24. Обеспечение заданных температур в ка. Газовая среда в герметических отсеках. Схемы систем термостабилизации. Негерметические отсеки.

СОТР представляет собой совокупность различных средств и устройств, регулирующих внешний и внутренний теплообмен КА. в сСОТР входят комплекс средств активного регулирования тепловых процессов системой терморегулирования (СТР), и средства пассивного терморегулирования (СПТР). СТР: вентиляционные устройства, жидкостной контур с теплообменными устройствами и средствами регулирования тепловых потоков, активные средства регулирования лучистого теплообмена и т. д., а СПТР - конструктивные элементы, обеспечивающие заданные параметры теплообмена излучением и теплопроводностью (терморегулирующие покрытия, различного рода тепловая изоляция и теплозащита, термомосты и термосопротивления).

поверхность КА подвергается переменному по времени воздействию внешних тепловых потоков, причем осредненный тепловой поток, получаемый поверхностью за один оборот, зависит от параметров орбиты, положения последней в пространстве и ориентации КА.

Принципиальная тепловая схема КА «Электрон»: 1 - корпус; 2 - жалюзи; 3 - воздуховод; 4 - чувствительный элемент, управляющий жалюзи; 5 - вентилятор

Если КА представляет собой несколько необъединенных в тепловом отношении элементов или имеет отличную от сферической форму, то, придавая ему вращение относительно оси, расположенной в плоскости, перпендикулярной направлению на Солнце, можно обеспечить относительно равномерное распределение внешних тепловых потоков по его поверхности и, следовательно, приемлемые температуры за счет подбора терморегулирующих покрытий.

В тех случаях, когда тепловыделение в КА меняется в широких пределах или необходимо обеспечить температуру в узком диапазоне, применяют активное регулирование внешнего теплообмена. На небольших КА используют жалюзи, например на ИСЗ «Электрон-1» и «Электрон-2» (рис. 6.4). Жалюзи были также использованы в СОТР первого пилотируемого космического корабля «Восток».

К герметическим относятся отсеки, в которых находится экипаж КА. герметические отсеки - жилые. Здесь находится основная часть исследовательской аппаратуры, а также устройства и агрегаты управления станцией, система жизнеобеспечения, приборы энергопитания и радиосвязи.

К негерметическим - в которых расположено оборудование. В нем размещаются

двигательные установки, антенны систем радиосвязи, система терморегулирования, телекамера Радиосвязь с Землей.

Система терморегулирования состоит из независимых жидкостных контуров охлаждения и обогрева, имевших внутреннюю и наружную магистрали

Избыточное тепло при необходимости излучается в космос радиатором-охладителем Если же требуется подвести тепло, то оно снимается с радиатора-нагревателя на солнечной стороне Таким образом в жилых отсеках поддерживается температура в пределах 15-25 градусов Система жизнеобеспечения поддержиет необходимый газовый состав, поглощала запахи и пыль, обеспечивала экипаж пищей, водой, удаляла отходы жизнедеятельности Подача кислорода и поглощение углекислого газа происходит в

блоках регенератора При этом воздух, проходя через высокоактивное химическое вещество, обогащается кислородом и освобождется от углекислого газа, а

прогоняясь вентиляторами через фильтры, очищался от пыли и сора В разных

местах размещены газовые анализаторы, которые постоянно контролировали газовый состав.

25. СЭС.

Энергетическая система КА – совокупность подсистем и элементов с их взаимосвязями для решения целевой задачи энергоснабжения КА.

Принцип действия СЭП системы энергопотребления. Энергоустановка (ЭУ) с источником тока, вырабатывает электроэнергию(ЭЭ), передает ее к системе преобразования и управления (СПУ), где ЭЭ преобразуется (нужный уровень напряжения, частоту), и через коммутирующее устройство (КУ) подается потребителям. Состав системы электроснабжения (СЭС): аккумуляторная батарея (АБ работает в буферном режиме), связанная через зарядно-разрядное устройство (ЗРУ) и СПУ с основным источником тока – ЭУ.

Укрупненная структурно-функциональная схема системы электроснабжения КА

Каждая группа потребителей тока через свою систему преобразования (СП) или без нее соединена с коммутирующим устройством. БА – бортовая аппаратура, ДУ - двигательная установка, в составе которой двигательные блоки: ДБ1, ДБ2.

