RU2371361C2 - Method of operating nickel-hydrogen storage battery incorporated with untight spacecraft with radiation cooling and spacecraft to this effect - Google Patents

Abstract

FIELD: aerospace engineering. ^ SUBSTANCE: inventions relates to power supply of space vehicles, mainly geostationary satellites with three-axis orientation. Proposed method comprises charging/discharging storage batteries and storing them as charged. Analog pressure and temperature pickups local heaters are fitted on storage batteries. In operation, current heat emission is determined for it to be adjusted by local heaters proceeding from its thermal balance. In compliance with this invention, spacecraft comprises instrument unit representing rectangular parallelepiped. Inner surfaces of aforesaid unit accommodate devices and instruments, including thermal control system with local heaters. Thermal control system extracts heat to radiators. There is also onboard system of power supply with stabilised voltage converter. Analog pressure and temperatures pickups are connected, via storage battery control device, in data exchange channel between aforesaid voltage converter, thermal control system and onboard computer. The latter incorporates program designed to correct local heater operation depending upon charge degree, storage battery operating conditions and temperature. ^ EFFECT: higher efficiency, longer life. ^ 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано при проектировании космических аппаратов (КА) преимущественно с трехосной ориентацией для геостационарной орбиты.The invention relates to the field of space technology and can be used in the design of spacecraft (SC) mainly with a triaxial orientation for a geostationary orbit.

Космический аппарат представляет собой (см. Космические аппараты. Под общей редакцией К.П.Феоктистова, М., Воениздат, 1993, [1]) техническое устройство, состоящее из целевой аппаратуры и обеспечивающих систем. В качестве целевой аппаратуры используется преимущественно связная аппаратура. В число обеспечивающих систем входят: система электропитания, система ориентации КА, бортовой комплекс управления, система терморегулирования и другие системы в зависимости от типа и назначения КА.A spacecraft is (see. Spacecraft. Under the general editorship of KP Feoktistov, M., Military Publishing House, 1993, [1]) a technical device consisting of target equipment and supporting systems. As the target equipment, mainly communication equipment is used. Supporting systems include: power supply system, spacecraft orientation system, onboard control system, temperature control system and other systems depending on the type and purpose of the spacecraft.

К числу систем современных КА, по сути определяющих срок активного существования КА, относится в первую очередь система электропитания, у которой наиболее критичным звеном являются аккумуляторные батареи (АБ).Among the systems of modern spacecraft that essentially determine the period of active existence of a spacecraft is, first of all, the power supply system, in which the most critical link is rechargeable batteries (AB).

Для обеспечения длительного срока службы (ресурса) АБ очень важно обеспечивать, в процессе их эксплуатации, комфортные температурные режимы, при этом особенно важно поддерживать температуру в сравнительно узком диапазоне. Оптимальный диапазон рабочих температур для никель-водородных АБ, предназначенных для установки на связных КА и характеризующихся сравнительно высокими токами заряда и разряда, составляет (5-15)°С (см. S.W.Donley and D.C.Verrier. Study of Nickel - Hydrogen Battery discharge Performance after charge and stand at warm temperatyre. TRW Space and Technology Groyp. Proc. 27-th Intersoc. Energy Convers. Eng. Conf. "Technol.Energy. Effic. 21-st Century", San Diego, Calif., aug. 3-7, 1992. (С.В.Донли, Д.С.Верьер. Исследование разрядных характеристик никель-водородной батареи после заряда и выдержки при повышенной температуре, [2]).To ensure a long battery life (resource), it is very important to ensure, during their operation, comfortable temperature conditions, while it is especially important to maintain the temperature in a relatively narrow range. The optimal operating temperature range for nickel-hydrogen batteries intended for installation on connected spacecraft and characterized by relatively high charge and discharge currents is (5-15) ° С (see SWDonley and DCVerrier. Study of Nickel - Hydrogen Battery discharge Performance after charge and stand at warm temperature. TRW Space and Technology Groyp. Proc. 27th Intersoc. Energy Convers. Eng. Conf. "Technol.Energy. Effic. 21-st Century", San Diego, Calif., aug. 3 -7, 1992. (S.V. Donley, D.S. Verrier. Study of discharge characteristics of a nickel-hydrogen battery after charging and holding at elevated temperature, [2]).

