RU2572396C1 - Method to control autonomous power supply system of spacecraft - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention relates to self-contained power supply systems (PSS) of spacecrafts (SC) using the solar-voltaic arrays (SVA) as primary power sources, and accumulator batteries as energy accumulating units. In the claimed method when PSS operates in mode of on-board equipment supply and charge of accumulator batteries the solar battery panels are oriented towards the Sun at angle of 90°; value of the rated input voltage corresponding to voltage at operating point of SVA current-voltage curve is selected against value of its rated power sufficient for supplying on-board equipment and charging of all accumulator batteries in standard mode of PSS functioning; extreme SVA power control is made as a device intended to set and maintain voltage at operating point of SVA current-voltage curve, when required, which is different from the rated value; change in voltage at operating point of SVA current-voltage curve is made discreetly against preset settings of input voltage corresponding to different levels of power taken from SVA, at that transfer from on setting of input voltage to another one is provided from the ground control centre as per one-time commands, and take-off of SVA power for supplying on-board equipment and charging of all accumulator batteries at transfer to the next setting is made due to selection of optimal ratio between threshold value of AB charging current and quantity (n) of accumulator batteries used by SC PSS, moreover charging current (n-1) of the accumulator battery when one AB is disconnected from charging is selected as equal to threshold value; electrical characteristics of SVA and extreme power regulator are designed with consideration of required and sufficient condition U_out<U_{in rated}<U_opt, where U_out is output voltage of PSS; U_{in rated} is rated input voltage at operating point of SVA current-voltage curve when extreme SVA power regulator is switched off; U_opt is input voltage corresponding to maximum (optimal power) of SVA.

EFFECT: developed method for control of self-contained power supply system of SC that allows suppressing emergency process due to failure in energy balance by generation and maintenance of maximum SVA power take-off and counteracting emergency when it occurs.

3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, а именно к автономным системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), использующим в качестве первичных источников энергии батареи фотоэлектрические (БФ), а в качестве накопителей энергии - аккумуляторные батареи (АБ).The present invention relates to electrical engineering, namely to autonomous power supply systems (BOT) of spacecraft (SC), using photovoltaic (BF) batteries as primary energy sources, and storage batteries (AB) as energy storage devices.

В СЭП осуществляют непрерывное управление стабилизатором напряжения, зарядными и разрядными устройствами в зависимости от входного (напряжение БФ) и выходного напряжений СЭП. При этом зарядные устройства (ЗУ) обеспечивают заряд АБ, а стабилизатор напряжения (СН) и разрядные устройства (РУ) обеспечивают питание бортовой аппаратуры (БА). В зависимости от степени заряженности АБ производят запрет или разрешение работы ЗУ и РУ.In the SES, the voltage stabilizer, charging and discharge devices are continuously controlled depending on the input (voltage of the BF) and the output voltage of the SES. At the same time, charging devices (chargers) provide battery charge, and a voltage stabilizer (MV) and discharge devices (RU) provide power to on-board equipment (BA). Depending on the state of charge of the batteries, the operation of the memory and switchgear is prohibited or permitted.

Ориентацию БФ на Солнце осуществляют двумя способами, а именно:The orientation of the BF to the Sun is carried out in two ways, namely:

1) путем изменения углового положения КА вокруг центра масс, обеспечивая при этом условие cosα=1=const, где α - угол между перпендикуляром к поверхности БФ и направлением на Солнце;1) by changing the angular position of the spacecraft around the center of mass, while ensuring the condition cosα = 1 = const, where α is the angle between the perpendicular to the surface of the BF and the direction to the sun;

2) путем обеспечения ориентации и движения КА в орбитальной системе координат (продольная ось КА постоянно направлена к центру Земли) и выполнения перекладок панелей солнечных батарей (ПСБ) по заданной программе.2) by ensuring the orientation and motion of the spacecraft in the orbital coordinate system (the longitudinal axis of the spacecraft is constantly directed to the center of the earth) and performing rearrangements of solar panels (PSB) according to a given program.