Состав бортовой электростанции:

• источники первичной энергии;

• преобразователи первичной энергии в электрический ток (источники электрического тока);

• аппаратура стабилизации напряжения и частоты;

• аппаратура управления мощностью и токовой защиты;

• распределительные (коммутаторные) устройства;

• аппаратура автоматического контроля исправного состояния агрегатов электростанции.

Источники эл.тока:

• машинные генераторы постоянного тока низкого или повышенного напряжения;

• машинные однофазные и трехфазные генераторы переменного тока стабилизированной частоты повышенного напряжения;

• аккумуляторные батареи различных типов (химические, тепловые, электромеханические);

• гальванические элементы (ртутно-цинковые, серебряно-цинковые);

• топливные элементы (водородно-кислородные, гидразино-кислородные, углеводородно-кислородные, жидкометаллические и др.);

• солнечные батареи с фотоэлектрическими преобразователями энергии;

• термоэлектрические преобразователи энергии;

• термоэмиссионные преобразователи энергии;

• магнитогидродинамические генераторы тока.

Бортовые энергоустановки (БЭУ):

• а) по типу первичного истока энергии:

  • с ядерным реактором;

  • с использованием солнечной энергии;

  • с использованием химической энергии;

• б) по способу преобразования первичной энергии в электрическую:

  • с машинным преобразованием энергии;

  • с термоэмиссионным преобразованием энергии;

  • с термоэлектрическим преобразованием энергии;

  • с фотоэлектрическим преобразователем энергии;

  • с термохимическим преобразователем энергии (с топливными элементами);

  • с магнитогидродинамическим преобразованием энергии.

По отношению к источникам энергии СЭС разделяют на первичные и вторичные. Первичные СЭС питаются от первичных источников энергии, а вторичные – от первичных СЭС через преобразовательные и выпрямительные устройства.

На ракетах электрогенераторы приводятся во вращение от турбонасосных агрегатов, или осуществляется питание от аккумуляторов и гальванических элементов. Космические аппараты вблизи Солнца в качестве первичной энергии используют лучистую энергию Солнца (солнечные батареи, концентраторы солнечной энергии). Космические аппараты в глубинах космоса используют ядерную энергию радиоизотопных и ядерных реакторов. Короткоживущие искусственные спутники Земли и автоматические межпланетные станции имеют на борту аккумуляторные батареи, гальванические батареи, радиоизотопные источники энергии.

{Подсистема электроснабжения генерирует энергию, преобразует и регулирует её, запасает её для периодов пикового потребления или работы в тени, а также распределят её по космическому аппарату. Подсистема электроснабжения может также преобразовывать и регулировать напряжение или обеспечивать ряд уровней напряжений. Она часто включает и выключает аппаратуру и, для повышения надёжности, защищает от короткого замыкания и изолирует неисправности. Конструкция подсистемы зависит от космической радиации, которая вызывает деградацию солнечных батарей. Срок службы химической батареи часто ограничивает срок службы космического аппарата. Подсистема энергоснабжения генерацию, хранение, распределение и управление потоками электроэнергии на борту космического аппарата.

Структурная схема подсистемы энергоснабжения космического аппарата: 1 – подсистема энергоснабжения космического аппарата; 2 – источник (генератор) электрической энергии; 3 – накопитель электрической энергии; 4 – устройства распределения электрической энергии между потребителями; 5 – устройство регулирования и контроля подсистемы энергоснабжения.

25. Системы электроснабжения (СЭС) предназначены для обеспечения бесперебойного питания электроэнергией требуемого качества бортовой аппаратуры спутников. Основной принцип работы СЭС заключается в выработке, накоплении, приведении к заданным параметрам и передаче электроэнергии потребителям. Типовой состав СЭС включает в себя генератор электроэнергии - солнечную батарею, модули накопителя, состоящие из химических батарей с сервисной автоматикой, а также аппаратуру управления, регулирования и контроля. Вид первичной эн → источник первичной эн → преобразователи первичной эн → потребители эл эн ↓→ →устройство отвода тепла Накопители различных видов эн