Известен КА (патент №2227108, B64G 1/10, B64G 1/50, 2003), содержащий устройства и приборы, установленные на обшивках сотовых панелей со встроенным жидкостным коллектором и имеющие входы и выходы, соединенные между собой трубопроводами.Known KA (patent No. 2227108, B64G 1/10, B64G 1/50, 2003), containing devices and devices mounted on the skin of honeycomb panels with a built-in liquid collector and having inputs and outputs interconnected by pipelines.

Недостатком известного КА является то, что в нем термостатирование обеспечивается одним жидкостным контуром с усредненным для всей аппаратуры КА значением температуры, что не позволяет существенно регулировать теплосъем с какой-либо конкретной аппаратуры, например с аккумуляторной батареи.A disadvantage of the known spacecraft is that in it thermostating is provided by one liquid circuit with a temperature value averaged over the entire spacecraft equipment, which does not allow significantly controlling the heat removal from any specific equipment, for example, from a battery.

Известен способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в составе КА (патент №2164881, B64G 1/00, B64G 1/22, B64G 1/42, 2001), содержащий отсек с целевой аппаратурой, герметичный приборный отсек, 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 со штатными и технологическими гидравлическими каналами, систему электропитания, состоящую из солнечной батареи, установленного в приборном отсеке комплекса автоматики и стабилизации напряжения, размещенных в агрегатном отсеке никель-водородных аккумуляторных батарей, установленных внутри каждой батареи датчиков давления, чувствительных к изменению текущей электрической емкости батарей, а также бортовой комплекс управления с бортовой вычислительной машиной, причем, указанные датчики давления через устройства преобразования сигнала включены в канал обмена информацией между указанными комплексом автоматики и стабилизации напряжения и бортовой вычислительной машиной, которая снабжена программой, корректирующей режим работы аппарата в зависимости от глубины разряда аккумуляторных батарей и определяющей суммарную глубину разряда.A known method of operating a nickel-hydrogen storage battery in a spacecraft (patent No. 2164881, B64G 1/00, B64G 1/22, B64G 1/42, 2001), comprising a compartment with target equipment, a sealed instrument compartment, an aggregate compartment with an integrated propulsion system , a temperature control system with hydraulic circuits and devices for the selection, supply and discharge of heat, including those made in the form of thermal plates with standard and technological hydraulic channels, an electrical power system consisting of a solar panel installed in the instrument compartment to automation and voltage stabilization complex located in the aggregate compartment of nickel-hydrogen storage batteries installed inside each battery of pressure sensors sensitive to changes in the current electric capacity of the batteries, as well as an on-board control complex with an on-board computer, and these pressure sensors through signal conversion devices included in the information exchange channel between the specified complex automation and voltage stabilization and on-board computer, which nabzhena program correcting apparatus operation mode depending on the depth of battery discharge and defining a total depth of discharge.

Недостатком известного способа и КА является то, что в нем не учитывается текущее тепловыделение аккумуляторных батарей, а теплосъем с них не регулируется, что приводит к расширению температурного диапазона эксплуатации и соответственно не обеспечивается эффективное использование аккумуляторных батарей.The disadvantage of this method and the spacecraft is that it does not take into account the current heat generation of the batteries, and the heat removal from them is not regulated, which leads to an expansion of the temperature range of operation and, accordingly, the efficient use of batteries is not ensured.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в составе геостационарного искусственного спутника Земли (заявка №2005132149 от 17.10.2005 г., публикация 27.04.2007 г.), заключающийся в контроле установившегося тока саморазряда и степени заряженности аккумуляторной батареи по аналоговым датчикам давления, хранении в заряженном состоянии с проведением периодических дозарядов, для компенсации саморазряда, аккумуляторной батареи на солнечных орбитах и в проведении заряд-разрядных циклов на теневых орбитах и поддержании токов саморазряда в определенных диапазонах в зависимости от режима эксплуатации аккумуляторной батареи и температуры посадочного места. Этот способ принят за прототип.The closest in technical essence to the claimed method is a method of operating a nickel-hydrogen storage battery as part of a geostationary artificial Earth satellite (application No. 2005132149 dated 10/17/2005, publication 04/27/2007), which consists in monitoring the steady state self-discharge current and degree of charge the battery according to analog pressure sensors, storage in a charged state with periodic recharges, to compensate for self-discharge, the battery in solar orbits and in charge-discharge cycles in shadow orbits and maintaining self-discharge currents in certain ranges depending on the operating mode of the battery and the temperature of the seat. This method is adopted as a prototype.

