Aurinkopaneelien suuntausjärjestelmä

Aurinkopaneelien suuntautumisjärjestelmä (SOSB)  on mekanismi, joka on suunniteltu osoittamaan aurinkopaneelit aurinkoon. Ohjaus suoritetaan kääntämällä ja säilyttämällä sitten vaadittu suunta avaruusaluksen rungon tilassa SUD:n (liikkeenohjausjärjestelmä) avulla ja pyörittämällä aurinkopaneeleja sähkömekaanisilla käytöillä suhteessa avaruusaluksen runkoon.

Patentin sekä tieteellisen ja teknisen dokumentaation (NTD) analyysi mahdollistaa SOSB:n luokittelun seuraavasti.

Signaalien generointimenetelmän mukaan aurinkopaneelien poikkeama suunnasta aurinkoon:

• POS (aurinkoon suuntautuva laite/anturi, aurinkosensori), joka käyttää auringon säteilyn näkyvää aluetta (toim. St. USSR No. 108661, 591827, 75919, 85175, [1] jne.);
• suunnan määrittäminen Aurinkoon käyttämällä SINS [2] [3] [4] ;
• virta-anturit (virtaero) aurinkoparistojen valomuuntimista (toim. St. USSR hakemusten nro 1582573, 2246821 mukaan);
• lämpötila-anturit (toim. St. USSR No. 63381).

Suuntaustyypin mukaan SB:

• avaruusaluksen runkoon jäykästi kiinnitettyjen aurinkopaneelien suuntaaminen kääntämällä avaruusalusta, mukaan lukien avaruusaluksen pyörittäminen Aurinko-suunnassa ( Molniya satelliitti [5] , aurinkopurje [6] , Sojuz - avaruusalus [7] , kiertorataasema Salyut » [2] [5] );
• aurinkoakkujen suuntaaminen liikkumalla suhteessa avaruusaluksen runkoon, erityisesti aurinkoakkujen kulmakiertymisellä (toim. St. USSR nro 28372, 75919 jne.), taipuisan aurinkopariston muodonmuutoksella liikkuvien sauvojen avulla (Neuvostoliiton hakemus nro 2270285);
• yhdistetty ohjaus kääntämällä aurinkopaneelit yhdessä avaruusaluksen rungon kanssa ja pyörivän aurinkopaneelilaitteen (UPBS) avulla suhteessa avaruusaluksen runkoon (USSR-hakemus nro 3020761, [8] ), RF-patentit nro 2021173, 2021174 (ks. kohdat 1.4. 3.- http://docme.ru/UO5 ).

Vapausasteiden (kiertoakselien) lukumäärän mukaan UPBS :

• yksiakselinen ( [1] , [8] , [9] , [10] , [3] , toim. St. USSR nro 75919, 85175 jne.);
• biaksiaalinen (toim. St. USSR nro 28372, 81788, 97800, 165245, 1241188, 591827, USSR-hakemus nro 1596560, US-patentti nro 4031444, [11] jne.).

Pyörivien aurinkopaneelien liitostyypin mukaan avaruusaluksen runkoon:

• joustavan kaapelin läpi (toim. St. USSR nro 28372, 81788, 89628, 165245 jne.);
• pyörivän virtaa keräävän rengaslaitteen (TCD) kautta, joka mahdollistaa aurinkopaneelien pyörittämisen suhteessa avaruusaluksen runkoon rajoittamattomassa kulmassa (toim. St. USSR No. 75919, 85175, [1] jne.).

SOSB-piirin ja avaruusaluksen ohjauspiirin sekä SOSB:n lisätoimintojen keskinäisen vaikutuksen luonteen mukaan:

• aurinkopaneelien pyörimisnopeuden muutoksesta johtuvan reaktiivisen vääntömomentin haitallisen vaikutuksen vähentäminen avaruusaluksen suuntaustarkkuuteen:

• ottamalla käyttöön SB:n kineettisen momentin vauhtipyöräkompensaattori, joka pyörii vastakkaiseen suuntaan kuin aurinkopaneelien pyörimissuunta (toim. St. USSR nro 28372);
• ottamalla käyttöön servolinkki aurinkopaneelien ja avaruusalusten ohjaussilmukoiden välille (toim. St. USSR No. 75574, 89756, 101239);
• minimoimalla muutokset ja vakauttamalla aurinkopaneelien kulmanopeutta (toim. St. USSR No. 75919, 85175, [3] );
• säätämällä kulmakiihtyvyyttä kiihdytettäessä ja sammutettaessa aurinkoparistojen kulmanopeutta (kulmanopeuden askelmuutos - Neuvostoliiton sovellus nro 3050586);