26. На КА фотоэлектрические батареи размещаются в соответствии с целями, задачами и массами самого КА. При этом существует несколько требований: максимальная освещённость СБ, высокая энергоотдача, отсутствие затенения друг другом СБ, оптимальное размещение СБ по расстоянию и расположению относительно ДУ (предохранение от повреждения продуктами сгорания ДУ), минимальная масса и стоимость крепления СБ. Требования для размещения хим батарей: минимальное расстояние от первичного источника эн и от потребителя эл эн для обеспечения меньшего количества проводов центральной шины, а значит и суммарной массы. Рассмотрим несколько примеров КА с разным расположением СБ на них. КА «Океан О» имеет одну большую панель относительно корпуса КА, раскрытую на штанге. Данное решение размещение СБ позволяет получать высокую энергоотдачу, максимальную освещенность, осуществляет стабилизацию КА в космическом пространстве. На микроспутниках СБ размещают под углом относительно корпуса КА для панели неориентированные, а данное положение предполагает максимальную освещенность. Последнее решение положения СБ на КА – панели КА прижаты плотно к корпусу самого КА ( позволяет уменьшить массу, не используя механизмы раскрытия и фиксации СБ), но данное решение зависит от целей и задач миссии, высоты орбиты и степени освещенности самих СБ. На многих габаритных КА используется расположение СБ относительно друг друга не под углом 90градусов, а под меньшим углом, таким образом обеспечивая высокую степень освещенности и высокую энергоотдачу.

27. Построение графика электропотребления бортовой аппаратуры. Например, время оборота=4680с, время тени=1404с, время света= 3276с. Потребление эл мощности (энергии), вырабатываемой СБ за один оборот КА. На пиковом режиме – недостаток мощности →аккумулятор разряжается. Когда избыток мощности – аккумулятор заряжается. Уравнение энергетического баланса СЭС КА имеет вид: WБФ= Wн+ - WБХ+ Wе.н. , где WБФ – генерируемая мощность БФ, Wн – потребляемая мощность нагрузки, WБХ – мощность БХ(заряд/разряд), Wе.н – энергия собственных нужд ( сеансная нагрузка).

28. Уравнение энергетического баланса СЭС КА имеет вид: WБФ= Wн+ - WБХ+ Wе.н. , где WБФ – генерируемая мощность БФ, Wн – потребляемая мощность нагрузки, WБХ – мощность БХ(заряд/разряд), Wе.н – энергия собственных нужд ( сеансная нагрузка). , – учитывает избыток мощности. ; , – учитывает потери на БФ и БХ соответственно. , , Nн =f (τ) - график всегда задается. Оценочное определение , принимают =0,92, =0,9,=0,9, = 0,85.

29. Принятые параметры: Тип аккумулятора; UБХ - напряжение БХ; Uср - среднее напряжение БХ; γр - глубина разряда, показывает на какую емкость разрядилась батарея. ; все рассчитанные параметры: , - раб напряжение аккумуляторной батареи,. Для СЭС со стабилизированной шиной при расчетах в качестве принимают выходное стабилизированное напряжение СЭС, а для нестабилизированной, у которых напряжение на главной шине меняется вместе с напряжением на БХ, при расчетах в качестве принимается минимальное рабочее напряжение СЭС. Nак – число аккумуляторов; mб – число батарей для накопления энергии.

30. Двигательная установка космического аппарата — система космического аппарата, обеспечивающая его движение в пространстве. Преобразует различные виды энергии в механическую, при этом могут отличаться как источники энергии, так и сами способы преобразования. Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки, их исследования и поиск новых вариантов продолжаются по сей день. Наиболее распространенный тип двигательной установки космического аппарата — химический ракетный двигатель, в котором газ с высокой скоростью истекает из сопла Лаваля. Кроме этого, распространение получили реактивные установки без сжигания топлива, в том числе элетроракетные двигатели; силовые гироскопы и другие. Перспективными двигателями являются установки на основе солнечного паруса. Ракетные двигатели Ка: На сжатых газах (Руд = (6-8)*102м/с) Химические (Руд = (1,8-4,5)*10 3м/с) Ядерные ракетные (Руд = (0,8-1,8)*104м/с) Электрические реактивные: (Руд ≤ (2-2,5)*104м/с), (Руд ≤ 2*105м/с), (Руд = (1-1,2)*106м/с) Поток ядерных частиц до (Руд ~107м/с) Фотонные (Руд =3*108м/с) Гравитационные (Руд 1011м/с) См. конспект!!!