Известный способ, базируясь на поддержании величины токов саморазряда аккумуляторов, позволяет ограничить их тепловыделение, а значит, и температуру. Однако, известный способ не рассматривает вопросы обеспечения температурного режима аккумуляторной батареи системой терморегулирования КА, что снижает его эффективность.The known method, based on maintaining the magnitude of the self-discharge currents of the batteries, allows to limit their heat generation, and hence the temperature. However, the known method does not address the issue of ensuring the temperature of the battery by the spacecraft thermal control system, which reduces its effectiveness.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому КА является КА (патент №2264954, B64G 1/10, B64G 1/50, 2003), принятый за прототип. Известный «КА с регулярной ориентацией относительно Солнца, содержащий корпус с выступающими элементами конструкции, состоящий из установленных вдоль продольной оси модулей, две противоположные грани каждого из которых, являющиеся радиаторами со встроенными тепловыми трубами, развернуты от направления на Солнце, при этом в модулях расположены n (n=1, 2, …) теплонагруженных узлов и приборов бортовой аппаратуры, двигательный блок с двигателями системы коррекции, ориентации и стабилизации, топливными баками и магистралями подачи рабочего тела, отличающийся тем, что к двигательному блоку прикреплены k (k=1, 2, …) теплонагруженных узлов и приборов бортовой аппаратуры, теплоизолированных экранно-вакуумной теплоизоляцией от n-х теплонагруженных узлов и приборов бортовой аппаратуры, причем указанные k-e узлы и приборы бортовой аппаратуры крепятся к двигательному блоку кронштейнами, устанавливаемыми на теплоизолирующие прокладки, а двигательный блок выполнен в виде трехслойной панели, состоящей из двух установочных плоскостей с сотовым наполнителем, внутри которой проложены тепловые трубы с нагревателями, каждый из k-x узлов и приборов бортовой аппаратуры охвачен аксиальной U-образной тепловой трубой, имеющей тепловой контакт с их корпусами, при этом каждая из аксиальных тепловых труб, в свою очередь, имеет тепловой контакт с испарителем контурной тепловой трубы, выход которого через паропровод соединен с входом радиатора-излучателя, а выход радиатора-излучателя через конденсатопровод контурной тепловой трубы соединен с входом испарителя этой тепловой трубы, при этом радиаторы-излучатели установлены в плоскостях, параллельных граням, развернутым от направления на Солнце, за границами зон затенения выступающими элементами конструкции открытого для радиаторов-излучателей космоса».Closest to the technical nature of the claimed spacecraft is a spacecraft (patent No. 2264954, B64G 1/10, B64G 1/50, 2003), adopted as a prototype. The well-known “spacecraft with a regular orientation relative to the Sun, containing a body with protruding structural elements, consisting of modules installed along the longitudinal axis, two opposite faces of each of which, which are radiators with built-in heat pipes, are deployed from the direction to the Sun, while n (n = 1, 2, ...) of heat-loaded components and devices of on-board equipment, an engine block with engines of a correction, orientation and stabilization system, fuel tanks and supply lines for working t ate, characterized in that k (k = 1, 2, ...) of heat-loaded units and instruments of on-board equipment, heat-insulated by screen-vacuum heat insulation from n-heat-loaded units and instruments of on-board equipment are attached to the engine block, moreover, said ke units and devices are on-board the equipment is attached to the engine block with brackets installed on heat-insulating gaskets, and the engine block is made in the form of a three-layer panel consisting of two mounting planes with honeycomb core, inside which heat is laid new pipes with heaters, each of the kx components and devices of the on-board equipment is covered by an axial U-shaped heat pipe having thermal contact with their bodies, while each of the axial heat pipes, in turn, has thermal contact with the evaporator of the contour heat pipe, output which through the steam pipe is connected to the input of the radiator-radiator, and the output of the radiator-radiator through the condensate pipe of the loop heat pipe is connected to the input of the evaporator of this heat pipe, while the radiator-radiators are installed in the plane "parallel to the faces turned away from the direction to the Sun, beyond the borders of the shading zones by the protruding structural elements open to radiators-emitters of space."