• aurinkopaneelien elastisten värähtelyjen haitallisen vaikutuksen vähentäminen avaruusaluksen kulmaliikkeen dynamiikkaan, SB-paneelien elastisten värähtelyjen vaimennus:

• sijoittamalla välineet kulmaliikkeen parametrien (mukaan lukien SB:n elastiset muodonmuutokset) mittaamiseksi aurinkopaneeliin ja ohjausalgoritmien muodostamiseksi ottaen huomioon näiden välineiden signaalit;
• käyttämällä suodatusta mittauskanavissa [12] ;
• tunnistamalla elastisen avaruusaluksen liikeparametrit ja käyttämällä tätä tietoa myöhemmin avaruusalusten ja SB-ohjausalgoritmien muodostamisessa [13] [14] [15] ;

• käyttämällä pietsosähköisiä elementtejä mittausvälineinä (kimmoisten muodonmuutosten muuntaminen sähköiseksi signaaliksi - suora pietsosähköinen vaikutus) ja toimiväline (muuntaa pietsosähköiseen elementtiin kohdistettu sähköinen signaali sen mikrosiirtymäksi - käänteinen pietsosähköinen vaikutus) rakenteiden elastisten värähtelyjen vaimentamiseksi [16] [17] ;
• jakamalla elastisten etärakenteisten elementtien (SB) elastisten värähtelyjen energia uudelleen "pienillä" vaimennusominaisuuksilla olevista kanavista "vahvavasti" vaimennettuihin kanaviin, esimerkiksi geostationaarista viestintäavaruusalusta varten - nousukanavasta rullakanaviin, yaw (katso kohdat 1.6.2 ., 1.6.3. http://docme.ru/UO5 ) tarjoamalla epätasaiset luonnolliset taajuudet symmetrisille etäelementeille (pohjoinen ja eteläinen SB-paneeli, kunkin SB-paneelin symmetrinen poikkisuunta) elastisten värähtelyjen energian siirtyminen kaltevuuskanavasta kanavien vierimiseen, rakenne-elementin vinoon taipumiseen liittyvä poikkeama jne.), gyroskooppisen vaikutuksen vuoksi, kun rakenteeseen tuodaan pyöriviä elementtejä, esimerkiksi gyro-vaimentimia aurinkopaneelit;
• keinotekoisen suhteen käyttöönotto avaruusaluksen ohjauskanavien välille [13] .

Aurinkopaneelien vuorovaikutusmenetelmien mukaan ulkoisten kenttien kanssa ( auringon säteily , harvinaisen kaasun aerodynaaminen virtaus, gravitaatio- , magneettikentät jne.):

• aurinkopaneelien kulmapoikkeamat suhteessa ulkokenttään ja avaruusaluksen runkoon ohjausmomenttien luomiseksi, esimerkiksi AIM:n purkamiseksi (toim. St. USSR nro 582638, USSR-hakemukset nro 3031366, 3108551, US-patentti nro 4426052, saksalaiset hakemukset nro 2550757, 3329955, Iso-Britannia nro 2122965, ranska nro 2529165, japani nro 59024040 jne.);
• Aurinkopaneelien lineaarinen siirtymä avaruusaluksen runkoa pitkin (toim. St. USSR nro 1099547) hetken suuruuden ja merkin ohjaamiseksi vuorovaikutuksesta auringon säteilyn, harvennetun ilmakehän kanssa muuttamalla painekeskuksen sijaintia suhteessa keskipisteeseen avaruusaluksen massa ;
• aurinkopaneelin pinnan tai aurinkopaneelien pinnan osan heijastuskyvyn muuttaminen (US-patentti nro 3116035).

Aurinkopaneelien käytöstä vastaanottoantennina, esimerkiksi moduloitu lasersäteily, jota seuraa hyödyllisen tiedon erottaminen aurinkopaneelien FP:n tuottamasta moduloidusta virrasta, kun niitä säteilytetään lasersäteilyllä.

Menetelmien mukaan UPBS:n vikojen määrittämiseksi ja varasarjaan vaihtamiseksi (USSR-hakemus nro 32275460).