31.Селективные покрытия,

оптические покрытия, создаваемые на поверхности элементов солнечных энергетических установок с целью снижения в них радиационных тепловых потерь. Существуют прозрачные и непрозрачные с. п.; их наносят соответственно на поверхности прозрачных (изолирующих) или лучепоглощающих элементов установки. Непрозрачные с. п. обладают высоким (~0,95) коэффициент поглощения в видимой и близкой инфракрасной (ИК) областях оптического спектра, т. е. в спектральном интервале падающего солнечного излучения, и низкой (~0,05) степенью черноты (низкой испускательной способностью по сравнению с абсолютно чёрным телом)в дальней ИК области, т. е. в спектральном интервале радиационных потерь (эти потери представляют собой тепловое излучениелучепоглощающей поверхности, нагретой до температуры 100—300 °С). Прозрачные с. п. отличаются высоким коэффициентом пропускания солнечной радиации и большим коэффициентом отражения длинноволнового ИК излучения. Селективными свойствами обладают тонкие слои окислов металлов, ряд полупроводниковых соединений, некоторые краски. Наносят с. п. гальваническим способом, напылением в вакууме, окраской.

Особая разновидность с. п. — покрытия, имеющие обратное назначение: слабо поглощающие солнечное излучение и вместе с тем обладающие высокой степенью черноты. Такие с. п. применяют для защиты находящихся под открытым небом газгольдеров, нефтехранилищ и т. п. сооружений, что позволяет заметно уменьшить их нагрев в солнечную погоду.

Следующим этапом было использование селективных покрытий (избирательных). Селективное покрытие прозрачно для инфракрасного излучения (пропускает и поглощает солнечное излучение), но является зеркалом для теплового, в результате тепловая энергия «запирается» внутри поглощающей панели. Принцип работы селективного поглощающего покрытия Существует примерно 30 разнообразных поглощающих покрытий, обладающих селективностью (специальные краски и лаки, гальваническое покрытие «черный хром», высокоселективные многослойные покрытия и др.), которые наносятся на различные материалы (алюминий, медь, стекло).

Основными показателями эффективности поглощающих покрытий являются: 1 коэффициент поглощения (абсорбации – a, обычно от 0,8 до 0,98), характеризующий сколько энергии поглощается относительно падающего излучения;2 коэффициент излучения (эмиссии – e, обычно от 0,95 до 0,02), показывающий сколько энергии излучается относительно поглощенной энергии;3 коэффициент селективности (=a/e), для удобства сравнивания поглощающих покрытий, т.е. чем больше значение тем лучше.

Расчет равновесной температуры:

Используем закон Стефана-Больцмана

.

- уравнение теплового баланса для поверхности КА.

-равновесная температура.

- коэффициент покрытия

- степень черноты

Чем меньше габариты КА,тем больше температура излучения.

32. Двигательная установка. Позволяет менять скорость и направление движения КА. Обычно используется химический ракетный двигатель, но это могут быть и электрические, ядерные и другие двигатели; может применяться также солнечный парус.

Требования к размещению ДУ на КА

- вектор тяги двигателя должен лежать на одной прямой с направлением движения КА( для маршевых двигателей)

-струя отработанного рабочего тела не должна попадать на солнечные батареи целевое оборудование для избегания их выхода из строя

-условие минимальной массы и габаритов ДУ

-излучение двигателей(тепловое, радиационное, электромагнитное) не должно влиять на работу других систем КА, соответственно ДУ должна быть изолированной.

В связанной с-ме координат можно использовать след. расположение двигателей

Сопло 1- относит оси z, сопло 2 –относит оси у, сопло 3-3’- относит оси х. такое расположение используется при применении двигателей в составе активной с-мы ориентации КА.

33.Для выполнения первого этапа спуска с орбиты космический аппарат должен иметь систему ориентации, а для осуществления второго этапа - систему угловой стабилизации. Ориентированные во время полета КА имеют следующие преимущества: 1)лучшие условия для измерений и наблюдений, проводимых в

космосе;2) лучшие информационные свойства направленных антенн; 3) большую эффективность солнечных батарей; 4) лучшие условия для терморегулирования и др.