Эффективная хладопроизводительность системы терморегулирования в известном КА, получаемая за счет предлагаемого расположения радиаторов, позволяет обеспечивать сброс тепла от наиболее теплонапряженных n-х узлов и агрегатов. При этом площади указанных панелей могут быть разные, необходимые и достаточные для обеспечения теплового режима конкретного прибора или агрегата, а наличие нагревателей позволяет избежать снижения температуры ниже нижнего граничного уровня.The effective refrigerating capacity of the temperature control system in the well-known spacecraft, obtained due to the proposed arrangement of radiators, allows for the release of heat from the most heat-stressed n-nodes and assemblies. Moreover, the areas of these panels can be different, necessary and sufficient to ensure the thermal regime of a particular device or unit, and the presence of heaters avoids lowering the temperature below the lower boundary level.

В то же время эффективность такой системы терморегулирования недостаточно высока, так как она отрабатывает свершившийся факт (достижение граничной температуры), а не его предупреждение.At the same time, the effectiveness of such a thermoregulation system is not high enough, since it fulfills a fait accompli (reaching the boundary temperature), and not its warning.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности использования аккумуляторных батарей и улучшение ресурсных характеристик системы электропитания и КА в целом.The objective of the invention is to increase the efficiency of use of rechargeable batteries and improve the resource characteristics of the power system and the spacecraft as a whole.

Поставленная задача достигается тем, что определяют текущее тепловыделение аккумуляторной батареи, а тепловыделение нагревателей регулируют исходя из соотношения:The problem is achieved by determining the current heat dissipation of the battery, and the heat dissipation of the heaters is regulated based on the ratio:

Qнагр+Qаб-Qpo=const,Qnag + Qab-Qpo = const,

где Qнагр - текущее интегральное тепловыделение нагревателей;where Qnagr is the current integral heat emission of heaters;

Qaб - текущее тепловыделение аккумуляторной батареи;Qab - the current heat of the battery;

Qpo - теплоотдача посредством радиационного охлаждения;Qpo - heat transfer through radiation cooling;

Const - установленное значение разницы расчетного тепловыделения и теплоотдачи;Const - the set value of the difference in the calculated heat release and heat transfer;

при этом при запуске космического аппарата величина Const равна нулю, а в процессе эксплуатации космического аппарата (автоматически либо по командам с Земли) ее корректируют в большую или меньшую сторону исходя из условия нахождения температуры аккумуляторной батареи в пределах установленных граничных значений.at the same time, when the spacecraft starts up, the value of Const is zero, and during the operation of the spacecraft (automatically or by commands from the Earth), it is corrected up or down based on the condition that the battery temperature is within the established boundary values.

Космический аппарат для реализации заявляемого способа содержит приборный блок, выполненный в виде прямоугольного параллелепипеда, устройства и приборы, установленные на внутренних сторонах параллелепипеда приборного блока, в том числе система терморегулирования для подвода и сброса тепла, содержащая локальные нагреватели и радиаторы-излучатели, система электропитания, состоящая из солнечной батареи, стабилизированного преобразователя напряжения, никель-водородных аккумуляторных батарей, с установленными на аккумуляторах аналоговыми датчиками давления и температуры, устройства контроля аккумуляторных батарей, а также бортовой комплекс управления с бортовой вычислительной машиной. При этом указанные аналоговые датчики давления и температуры через устройство контроля аккумуляторных батарей включены в канал обмена информацией между указанными стабилизированным преобразователем напряжения, системой терморегулирования и бортовой вычислительной машиной, которая снабжена программой, корректирующей работу локальных нагревателей аккумуляторных батарей системы терморегулирования, в зависимости от степени заряженности и режима работы аккумуляторных батарей и их температуры.The spacecraft for implementing the inventive method comprises an instrument block made in the form of a rectangular parallelepiped, devices and devices mounted on the inside of the instrument box parallelepiped, including a temperature control system for supplying and discharging heat, containing local heaters and radiators, radiators, an electrical power system, consisting of a solar battery, a stabilized voltage converter, nickel-hydrogen storage batteries, with an analogue installed on the batteries Vym temperature and pressure sensors, battery monitoring device and the control board with the complex onboard computer. Moreover, these analogue pressure and temperature sensors through the battery monitoring device are included in the information exchange channel between the stabilized voltage converter, the temperature control system and the on-board computer, which is equipped with a program that corrects the operation of the local battery heaters of the temperature control system, depending on the degree of charge and operating mode of batteries and their temperature.