В последнем случае КА оснащают приводами, используемыми для выполнения перекладок ПСБ (изменения положения ПСБ относительно координатных осей КА) или только по крену, или по крену и тангажу. В данном случае углы крена и тангажа соответствуют схеме полета, когда ПСБ расположены вдоль вектора движения КА.In the latter case, the spacecraft are equipped with drives used to perform PSB shifts (changing the position of the PSB relative to the coordinate axes of the spacecraft), either only by roll, or by roll and pitch. In this case, the roll and pitch angles correspond to the flight pattern when the PSB are located along the spacecraft motion vector.

В силу различных причин, в том числе из-за прецессии угла β между плоскостью орбиты и направлением на Солнце, генерируемая БФ средняя электрическая мощность (за сутки или за один виток орбиты КА) постоянно изменяется. При этом увеличивается (уменьшается) длительность светового участка орбиты и амплитуда тока БФ, а зависимость освещенности (тока) БФ от времени на световом участке орбиты описывается по закону, близкому к синусоидальному. Минимально необходимая для питания БА средняя электрическая мощность БФ на практике генерируется за счет ориентации и движения КА в орбитальной системе координат и выполнения, при необходимости, перекладок ПСБ по крену или тангажу. Выбирая оптимальное положение БФ в зависимости от угла β, можно обеспечить условие, когда вырабатываемая средняя мощность БФ будет наивысшей по сравнению с мощностями для других возможных положений БФ. Параметры БФ, а именно площадь ПСБ, масса, срок эксплуатации и т.д. выбираются для расчетного случая, β=0, как наиболее тяжелого режима функционирования СЭП с точки зрения соблюдения энергобаланса.For various reasons, including due to the precession of the angle β between the orbital plane and the direction to the Sun, the average electric power generated by the BP (per day or per one orbit of the orbit of the spacecraft) is constantly changing. In this case, the duration of the light portion of the orbit and the amplitude of the BF current increase (decrease), and the dependence of the illumination (current) of the BF on time in the light portion of the orbit is described by a law that is close to sinusoidal. The minimum average electric power of the BF necessary for powering the BA is generated in practice due to the orientation and motion of the spacecraft in the orbital coordinate system and, if necessary, performing PSB shifts along the roll or pitch. Choosing the optimal position of the BF depending on the angle β, it is possible to provide a condition when the generated average power of the BF will be the highest in comparison with the capacities for other possible positions of the BF. BP parameters, namely PSB area, mass, life, etc. are selected for the design case, β = 0, as the most difficult mode of operation of the BOT in terms of compliance with the energy balance.

Известен способ управления автономной системой электропитания КА (Кирилин А.Н., Ахметов Р.Н., Сторож А.Д., Аншаков Г.П. Космическое аппаратостроение, Государственный научно-производственный ракетно-космический центр «ЦСКБ-Прогресс», г. Самара, 2011 г., аналог), заключающийся в управлении стабилизатором напряжения, зарядными и разрядными устройствами в зависимости от входного и выходного напряжений системы электропитания; задании напряжения рабочей точки вольт-амперной характеристики батареи фотоэлектрической, контроле степени заряженности аккумуляторных батарей; запрете на работу соответствующего зарядного устройства при достижении максимального уровня заряженности данной аккумуляторной батареи и снятии этого запрета при снижении уровня заряженности; запрете на работу соответствующего разрядного устройства при достижении установленного минимального уровня заряженности (или напряжения) данной аккумуляторной батареи и снятии этого запрета при повышении уровня заряженности (напряжения) данной аккумуляторной батареи.A known method of controlling an autonomous spacecraft power supply system (Kirilin AN, Akhmetov RN, Storozh AD, Anshakov GP Space apparatus engineering, State Scientific and Production Rocket and Space Center "TsSKB-Progress", g. Samara, 2011, analogue), which consists in controlling the voltage stabilizer, charging and discharge devices, depending on the input and output voltages of the power supply system; setting the voltage of the operating point of the volt-ampere characteristic of the photoelectric battery, controlling the degree of charge of the batteries; a ban on the operation of the corresponding charger when the maximum charge level of the battery is reached and this ban is lifted when the charge level is reduced; a ban on the operation of the corresponding discharge device when the specified minimum charge level (or voltage) of the battery is reached and this ban is lifted when the charge level (voltage) of the battery is increased.