СУЩЕСТВУЮТ: ГРАВИТАЦИОННАЯ СИСТЕМА ОРИЕНТАЦИИ И СТАБИЛИЗАЦИИ - относится к пассивным системам. Она основана на свойствах движения тел в гравитационном поле, в соответствии с которыми для устойчивости относительного равновесия спутника на круговой орбите достаточно, чтобы по радиус-вектору была направлена наибольшая ось эллипсоида инерции, по нормали к плоскости орбиты — меньшая ось и по касательной к орбите — средняя ось.ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ - В результате взаимодействия магнитных полей планеты и аппарата возникает внешний момент, которой используется для управления угловым положением КА. Могут быть применены как активные, так и пассивные системы управления. В активных системах исполнительными элементами являются электромагниты, а в пассивных — постоянные магниты.

Пассивная стабилизация КА по вектору напряженности магнитного поля планеты оказывается весьма желательной для проведения целого ряда научных экспериментов. СТАБИЛИЗАЦИЯ ВРАЩЕНИЕМ КА - При вращении КА более равномерно освещается Солнцем, что создает лучшие условия для работы солнечных батарей и более умеренный тепловой режим.

физиологические особенности человеческого организма исключают выбор других принципов стабилизации для долговременных орбитальных станций.

Стабилизация вращением выгодна также в тех случаях, когда последняя ступень ракеты-носителя, работающая на твердом топливе, сама стабилизирована вращением и передает его спутнику, являющемуся для нее полезной нагрузкой.АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ - На высотах менее 600 км от Земли плотность атмосферы относительно велика, поэтому аэродинамические силы, действующие на спутник, не являются пренебрежимо малыми и могут быть использованы для создания управляющих моментов. Если центр давления аэродинамических сил не совпадает с центром масс спутника, то появляется аэродинамический момент, который может быть использован для ориентации и стабилизации спутников. СОЛНЕЧНАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ - Стабилизация КА световым давлением солнечных луней во многом схожа с аэродинамической стабилизацией, так как здесь тоже имеет место аналогичная зависимость управляющих моментов от величины эффективной поверхности стабилизатора и взаимного расположения центра масс и центра давления аппарата. По сравнению с влиянием аэродинамических, магнитных и гравитационных сил влияние светового давления на небольших высотах совершенно ничтожно. Однако с ростом высоты орбиты КА все упомянутые моменты резко уменьшаются по величине, а моменты от светового давления остаются практически постоянными. Для высокоорбитальных искусственных спутников и межпланетных КА на высотах более 2500 км момент сил светового давления является доминирующим моментом и увеличивается по мере приближения аппарата к Солнцу

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ОРИЕНТАЦИИ И СТАБИЛИЗАЦИИ - Электромеханические исполнительные органы, которые используются в системах ориентации и стабилизации можно разбить на четыре типа: газореактивные — электрогазореактивные; электромагнитные, взаимодействующие с магнитным полем Земли («космические моментные электродвигатели»); электродвигатели-маховики и моментные электрогироскопы. КОМБИНИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ОРИЕНТАЦИИ И СТАБИЛИЗАЦИИ - Для обеспечения высокой точности стабилизации и ориентации космического летательного аппарата обычно используются системы, состоящие из трех ступеней исполнительных органов. Первая ступень (быстродействующая) — электродвигатели-маховики; вторая ступень — управляющие моментные электрогироскопы; третья ступень — космические моментные электродвигатели, газореактивные или электрореактивные двигатели. Такая трехступенчатая система позволяет наиболее полно сочетать свойства стабилизирующих устройств электродвигателей-маховиков, обладающих большим рабочим диапазоном «до насыщения», с моментнымиэлектрогироскопами, имеющими малый рабочий диапазон.

34. Оценка основных параметров БФ на начало проектирования

На начало ресурса задаются параметры: потери напряжения в коммутации, удельная мощность СБ, ширина и длина фотоэлемента. Исходя из этого и из циклограммы нагрузки рассчитывается потребная мощность БФ, площадь СБ, ток.

_{-ур-е энергобаланса СЭС}

При проектировании БФ нужно учитывать также деградацию солнечных батарей, а также потери напряжения в самой СЭС

_{-потребная мощность БФ}

(если информации не достаточно, посмотрите графики энергопотребления из распечаток))))