Следует отметить, что в отличие от остальной бортовой аппаратуры КА, имеющей в основном фиксированные значения тепловыделения в каждом конкретном режиме работы, тепловыделение никель-водородных АБ зависит от режима работы (заряд, разряд, хранение в заряженном состоянии), величины токов заряда-разряда, степени заряженности и температуры. Так, например, заряд малыми токами никель-водородной батареи в состоянии низкого уровня заряженности носит эндотермический характер (Б.И.Центер, Н.Ю.Лызлов "Металл-водородные электрические системы", Ленинград, "Химия", Ленинградское отделение, 1989 г., гл.IV, стр.99-101 [2]), а в конечной фазе заряда интенсивность тепловыделения весьма существенна.It should be noted that, unlike other spacecraft onboard equipment, which has mainly fixed heat release values in each specific operation mode, the heat release of nickel-hydrogen batteries depends on the operation mode (charge, discharge, storage in a charged state), the magnitude of charge-discharge currents, degree of charge and temperature. For example, the low-current charge of a nickel-hydrogen battery in a state of low charge is endothermic (B.I. Tsenter, N.Yu. Lyzlov "Metal-hydrogen electrical systems", Leningrad, "Chemistry", Leningrad branch, 1989 ., Ch. IV, pp. 99-101 [2]), and in the final phase of the charge the heat release intensity is very significant.

На фиг.1 показано предлагаемое устройство КА для работы на геостационарной орбите.Figure 1 shows the proposed spacecraft device for operation in a geostationary orbit.

При этом введены нижеследующие обозначения:The following notation is introduced:

1 - приборный блок КА;1 - instrument unit KA;

2 - солнечные батареи КА;2 - spacecraft solar panels;

3 - радиатор-излучатель.3 - radiator-emitter.

Приборный блок КА 1 выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, состоящего из "южной" и "северной" сотопанелей радиаторов и «восточной» и «западной», а также нижних и верхних торцевых панелей упрощенной конструкции.The instrumentation block KA 1 is made in the form of a rectangular parallelepiped, consisting of “southern” and “northern” honeycomb panels of radiators and “eastern” and “western”, as well as lower and upper end panels of a simplified design.

Внутри приборного блока (на внутренней стороне сотопанелей и панелей упрощенной конструкции) установлены устройства и приборы КА, в том числе система терморегулирования для подвода и сброса тепла, выполненная в виде локальных нагревателей (локальные нагреватели могут устанавливаться непосредственно в какой-либо аппаратуре), и термоплат с тепловыми трубами и радиаторами-излучателями, система электропитания, состоящая из солнечной батареи, стабилизированного преобразователя напряжения, устройств контроля аккумуляторных батарей и никель-водородных аккумуляторных батарей, с установленными аналоговых датчиками давления и температуры аккумуляторов, а также бортовой комплекс управления с бортовой вычислительной машиной, при этом указанные аналоговые датчики давления и температуры через устройства контроля аккумуляторных батарей включены в канал обмена информацией между указанными стабилизированным преобразователем напряжения, никель-водородными аккумуляторными батареями, системой терморегулирования и бортовой вычислительной машиной, которая снабжена программой, корректирующей работу локальных нагревателей аккумуляторных батарей системы терморегулирования, в зависимости от степени заряженности и режима работы аккумуляторных батарей и их температуры.Inside the instrument block (on the inner side of honeycomb panels and panels of a simplified design), spacecraft devices and devices are installed, including a temperature control system for supplying and discharging heat, made in the form of local heaters (local heaters can be installed directly in any equipment), and a thermal plate with heat pipes and radiators, radiators, power supply system consisting of a solar battery, a stabilized voltage converter, battery monitoring devices and nickname al-hydrogen batteries, with installed analog sensors for pressure and temperature of the batteries, as well as an on-board control complex with an on-board computer, while these analog sensors of pressure and temperature are connected to the communication channel between the indicated stabilized voltage converter, nickel through the battery monitoring devices, nickel - hydrogen storage batteries, thermal control system and on-board computer, which is equipped with programs second, correcting the work of local heaters batteries thermal control system, depending on the state of charge and operating modes batteries and temperature.