Данный способ управления автономной системой электропитания КА является классическим и применяется при штатной эксплуатации СЭП в составе КА независимо от способа ориентации БФ на Солнце. Кроме того, для предотвращения выхода из строя АБ при заряде в аналоге предусмотрен режим токоограничения, когда максимальный ток заряда не может превышать заданного порога. Следовательно, нагрузка, состоящая из БА и аккумуляторных батарей, находящихся в режиме заряда, является переменной и зависимой от величины тока заряда АБ, при этом в режиме токоограничения всех АБ нагрузка достигает максимальной величины.This method of controlling an autonomous spacecraft power supply system is classic and is used in the normal operation of the solar cells in the spacecraft, regardless of the way the BF is oriented to the sun. In addition, to prevent battery failure during charging, the analogue provides a current limiting mode when the maximum charge current cannot exceed a predetermined threshold. Consequently, the load consisting of BA and batteries in charge mode is variable and dependent on the value of the charge current of the battery, while in the current limiting mode of all batteries, the load reaches its maximum value.

Для СЭП с последовательно-параллельной структурной схемой подключения источников питания, когда БА включается последовательно БФ (через стабилизатор напряжения) и параллельно АБ (через разрядные устройства), задача максимального отбора мощности БФ является наиболее актуальной. Из-за наличия деградации фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) в процессе их длительной эксплуатации рабочая точка вольт-амперной характеристики (ВАХ) БФ, используемой для штатной работы СЭП, и точка ВАХ, в которой выделяется максимальная мощность (оптимальная точка ВАХ) БФ, как правило, разнесены друг от друга на (10÷15) В (например, рабочая точка ВАХ КА "Ресурс-ДК" (Кирилин А.Н., Ахметов Р.Н., Сторож А.Д., Аншаков Г.П. Космическое аппаратостроение, Государственный научно-производственный ракетно-космический центр «ЦСКБ-Прогресс», г. Самара, 2011 г.) соответствует напряжению 31 В, а оптимальная точка ВАХ - 45 В, при этом максимальная величина тока в этих точках ВАХ составляет соответственно 155 А и 150 А). Следовательно, относительно большая часть мощности БФ в процессе штатной эксплуатации СЭП не используется по назначению.For a BOT with a series-parallel block diagram of connecting power supplies when the BA is switched on sequentially by the BF (via the voltage regulator) and parallel to the AB (through the discharge devices), the task of maximum power take-off of the BF is the most relevant. Due to the degradation of photovoltaic converters (PECs) during their long-term operation, the operating point of the current-voltage characteristic (CVC) of the BF used for the normal operation of the BEP, and the point of the CVC at which the maximum power (optimal CVC point) of the BF is allocated spaced from each other by (10 ÷ 15) V (for example, the operating point of the CVS of the Resurs-DK spacecraft (Kirilin AN, Akhmetov RN, Storozh AD, Anshakov GP Space apparatus engineering , State Research and Production Rocket and Space Center "TsSKB-Progress", Samara, 2011 d) corresponds to a voltage of 31 V, and the optimum I – V characteristic point is 45 V, while the maximum current at these I – V points is 155 A and 150 A, respectively). Therefore, a relatively large part of the power of the BP in the normal operation of the BOT is not used for its intended purpose.

В аналоге, в том числе и на КА "Ресурс-ДК", для максимального отбора мощности БФ применяют экстремальный регулятор мощности (ЭРМ) БФ, который работает в автоматическом режиме. При включении ЭРМ происходит пошаговое определение величины фактической максимальной мощности БФ (оптимальной точки ВАХ), зависящей от ее текущей освещенности и температуры, а затем поддержание этого режима работы СЭП. Как правило, включение автоматического ЭРМ позволяет увеличить отбираемую нагрузкой мощность БФ на (20÷30) %. Однако функционирование ЭРМ возможно только тогда, когда напряжение БФ соответствует оптимальному значению, при этом мощность БФ должна полностью использоваться для питания нагрузки. В противном случае ЭР, в силу своего принципа действия, не может функционировать, а работа СЭП происходит на спадающей части ВАХ БФ, где напряжение БФ превышает оптимальное напряжение, а потребляемый ток зависит от потребляемой нагрузкой мощности.In the analogue, including on the Resurs-DK spacecraft, for the maximum power take-off of the BF, the BF extreme power regulator (ERM) is used, which operates in automatic mode. When the computer is turned on, a step-by-step determination of the value of the actual maximum power of the BF (the optimum I – V characteristic point), depending on its current illumination and temperature, and then maintaining this mode of operation of the BOT, is performed. As a rule, the inclusion of an automatic computer allows you to increase the power taken by the load BP by (20 ÷ 30)%. However, the functioning of the computer is possible only when the voltage of the BF corresponds to the optimal value, while the power of the BF should be fully used to power the load. Otherwise, because of its principle of operation, the ER cannot function, and the EPA operates on the falling part of the I – V characteristic of the BF, where the BF voltage exceeds the optimum voltage, and the current consumption depends on the power consumed by the load.