Venäläisten ja ulkomaisten yritysten UE-aurinkoakkujen suunnittelussa on ollut taipumus tarjota aurinkoparistoille rajoittamaton kiertokulma sähkön, komentojen, TM-tietojen siirtämisessä virrankeräinten lohkon kautta, jolla on numero etuja verrattuna joustavaan kaapeliviestintään rajoitetulla kiertokulmalla. Ongelmana on koodinvaihto MCO:n yli pyörivän virrankeräimen kautta.

Viime vuosina on ilmestynyt julkaisuja UE:n rakentamisen modulaarisesta periaatteesta. Toisin sanoen mekaaninen lohko, virrankeräyslohko, elektroniikkalohko valmistetaan erillisiksi lohkoiksi ja kootaan avaruusaluksen kokoonpanon aikana. Tämän näkemyksen ilmaisevat esimerkiksi Omskin sähkömekaanisen kasvituotantoyhdistyksen , Krasnojarsk-26:n Applied Mechanics NPO:n ja S.A. Lavochkin NPO :n asiantuntijat . Virranottoyksikkö suorittaa sähkön, ohjauskäskyjen ja TMI:n siirron joustavien liukurenkaiden kautta, jotka vierivät kuin kuulalaakerit. Rengasvirrankeräinten etuna liukutyyppisiin virrankeräjiin verrattuna on vähemmän lämmöntuotantoa voimansiirron aikana.

Tieteellisen ja teknisen tiedon analyysi osoittaa, että geostationaarisen avaruusaluksen kannalta järkevin on SB:n yksiaksiaalinen suuntaus, joka tarjoaa keskimääräisen päivittäisen SB-hyötysuhteen, joka poikkeaa ihanteellisesta enintään 8 ... SC, eli UPBS:ssä on oltava pyörivät virrankeräysrengaslaitteet (TCD), jotka tarjoavat sähköisen yhteyden pyörivien aurinkopaneelien ja SC-rungon välillä. Vertailun tulosten perusteella on mahdollista suositella SOSB:tä käytettäväksi geostationaarisissa avaruusaluksissa, jonka analogia on kehitys [3] . SOSB:n suositellussa versiossa, jonka lohkokaavio on esitetty kuvassa 1.3.7.1 ( http://docme.ru/UO5 ), ohjaussignaalien generoimiseksi aurinkopaneelien pyörimisestä suhteessa avaruusaluksen runkoon, tiedot käytetään normaalin poikkeamaan paneelitasosta suunnasta aurinkoon sekä aurinkopaneelien nykyiseen kulma-asentoon suhteessa avaruusaluksen runkoon. Tässä tapauksessa aurinkopaneelien yksiakselinen suuntaus voidaan suorittaa seuraavasti. SINS:ssä suuntavektori aurinkoon (VNS) määritetään avaruusalukseen liittyvässä koordinaattijärjestelmässä ja lasketaan kiertoradan kulmanopeus. Lisäksi aurinkopaneelien opastus aurinkoon suoritetaan generoimalla tähän nopeuteen verrannollinen ohjaussignaali taajuusmuuttajan tuloon ja korjaamalla kulmanopeuden ohjaussignaalia aurinkopaneelien ja aurinkopaneelien välisen epäsopivuuden mittaustulosten perusteella. suunta aurinkoon. Yllä kuvattu ohjausvaihtoehto mahdollistaa aurinkopaneelien ohjauksen Aurinkoon 0,5 ... 0,7 asteen tarkkuudella.

Vaihtoehtona voi olla muunnos SB:n pyörimisen releohjauksesta, joka minimoi SB:n pyörimisnopeuden muutoksen aiheuttaman reaktiivisen momentin haitallisen vaikutuksen [1] . Tässä versiossa aurinkopaneelien suuntaaminen aurinkoon suoritetaan vakiolla stabiloidulla nopeudella (TRACKING-tila), jonka arvo on suurempi tai yhtä suuri, kun otetaan huomioon nopeuden ylläpitämisen epävakaus sähkökäytön avulla. avaruusaluksen suurin mahdollinen ratakulmanopeus GSO:ssa (seurantakulmanopeus 0,00422 astetta/s on stabiloitu noin 1 %:n tarkkuudella). Aurinkopaneelien suuntausvirheen nollaus suoritetaan avaruusaluksen kiertoradalla paneelien ollessa pysähtyneenä tietyllä hetkellä (esimerkiksi sen jälkeen, kun aurinkopaneeleja on käännetty yhden kierroksen verran). SB-laskeutumisalustaan ​​liittyvän akselin suunnan toteutettavissa oleva tarkkuus ei ole huonompi kuin 7 ... 8 astetta käyttökulmanopeuden vakauden ollessa enintään 1%.