Солнечные батареи 2 установлены вдоль продольной оси Z КА, перпендикулярной плоскости орбиты КА, со стороны "южной" и "северной" сотопанелей радиаторов.Solar panels 2 are installed along the longitudinal axis Z of the spacecraft, perpendicular to the plane of the orbit of the spacecraft, from the "southern" and "northern" cell panels of radiators.

Радиатор-излучатель 3 установлен в плоскости "северной" или "южной" сотопанели радиатора.The radiator-emitter 3 is installed in the plane of the "northern" or "southern" sotopaneli radiator.

Основная тепловыделяющая аппаратура размещается на "северных" и "южных" сотопанелях. При этом тепловыделяющая аппаратура имеет, как правило, обогреватели для подвода тепла к отдельным узлам и агрегатам для исключения их переохлаждения.The main heat-generating equipment is located on the "northern" and "southern" honeycomb panels. In this case, the heat-generating equipment has, as a rule, heaters for supplying heat to individual units and assemblies to prevent their overcooling.

Корпуса наиболее тепловыделяющей аппаратуры теплоизолированы от окружающих приборов и элементов конструкции при помощи многослойной экранно-вакуумной теплоизоляции. Это позволяет исключить взаимовлияние и повысить точность поддержания нужного температурного режима.The cases of the most heat-generating equipment are thermally insulated from surrounding devices and structural elements using multilayer screen-vacuum thermal insulation. This eliminates the mutual influence and improves the accuracy of maintaining the desired temperature.

Выделение отдельных теплонагруженных узлов и приборов из всей аппаратуры КА и помещение их специальным образом, с теплоизоляцией от соседних приборов, позволяет создать для них "особые условия" работы, обеспечивающие повышенный теплоотвод, увеличить локально хладопроизводительность системы обеспечения теплового режима.Separation of individual heat-loaded components and devices from all the spacecraft equipment and their placement in a special way, with thermal insulation from neighboring devices, allows them to create "special conditions" of work, providing increased heat dissipation, to increase the locally cooling capacity of the thermal regime support system.

Заявляемое изобретение не касается конструкции теплоотводящих элементов (тепловых труб), поэтому пример конкретной реализации в этой части, подробно описанный в прототипе, в материалах настоящей заявки не рассматривается.The claimed invention does not relate to the design of heat-removing elements (heat pipes), therefore, an example of a specific implementation in this part, described in detail in the prototype, is not considered in the materials of this application.

В заявляемом изобретении наибольший интерес представляет обеспечение теплового режима никель-водородных аккумуляторных батарей.In the claimed invention, the greatest interest is the provision of thermal conditions of Nickel-hydrogen storage batteries.

На фиг.2 приведен пример функциональной схемы электрических и интерфейсных связей для реализации конкретной задачи заявляемого изобретения.Figure 2 shows an example of a functional diagram of electrical and interface connections for implementing the specific tasks of the claimed invention.