Недостатком аналога является то, что максимальная мощность БФ (Р_оптт.) при включенном ЭРМ может быть использована только при наличии соответствующей электрической нагрузки, причем мощность БФ (Р_БФ) в диапазоне от максимальной мощности БФ до мощности, соответствующей мощности в рабочей точке БФ (Р_раб.т.), не может быть использована в принципе. Этот недостаток остро проявляется в случае использования способа постоянной ориентации БФ на Солнце под прямым углом. Таким образом, отбор мощности БФ возможен только в диапазоне изменения Р_БФ от 0 до Р_раб.т., а при включенном ЭРМ и наличии нагрузки, соответственно Р_БФ=Р_оптт.The disadvantage of the analogue is that the maximum power of the BF (P _opt. ) When the _{computer is} on can be used only if there is an appropriate electrical load, and the power of the BF (R _BF ) in the range from the maximum power of the BF to the power corresponding to the power at the operating point of the BF ( _rab.t. P) can not be used in principle. This disadvantage is acute in the case of using the method of constant orientation of the BF to the Sun at a right angle. Thus, the selection of the power of the BF is possible only in the range of change of P _BF from 0 to P _{working t.} , and when the computer is on and there is a load, respectively, R _BF = P _opt .

Известен способ управления автономной системой электропитания КА (Патент РФ на изобретение №2168828, кл. Н02J 7/36, опубл. 10.06.2001, бюл. №16, аналог), заключающийся в управлении стабилизатором напряжения, зарядными и разрядными устройствами в зависимости от входного и выходного напряжений системы электропитания; контроле степени заряженности аккумуляторных батарей; запрете на работу соответствующего зарядного устройства при достижении максимального уровня заряженности данной аккумуляторной батареи и снятии этого запрета при снижении уровня заряженности; запрете на работу соответствующего разрядного устройства при достижении установленного минимального уровня заряженности данной аккумуляторной батареи и снятии этого запрета при повышении уровня заряженности данной аккумуляторной батареи; запрете работы всех разрядных устройств и прекращении управления разрядными устройствами при аварийном разряде аккумуляторных батарей в случае потери ориентации БФ на Солнце; снятии запрета работы всех разрядных устройств и возобновлении управления разрядными устройствами по сигналам об уровне заряженности при заряде аккумуляторных батарей до некоторого значения емкости.A known method of controlling an autonomous power supply system of the spacecraft (RF Patent for the invention No. 2168828, class Н02J 7/36, publ. 06/10/2001, bull. No. 16, analogue), which consists in controlling a voltage regulator, charging and discharge devices, depending on the input and the output voltage of the power system; control the degree of charge of the batteries; a ban on the operation of the corresponding charger when the maximum charge level of the battery is reached and this ban is lifted when the charge level is reduced; a ban on the operation of the corresponding discharge device when the specified minimum charge level of the battery is reached and this ban is lifted when the charge level of the battery is increased; the prohibition of the operation of all discharge devices and the cessation of control of discharge devices in the event of an emergency discharge of batteries in the event of a loss of orientation of the BF to the Sun; removal of the ban on the operation of all discharge devices and the resumption of control of discharge devices by signals about the level of charge when charging batteries to a certain value of capacity.

Данный способ позволяет сохранять работоспособность СЭП при нештатных или аварийных ситуациях на КА. Однако он не позволяет решить задачу максимального отбора мощности БФ при повышении мощности потребления нагрузки.This method allows you to maintain the efficiency of the EPA in case of emergency or emergency situations on the spacecraft. However, it does not allow to solve the problem of maximum power take-off of the BP with increasing power consumption of the load.

