматики и стабилизации напряжения, расположенного в "минусовой" цепи наземного питания.

На фиг. 1 и 2 показано предлагаемое устройство КА. Он состоит из отсека с целевой аппаратурой 1, герметичного приборного отсека 2, системы терморегулирования 3, агрегатного отсека 4 с размещенной в нем комплексной двигательной установкой 5, системы электропитания, содержащей комплекс автоматики и стабилизации напряжения 6, солнечную батарею 7 и аккумуляторные батареи 8. Аккумуляторные батареи 8 и соответствующие термоплаты 9 образуют моноблок, поскольку последние прикреплены к АБ стягивающими винтами (не показано). Моноблоки установлены на конструкции агрегатного отсека. Трубопроводы 10 и 11 с каналами 12 и 13, выполненными в термоплате, образуют гидравлические магистрали, одна из которых последовательно встроена в контур СТР 3, а другая образует свою разомкнутую магистраль для подключения к ней наземных средств обеспечения теплового режима КА. Узлы крепления 14 моноблоков выполнены в корпусе АБ 8. АБ 8 имеют электрические соединители 15 и 16, содержащие "плюсовые" и "минусовые" контакты. Для проведения испытаний КА и включения СЭП кроме бортового питания используется наземное питание, которое через гермосоединители 17 и 18 по "минусовому" выходу подключенo к "минусовой" шине бортового питания через дистанционный переключатель 19, а по "плюсовому" выходу подключено к "плюсовой" шине бортового питания (на фиг. 1 и 2 обозначены "жирной" линией) через дистанционный переключатель 20. Аккумуляторные батареи подключены к шинам бортового питания через соединители 15, 16, кабели 21, 22 и гермосоединители 23. При этом шина "минус" связана с соответствующими контактами "минус" соединителя 16 АБ 8 (на фиг. 1, 2 электрические связи показаны только для одной АБ), а шина "плюс" соответственно связана с контактами соединителя 15 через зарядно-разрядное устройство 24 и дистанционный переключатель 25 комплекса автоматики и стабилизации напряжения 6. Для проведения заряда АБ 8 на внешней стенке АО 4 установлены специальные соединители 26, 27, при этом одна часть контактов этих соединителей подключена непосредственно к выводу "плюс" каждой аккумуляторной батареи параллельно, а другая часть - через гермосоединители 23 подключена к входу дистанционного переключателя 19 комплекса автоматики и стабилизации напряжения 6, контакты которого включены в "минусовую" цепь наземного питания.

Использование термоплат 9 с каналами 12 и 13, а также дистанционного переключателя 25 и введенных вновь соединителей 26, 27 позволяeт решить поставленные задачи.

Допустим, что КА находится на бортовом питании от аккумуляторных батарей и имитатора солнечной батареи (см. фиг. 2). При этом контакты дистанционных переключателей 25 всех АБ замкнуты, а контакты дистанционных переключателей 19 и 20 разомкнуты. В таком положении контактов перечисленных дистанционных переключателей наземный источник питания для заряда АБ невозможно подключить к выводам АБ, так как цепь по "минусу" разомкнута контактами дистанционного переключателя 19. Значит, на шины бортового питания не могут одновременно действовать напряжения от двух источников наземного питания, и полностью исключается возможность возникновения аварийной нагрузки.

Допустим, что КА находится на наземном питании (см. фиг. 1). В этом случае контакты дистанционного переключателя 25 разомкнуты, а контакты дистанционных переключателей 19 и 20 замкнуты. В таком положении контактов перечисленных дистанционных переключателей наземный источник питания для заряда АБ подключается к выводам АБ 8 по "минусу" через контакты дистанционного переключателя 19, а по "плюсу" - непосредственно. При этом напряжение от данного источника не действует на шины бортового питания. Следует отметить, что охлаждение АБ в процессе их заряда может быть осуществлено как от штатной СТР 3, например на стартовом комплексе, так и от наземной системы терморегулирования через технологические каналы 14 во время испытаний КА.

Контакты соединителей 15, 16 во время штатной эксплуатации КА не находятся под разностью напряжения АБ 8, так как в этом случае "минус" АБ разъединен контактами дистанционного переключателя 19.

Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет повысить безопасность эксплуатации СЭП и КА в целом и улучшить их ресурсные показатели без ухудшения других характеристик КА.