Jotta varmistetaan paneelien pakotettu tuominen ennalta määrättyyn asentoon suhteessa avaruusaluksen runkoon (tekniset tilat maatestien aikana, auringon alkuhaku, hätätilanteet jne.), on tarpeen tarjota SEARCH-tila, jonka pyörimiskulmanopeus on paneelit 0,1 ... 0,2 astetta / s. Aurinkopaneelien pysäyttämiseksi annetaan STOP-komento. Samanaikaisesti UPBS:n lähtöakselin pyörimisnopeus lennon aikana ei välttämättä ole käännettävä, koska avaruusaluksen jatkuvalla suunnalla OSK:ssa aurinkopaneelien pyöriminen tapahtuu koko aktiivisen olemassaolon ajan. yhteen suuntaan. Edellä mainitussa SOSB:n vaihtoehtoisessa versiossa kumpikin ensimmäisen ja toisen UPBS:n ohjaussignaaleista (kuva 1.3.7.1- http://docme.ru/UO5 ) on vektori, jonka komponentit ovat relekomentoja asetusta varten. vastaavat UPBS:n ulostuloakselin pyörimiskulmanopeudet TRACKING- ja SEARCH-tiloissa.

Luotettavuuden lisäämiseksi on tarpeen säätää, että EMS:ssä käytettävien parametrien luetteloon sisällytetään tiedot aurinkopaneelien lämpötila-antureista STR:stä ja jänniteantureista virtalähteen valomuuntimista, mikä mahdollistaa sen. Aurinkoakkujen karkea suuntaus noin 30 ... 40 tarkkuudella kiertoradan valaistuissa osissa.

Aurinkopaneelien pyörimisnopeuden muutoksen aiheuttaman reaktiivisen vääntömomentin haitallisen vaikutuksen vähentämiseksi avaruusaluksen rungon suunnan tarkkuuteen, esimerkiksi jäljitettäessä aurinkoa releohjauslain avulla (UPBS toteuttaa käynnistyksen ja SB:n pyörimisen pysäyttäminen), seuraavaa ohjausjaksoa voidaan ehdottaa. Määritetään kunkin SB:n poikkeama suunnasta aurinkoon, niitä verrataan toisiinsa, annetaan komento SB:n pyörittämiseksi suuremmalla poikkeamalla ja STOP-komento toiselle aurinkopaneelille pienemmällä. poikkeama. Lisäksi komennot pysäyttää yksi aurinkopaneelista ja käynnistää muiden aurinkopaneelien pyöriminen annetaan ajanhetkellä, joka vastaa maksimikompensaatiota yhden aurinkopaneelin kulmamomentin muutoksesta muuttamalla aurinkopaneelin kulmamomenttia. muu aurinkopaneeli. Tietyssä tapauksessa, kun pyörimisnopeus on lähes hetkellinen, nämä ajan hetket osuvat yhteen. Jos avaruusalus pyörii hätäpyörityksenä normaalin kiertoradan ympäri, seuraavaa ohjaustoimintojen sarjaa voidaan suositella aurinkoakkujen valomuuntimien energiapanoksen maksimoimiseksi. Kun tietokone altistuu auringon säteilylle (eli kun normaalin poikkeama aurinkopaneelin tasosta on alle 60 astetta), aurinkopaneelit kiertyvät avaruusaluksen rungon pyörimissuuntaan nähden vastakkaiseen suuntaan. pyörimisen aikana ja PC-valaistuksen puuttuessa (tietokoneesta ei tule virtaa), aurinkopaneelit pyörivät suuntaan , joka on sama kuin avaruusaluksen rungon kiertymissuunta.