Известен способ управления автономной системой электропитания космического аппарата (патент РФ на изобретение №2467449, кл. Н02J 7/36, опубл. 20.11.2012, бюл. №32, прототип), содержащей солнечную батарею и n аккумуляторных батарей, стабилизатор напряжения, включенный между солнечной батареей и нагрузкой, и по n зарядных и разрядных устройств, заключающийся в том, что управляют стабилизатором напряжения, зарядными и разрядными устройствами в зависимости от входного и выходного напряжений системы электропитания; контролируют степень заряженности аккумуляторных батарей; вводят запрет на работу соответствующего зарядного устройства при достижении максимального уровня заряженности данной аккумуляторной батареи и снимают этот запрет при снижении уровня заряженности; вводят запрет на работу соответствующего разрядного устройства при достижении установленного минимального уровня заряженности данной аккумуляторной батареи и снимают этот запрет при повышении уровня заряженности данной аккумуляторной батареи; контролируют выходное напряжение системы электропитания с помощью порогового датчика; при аварийном разряде нескольких m(m≤n) аккумуляторных батарей до минимального уровня заряженности формируют управляющий сигнал в бортовой комплекс управления космического аппарата для отключения части бортовой аппаратуры и запоминают его; при аварийном разряде всех n работающих аккумуляторных батарей до минимального уровня заряженности снимают запрет на работу всех разрядных устройств; в случае, если после запоминания управляющего сигнала выходное напряжение системы снижается до заданного порогового значения, запрещают работу всех разрядных устройств и прекращают управление разрядными устройствами по сигналам об уровне заряженности; после восстановления ориентации батареи фотоэлектрической на Солнце производят питание оставшейся включенной части бортовой нагрузки от батареи фотоэлектрической через стабилизатор напряжения; сброс запоминания управляющего сигнала производят после заряда всех аккумуляторных батарей или по внешней разовой команде.A known method of controlling an autonomous power supply system of a spacecraft (RF patent for the invention No. 2467449, class Н02J 7/36, publ. 11/20/2012, bull. No. 32, prototype) containing a solar battery and n rechargeable batteries, a voltage regulator included between a solar battery and a load, and for n charging and discharging devices, consisting in controlling a voltage stabilizer, charging and discharging devices depending on the input and output voltages of the power supply system; control the degree of charge of the batteries; they prohibit the operation of the corresponding charger when the maximum charge level of this battery is reached and remove this ban when the charge level decreases; they prohibit the operation of the corresponding discharge device when the specified minimum charge level of this battery is reached and remove this ban when the charge level of this battery is increased; control the output voltage of the power system using a threshold sensor; in the event of an emergency discharge of several m (m≤n) batteries to the minimum charge level, a control signal is generated in the onboard control system of the spacecraft to disconnect part of the onboard equipment and remember it; in the event of an emergency discharge of all n working batteries to the minimum charge level, the ban on the operation of all discharge devices is lifted; if after storing the control signal the output voltage of the system decreases to a predetermined threshold value, the operation of all discharge devices is prohibited and the control of discharge devices by signals of charge level is stopped; after restoring the orientation of the photovoltaic battery to the Sun, the remaining included part of the onboard load is powered from the photovoltaic battery through a voltage regulator; resetting the memorization of the control signal is made after charging all the batteries or an external one-time command.

Этот способ также не позволяет соблюдать энергобаланс при необходимости повышения мощности потребления нагрузки.This method also does not allow to observe the energy balance when it is necessary to increase the power consumption of the load.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа управления автономной системой электропитания КА, позволяющего сдерживать процесс возникновения аварийной ситуации из-за нарушения энергобаланса путем создания и поддержания режима максимального отбора мощности БФ и парировать аварийную ситуацию в случае ее возникновения.The objective of the invention is to provide a method for controlling an autonomous spacecraft power supply system, which can inhibit the process of an emergency due to a violation of the energy balance by creating and maintaining the maximum power take-off of the BF and fending off the emergency in case of its occurrence.

