ЖУРНАЛ СТА 1/2012

Т РЕБОВАНИЯ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Электрическая энергия является од- ной из важнейших составляющих ком- плекса обеспечения рабочего состояния КА на орбите. На рис. 1 представлена упрощённая система электроснабжения спутника. Солнечные панели преобра- зуют солнечную энергию в электриче- скую. Электрическая энергия преобра- зуется, накапливается, стабилизируется и распределяется по электронным на- грузкам, которые представлены, глав- ным образом, аналоговыми и цифровы- ми полупроводниковыми приборами, широкополосными радиоэлектронны- ми схемами, оптико-электронными и электромеханическими устройствами, датчиками и лазерами. Обычно DC/DC- преобразователи получают энергию от шины питания КА, которая для боль- шинства систем хорошо стабилизирова- на. Диапазон напряжения шины состав- ляет от 20 до 120 В постоянного тока. Несмотря на то что тенденцией являет- ся движение в направлении к более вы- сокому напряжению, уровень напря- жения зависит от целевого назначения и конструкции спутника. Радиоэлектронная аппаратура как по- лезной нагрузки, так и системной шины обычно требует напряжений от 3,3 до 28 (или 27) В постоянного тока, однако требование к номинальному значению напряжения уменьшается до 1 В и ниже для цифровых нагрузок. Необходимые номиналы напряжения формируются соответствующими преобразователями. Основными требованиями, предъяв- ляемыми к преобразователям, являют- ся надёжность, эффективность пре- образования напряжения, стабилиза- ция выходного напряжения, обеспече- ние определённого уровня пульса- ций/шумов на выходе, а также наличие защиты от короткого замыкания и пе- ренапряжения, синхронизации, коман- ды включения/выключения, дистан- ционного определения состояния, галь- ванической развязки между входными и выходными цепями. Для применений с повышенными токами нагрузки (обычно 10 А и более) для компенса- ции падения напряжения на соедини- тельных линиях между источниками питания и нагрузками зачастую не- обходима возможность подключения внешней обратной связи. Для высоко- частотных отсеков спутника крайне важным является низкий уровень шума на выходе. Во всех случаях преобразо- ватели должны быть сконструированы таким образом, чтобы соответствовать требованиям по кондуктивным поме- хам, генерируемым преобразователем, и по устойчивости к кондуктивным им- пульсным помехам, наводимым систе- мой; большинство военных программ США в подобных вопросах руковод- ствуется стандартомMIL-STD-461. Но- вое поколение гибридных DC/DC-пре- образователей компании International Rectifier разработано таким образом, чтобы соответствовать большей части перечисленных требований. В данной статье не рассматривается применение модулей EPC (Electronic Power Conditioner) – электронных фор- мирователей напряжения (стабилизато- ров) для твердотельных усилителей мощности, и обсуждение ограничено DC/DC-преобразователями, которые обеспечивают стабилизированным на- пряжением электронную аппаратуру в полезной нагрузке и системной шине спутника. Электронные формировате- ли напряжения представляют собой специализированные источники пита- ния для твердотельных передатчиков и приёмников. Они имеют варьируемый в зависимости от назначения набор до- полнительных функций и специфиче- ских свойств (определённая последова- тельность подачи напряжений питания, чрезвычайно высокий КПД, усиленное помехоподавление, сверхнизкий, по- рядка микровольт, уровень шумов и пульсаций выходного напряжения). Их типичными представителями в номен- клатуре International Rectifier являются изделия семейства E (серии EA, EB, EC) для питания передатчиков и семейст- ва M (серии MA и MB) для питания приёмников. Т РЕБОВАНИЯ К РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ Как правило, преобразователи долж- ны длительное время работать в усло- виях воздействия полей ионизирующих излучений космического пространства без отказов и сбоев или без ухудшения технических характеристик при погло- щённой дозе в диапазоне от 2…3 до 100 крад и более. Значение поглощён- ной дозы зависит от условий полёта. Единица её измерения рад , названная по сокращению от Radiation Absorbed Dose (поглощённая доза радиации), слу- жит для описания процесса взаимодей- ствия ионизирующих излучений со сре- дой и передачи энергии облучаемому ве- ществу: поглощённая доза излучения D = Δ E D / Δ m , где Δ E D – энергия любого вида излучения, переданная некоторой массе Δ m облучаемого вещества. Также требуется, чтобы преобразователь сохра- нял работоспособность и восстанавли- вался при воздействии протонов и ионов, так как вызванные ими одиноч- ные эффекты являются одной из глав- ных причин, нарушающих устойчивое функционирование бортовой радио- электронной аппаратурыКА. На их долю приходится до 35%квалифицированных отказов [2]. Наблюдаются следующие ос- новные виды одиночных эффектов: ● Single Event Upset (SEU), проявляю- щийся в инвертировании логическо- го состояния бистабильных полупро- водниковых структур (имеется воз- можность исправления программ- ными методами без отключения пи- тания аппаратуры); ● Single Event Latchup (SEL), при кото- ром возбуждаются паразитные тири- сторные полупроводниковые струк- 27 СТА 1/2012 www.cta.ru ОБ ЗОР / АППА РАТ НЫЕ С Р Е ДС Т В А С ОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ Б ЛОК РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ EPC высокого напряжения Усилители на лампе бегущей волны Твердотельные усилители мощности Электронная аппаратура (мультиплексоры, генератор промежуточной частоты, повышающие ипонижающие преобразователи, матричный коммутатор, усилители) EPC низкого напряжения Блок регулирования мощности Ионные ракетные корректирующие двигатели малой тяги Преобразование DC/DC Преобразование DC/DC Распределение мощности/средства сопряжения DC/DC- преобразователи П ОЛЕЗНАЯ НАГРУЗКА С ИСТЕМНАЯ ШИНА Ретранслятор Определение местоположения и управление Средства связи Обработка данных и команд Управление тепловым режимом Набор панелей солнечных батарей Набор панелей солнечных батарей Набор панелей солнечных батарей Б ЛОК СТАБИЛИЗАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ Аккумуляторные батареи (АКБ) Зарядное устройство АКБ Шунтирующий блок последовательной коммутации Регулятор шины питания (основной) Регулятор шины питания (резервный) Регулятор разряда АКБ Управление электроприводом Рис. 1. Упрощённая система электроснабжения спутника © СТА-ПРЕСС