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 3 4 Miroshnichenko L. A., Raevsky V. A. et al. Televisiolähetyssatelliitin "Screen" suunta- ja vakautusjärjestelmä // Izv. Neuvostoliiton tiedeakatemia. Tekninen kybernetiikka. - M .: Nauka, 1977.- Nro 4.-s. 18-27.
2. ↑ 1 2 Gaushus E. V., Zybin Yu. N., Legostaev V. P. Salyut-7-kiertorataaseman autonominen navigointi ja ohjaus // Avaruustutkimus. - M .: Nauka, 1986.- T.XXIV, numero 6. - s. 844-864.
3. ↑ 1 2 3 4 Yhtenäinen avaruusalusta. Selittävä huomautus osa 18. Aurinkopariston suuntausjärjestelmä: Luonnossuunnitelma SLII.374 173.004 PZ-1.17; 230GK 0000-OPZ-1.17 / SKBP PO Omskin sähkömekaaninen tehdas; RSC Energia on nimetty akateemikko S.P. Korolevin mukaan. - Omsk; Kaliningrad, Moskovan alue – 1990.
4. ↑ Branets V.N., Shmyglevsky I.P. Johdanto strapdown-inertianavigointijärjestelmien teoriaan. - M.: Nauka, 1992.
5. ↑ 1 2 Modi V. D., Srivastava S. K. Kulmaliikkeen ja satelliitin asennon ohjaus ulkoisten hetkien läsnä ollessa // Ser. 184.
6. ↑ Vasiliev L. A. Kevyen paineen määrittäminen avaruusaluksiin. - M .: Mashinostroenie, 1985.
7. ↑ Chernyavsky G. M., Bartenev V. A., Malyshev V. A. Kiinteän satelliitin kiertoradan ohjaus. - M .: Mashinostroenie, 1984.
8. ↑ 1 2 Geofysiikan kiertorataasema OGO // La. Avaruusalusten automaattinen ohjaus. - M.: Nauka, 1968.- s. 94-109.
9. ↑ Becker K. Kaksitasoinen suuntausjärjestelmä televisio- ja lähetyssatelliittia varten // Sat. Satelliittien suuntaus ja stabilointi. - M .: Nauka, 1978.- V.2.
10. ↑ Stoma S. A., Averbukh V. Ya., Kurilovich V. P., Miroshnik O. M. Autonominen sähkömekaaninen suuntausjärjestelmä keinotekoisten maasatelliittien aurinkoparistoille // Sähkötekniikka. - M., nro 9.- 1991.- s. 41-46; Ser.62, Avaruustutkimus: RJ.- VINITI. - 1992.- Nro 4.- Tiivistelmä 4.62.137.
11. ↑ Andronov I.M., Weinberg D.M., Meteor satelliittipaikannusjärjestelmä // La. Hallinta avaruudessa. - M.: Nauka, 1975. - Vol.1.
12. ↑ Elastisten häiriöiden vaikutuksen vähentäminen viemällä mittauskanaviin spiraalisuodatin // Astronautics and Rocket Dynamics.- VINITI.- 1985.- Nro 11.- s. kaksikymmentä.
13. ↑ 1 2 Tkachenko V. A. Elastisilla aurinkopaneeleilla varustetun avaruusaluksen kulma-asennon vakauttaminen dynaamisella ohjaimella // Space Research. - M .: Nauka, 1984.- T.XXII, numero 4.
14. ↑ Tutkimus edistyneiden yhtenäisten liikkeen ja navigoinnin ohjausjärjestelmien luomisesta avaruusaluksille tieteellisiin ja kansantaloudellisiin tarkoituksiin, itsenäisesti lentäviä astrofysikaalisia, ympäristö-, viestintämoduuleja, kuljetus- ja rahtialuksia, kiertorata-aseman osana toimivia moduuleja: tieteellinen ja tekninen raportti tutkimustyön "Perfection" vaiheessa 1 (T&K "Cosmos-2" jakso 10) / RSC Energia nimetty akateemikko S.P. Korolevin mukaan; Päällikkö V. N. Branets. - P 31486-033. - Kaliningrad, Moskovan alue. - 1992. - Vastuullinen. esiintyjät V. N. Platonov, L. I. Komarova, A. F. Bragazin ja muut.
15. ↑ Bad Yu. N., Rutkovsky V. Yu., Sukhanov V. M. Muotoutuvan avaruusaluksen modaalifysikaalisen mallin parametrien tunnistaminen // Izv. RAN. Automaatio ja telemekaniikka. — M.: Nauka, 1992.- Nro 7.- s. 19-25.
16. ↑ Pietsosähköisen vaimennuksen ja aktiivisen tärinän hallinnan menetelmä // Ser.41, Rocketry: RJ.- VINITI.- 1985.- Nro 12.- Tiivistelmä 12.41.260.
17. ↑ Keraamisten pietsosähköisten ohjauslaitteiden käyttö suurissa elastisissa avaruusaluksissa // Ser.41, Rocketry: RJ.- VINITI.- 1985.- Nro 12.- Tiivistelmä 12.41.261.