Указанная задача решается тем, что в способе управления автономной системой электропитания космического аппарата (КА), содержащей фотоэлектрическую батарею (БФ) и n аккумуляторных батарей (АБ), стабилизатор напряжения, включенный между БФ и нагрузкой, и по n зарядных и разрядных устройств, заключающемся в управлении стабилизатором напряжения, зарядными и разрядными устройствами в зависимости от освещенности БФ, степени заряженности всех АБ, входного и выходного напряжения системы электропитания (СЭП); введении запрета на работу соответствующего зарядного устройства при достижении максимального уровня заряженности данной АБ и снятии этого запрета при снижении уровня заряженности данной АБ; введении запрета на работу соответствующего разрядного устройства при достижении установленного минимального уровня заряженности данной АБ и снятии этого запрета при повышении уровня заряженности данной АБ; формировании управляющего сигнала в бортовой комплекс управления КА для отключения части бортовой аппаратуры при аварийном разряде нескольких m(m≤n) АБ до минимального уровня заряженности, запрещении работы всех разрядных устройств, если выходное напряжение СЭП снижается до заданного порогового значения; произведении сброса запоминания управляющего сигнала по запрету всех разрядных устройств после заряда всех АБ до заданного уровня заряженности автоматически или по внешней разовой команде; панели БФ ориентируют при функционировании СЭП в режиме питания бортовой аппаратуры и заряда АБ на Солнце под углом 90°; величину номинального входного напряжения, соответствующего напряжению в рабочей точке вольт-амперной характеристики БФ. выбирают, исходя из величины ее номинальной мощности, необходимой для обеспечения в штатном режиме функционирования СЭП электроэнергией для питания бортовой аппаратуры и заряда всех АБ; напряжение в рабочей точке ВАХ БФ, отличное от номинального значения; устанавливают и поддерживают при необходимости с помощью экстремального регулятора мощности БФ; изменение напряжения в рабочей точке ВАХ БФ осуществляют дискретно по заранее заданным пороговым значениям входного напряжения, соответствующим различным уровням отбираемой от БФ мощности, при этом перевод от одного порогового значения входного напряжения на другое обеспечивают с наземного комплекса управления по разовым командам, а отбор требуемой для питания бортовой аппаратуры и заряда всех АБ мощности БФ во всем диапазоне изменения порогового значения входного напряжения производят за счет выбора оптимального соотношения между значением тока заряда АБ и количеством (n) АБ, используемых в СЭП КА, причем ток заряда (n-1) АБ при отключенной от заряда одной АБ выбирают равным или не превышающим максимального допустимого значения; электрические характеристики БФ и экстремального регулятора мощности проектируют с учетом выполнения необходимого и достаточного условияThis problem is solved by the fact that in the method of controlling an autonomous power supply system of a spacecraft (SC) containing a photoelectric battery (BF) and n rechargeable batteries (AB), a voltage stabilizer included between the BF and the load, and n charging and discharging devices, which in controlling the voltage stabilizer, charging and discharge devices, depending on the illumination of the BF, the degree of charge of all batteries, the input and output voltage of the power supply system (BOT); the introduction of a ban on the operation of the corresponding charger when the maximum charge level of this battery is reached and the ban is lifted when the charge level of this battery is reduced; the introduction of a ban on the operation of the corresponding discharge device when the specified minimum charge level of this battery is reached and the ban is lifted when the charge level of this battery is increased; the formation of a control signal in the onboard control system of the spacecraft to shut off part of the onboard equipment during an emergency discharge of several m (m≤n) batteries to the minimum charge level, prohibiting the operation of all discharge devices if the output voltage of the solar electronic device decreases to a predetermined threshold value; resetting the memorization of the control signal to prohibit all discharge devices after charging all batteries to a predetermined charge level automatically or by an external one-time command; BF panels are oriented during the operation of the solar cells in the power mode of the on-board equipment and the charge of the battery in the sun at an angle of 90 °; the value of the nominal input voltage corresponding to the voltage at the operating point of the current-voltage characteristic of the BF. choose, based on the value of its rated power, necessary to ensure in the normal mode of operation of the BOT with electricity to power the on-board equipment and the charge of all batteries; voltage at the operating point of the current-voltage characteristic of the BF, different from the nominal value; install and support, if necessary, using the extreme power regulator BF; the voltage at the operating point of the CVC of the BF is changed discretely according to predetermined threshold values of the input voltage corresponding to different levels of power taken from the BF, while transferring from one threshold value of the input voltage to another is provided from the ground control complex according to one-time commands, and the selection of the power required the on-board equipment and the charge of all AB power BF in the entire range of changes in the threshold value of the input voltage is produced by choosing the optimal ratio between the value of the charge current of the battery and the number (n) of batteries used in the SEC of the spacecraft, and the charge current (n-1) of the battery when one battery is disconnected from the charge is chosen equal to or not exceeding the maximum allowable value; electrical characteristics of the BF and the extreme power controller are designed taking into account the fulfillment of the necessary and sufficient conditions