При этом дополнительно введены нижеследующие обозначения:In addition, the following notation is introduced:

4 - стабилизированный преобразователь напряжения;4 - stabilized voltage converter;

5 - устройства и приборы КА;5 - spacecraft devices and devices;

6 - система терморегулирования;6 - thermal control system;

7 - бортовой комплекс управления с бортовой вычислительной машиной;7 - on-board control system with on-board computer;

8 - устройство контроля аккумуляторной батареи;8 - battery control device;

9 - никель-водородная аккумуляторная батарея;9 - Nickel-hydrogen storage battery;

10 - аккумуляторы;10 - batteries;

11 - аналоговые датчики давления;11 - analog pressure sensors;

12 - аналоговые датчики температуры;12 - analog temperature sensors;

13 - локальный (встроенный) нагреватель.13 - local (built-in) heater.

Для управления КА и выполнения других функций служит бортовой комплекс управления с бортовой вычислительной машиной 7. В качестве аккумуляторной батареи 9 использованы никель-водородные АБ из последовательно соединенных аккумуляторов 10, которые оснащены датчиками давления 11 и температуры 12.To control the spacecraft and perform other functions, an onboard control system with an onboard computer 7 is used. Nickel-hydrogen batteries from series-connected batteries 10, which are equipped with pressure sensors 11 and temperature 12, are used as the battery 9.

Датчики давления 11 и температуры 12 запитаны от устройства контроля аккумуляторной батареи 8, содержащего устройства контроля аккумуляторных батарей для передачи в бортовой комплекс управления с бортовой вычислительной машиной 7, в который поступает также информация о режиме работы аккумуляторной батареи 9 (заряд, разряд, хранение, величина токов заряда-разряда) из стабилизированного преобразователя напряжения 4. Бортовая вычислительная машина оснащена программой, формирующей управляющие команды в систему терморегулирования 6, и стабилизированный преобразователь напряжения 4.The pressure sensors 11 and temperature 12 are powered from the battery control device 8, which contains battery control devices for transmission to the on-board control complex with the on-board computer 7, which also receives information about the operating mode of the battery 9 (charge, discharge, storage, size charge-discharge currents) from a stabilized voltage converter 4. The on-board computer is equipped with a program that generates control commands in the temperature control system 6, and is stable insulated voltage converter 4.

Повышение эффективности использования аккумуляторных батарей и улучшение ресурсных характеристик СЭП и КА в целом при его штатной работе осуществляется следующим образом.Improving the efficiency of use of rechargeable batteries and improving the resource characteristics of a solar cell and spacecraft as a whole during its regular operation is carried out as follows.

Бортовое программное обеспечение рассчитывает текущее тепловыделение аккумуляторной батареи 9 исходя из входных данных по режиму работы (заряд, разряд, хранение, величины токов заряда-разряда, степени заряженности и температуры и из расчетного соотношения: Qнагр+Qaб-Qpo=const, задает режим работы локальных нагревателей 13 аккумуляторных батарей 9 через систему терморегулирования 6.The on-board software calculates the current heat release of the battery 9 based on input data on the operating mode (charge, discharge, storage, charge-discharge currents, degree of charge and temperature, and from the calculated ratio: Qnag + Qab-Qpo = const, sets the operating mode of local heaters 13 of the batteries 9 through a temperature control system 6.

В настоящее время, как на предприятиях изготовителях аккумуляторных батарей (ОАО «Сатурн», г.Краснодар), так и на предприятиях-разработчиках КА, в частности НПО ПМ им. академика М.Ф.Решетнева, разработаны математические модели конкретных аккумуляторных батарей, позволяющие с высокой точностью вычислять, в том числе и текущее тепловыделение аккумуляторных батарей. Расчетная зависимость тепловыделения от входных данных заносится в бортовую вычислительную машину.Currently, both at the enterprises producing batteries (OJSC Saturn, Krasnodar), and at the enterprises-developers of spacecraft, in particular NPO PM named after Academician M.F.Reshetnev, developed mathematical models of specific batteries, allowing with high accuracy to calculate, including the current heat generation of batteries. The calculated dependence of heat on the input data is entered into the on-board computer.

В процессе эксплуатации КА величина Const (равная нулю, при запуске космического аппарата) может корректироваться (автоматически либо по командам с Земли) в ту или иную сторону из условия нахождения температуры АБ в пределах установленных граничных значений.During the spacecraft operation, the value of Const (equal to zero when the spacecraft is launched) can be adjusted (automatically or by commands from the Earth) in one direction or another from the condition that the battery temperature is within the established boundary values.

Таким образом, использование предлагаемого устройства космического аппарата позволяет повысить эффективность использования аккумуляторных батарей и улучшить ресурсные характеристики СЭП и КА в целом при его штатной эксплуатации.Thus, the use of the proposed device of the spacecraft allows to increase the efficiency of the use of rechargeable batteries and improve the resource characteristics of the solar cells and the spacecraft as a whole during its normal operation.

Claims (2)

1. Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в составе космического аппарата негерметичного исполнения с радиационным охлаждением, заключающийся в проведении зарядов, разрядов, хранении в заряженном состоянии, контроле давления и температуры аккумуляторов и обеспечении температурного режима батареи, отличающийся тем, что определяют текущее тепловыделение аккумуляторной батареи, которое посредством локальных нагревателей регулируют исходя из соотношения:
Qнагр+Qаб-Qpo=const,
где Qнагр - текущее интегральное тепловыделение нагревателей;
Qаб - текущее тепловыделение аккумуляторной батареи;
Qpo - теплоотдача посредством радиационного охлаждения;
const - установленное значение разницы расчетного тепловыделения и теплоотдачи, которое при запуске космического аппарата выбирают равным нулю, а в процессе эксплуатации космического аппарата автоматически либо по командам с Земли корректируют в большую или меньшую сторону, исходя из условия нахождения температуры аккумуляторной батареи в пределах установленных граничных значений.1. The method of operation of a nickel-hydrogen storage battery in a spacecraft of a leaky design with radiation cooling, which consists in carrying out charges, discharges, storage in a charged state, monitoring the pressure and temperature of the batteries and ensuring the temperature of the battery, characterized in that the current heat emission of the battery is determined batteries, which are regulated by local heaters based on the ratio:
Qnag + Qab-Qpo = const,
where Qnagr is the current integral heat emission of heaters;
Qab - the current heat of the battery;
Qpo - heat transfer through radiation cooling;
const is the set value of the difference in the calculated heat release and heat transfer, which is chosen to be zero when the spacecraft is launched, and during the operation of the spacecraft, it is automatically corrected to a greater or lesser extent based on the condition that the battery temperature is within the established boundary values . 2. Космический аппарат для реализации способа по п.1, содержащий приборный блок, выполненный в форме прямоугольного параллелепипеда, устройства и приборы, установленные на внутренних сторонах приборного блока, в том числе система терморегулирования для подвода и сброса тепла, содержащая локальные нагреватели и радиаторы-излучатели, система электропитания, состоящая из солнечной батареи, стабилизированного преобразователя напряжения, никель-водородных аккумуляторных батарей, с установленными на аккумуляторах аналоговых датчиками давления и температуры, устройства контроля аккумуляторных батарей, а также бортовой комплекс управления с бортовой вычислительной машиной, отличающийся тем, что указанные аналоговые датчики давления и температуры через устройство контроля аккумуляторных батарей включены в канал обмена информацией между указанными стабилизированным преобразователем напряжения, системой терморегулирования и бортовой вычислительной машиной, которая снабжена программой, корректирующей работу локальных нагревателей аккумуляторных батарей системы терморегулирования в зависимости от степени заряженности и режима работы аккумуляторных батарей и их температуры. 2. A spacecraft for implementing the method according to claim 1, comprising a device block made in the form of a rectangular parallelepiped, devices and devices mounted on the inside of the device block, including a temperature control system for supplying and discharging heat, containing local heaters and radiators emitters, power supply system, consisting of a solar battery, a stabilized voltage converter, nickel-hydrogen batteries, with analog sensors installed on the batteries temperature and temperature, battery control devices, as well as an on-board control complex with an on-board computer, characterized in that the analogue pressure and temperature sensors are included in the information exchange channel between the indicated stabilized voltage converter, thermal control system and the on-board computer via the battery control device a machine that is equipped with a program that corrects the operation of local thermal battery heaters regulation depending on the degree of charge and the operating mode of the batteries and their temperature.

Images