U_вых.<U_вх.ном.<U_опт.,U _out. <U _in.nom. <U _opt. ,

где U_вых. - выходное напряжение СЭП;where u _out. - output voltage of the BOT;

U_вх.ном. - номинальное входное напряжение в рабочей точке ВАХ БФ при отключенном экстремальном регуляторе мощности БФ;U _in.nom. - rated input voltage at the operating point of the I – V characteristic of the BF with the BF extreme power regulator disabled;

U_опт. - входное напряжение, соответствующее максимальной (оптимальной) мощности БФ.U _opt. - input voltage corresponding to the maximum (optimal) power of the BF.

Пример функциональной схемы СЭП, в которой реализуется предлагаемый способ, приведен на фиг. 1, где обозначено:An example of the functional scheme of the SES in which the proposed method is implemented is shown in FIG. 1, where indicated:

1 - батарея фотоэлектрическая;1 - photoelectric battery;

2 - стабилизатор напряжения (СН) с ЭРМ БФ;2 - voltage stabilizer (SN) with a BF;

3₁…3_n - зарядные устройства (ЗУ);3 ₁ ... 3 _n - chargers (chargers);

4₁…4_n - разрядные устройства (РУ);4 ₁ ... 4 _n - bit devices (RU);

5₁…5_n - аккумуляторные батареи;5 ₁ ... 5 _n - storage batteries;

6₁…6_n - устройства контроля степени заряженности АБ (УКЗАБ);6 ₁ ... 6 _n - devices for monitoring the degree of charge of batteries (UKZAB);

ОС - вход обратной связи;OS - feedback input;

3 - вход запрета работы;3 - entry prohibition of work;

7 - бортовая аппаратура (нагрузка СЭП);7 - on-board equipment (batch load);

8 - датчик пороговый минимального напряжения;8 - threshold threshold voltage sensor;

9 - логический элемент m из n;9 - a logical element m of n;

10 - логический элемент И;10 - logical element And;

11, 12₁…12_n, 13₁…13_n, 14₁…14_n - R-S триггеры;11, 12 ₁ ... 12 _n , 13 ₁ ... 13 _n , 14 ₁ ... 14 _n - RS triggers;

15 - логический элемент И;15 - a logical element And;

16₁…16_n, 17₁…17_n - логические элементы ИЛИ.16 ₁ ... 16 _n , 17 ₁ ... 17 _n - logical elements OR.

Экстремальный регулятор мощности (ЭРМ) БФ 1 входит в состав стабилизатора напряжения 2 и отдельно на фиг. 1 не показан. В силу своего принципа работы ЭРМ по разовой команде может дискретно задавать пороговое входное напряжение, отличное от номинального входного напряжения, и стабильно поддерживать это напряжение при изменении потребления БА 7 за счет соответствующего изменения величины тока заряда АБ (5₁…5_n), сохраняя при этом значение тока БФ 1 постоянным. При недостаточном потреблении БА 7 вырабатываемой БФ 1 мощности ЭРМ автоматически перестает функционировать, а рабочая точка ВАХ БФ 1 автоматически переходит на ее спадающую часть (см. фиг. 2), где вырабатываемая мощность БФ 1 полностью расходуется на питание бортовой аппаратуры 7 и заряд тех АБ (5₁…5_n), которые находятся в это время в режиме заряда.Extreme power regulator (ERM) BF 1 is a part of voltage stabilizer 2 and separately in FIG. 1 is not shown. By virtue of its operating principle, a computer with a one-time command can discretely set a threshold input voltage different from the nominal input voltage, and stably maintain this voltage when changing the consumption of BA 7 due to a corresponding change in the value of the charge current of the battery (5 ₁ ... 5 _n ), while maintaining this value of the current BF 1 constant. In case of insufficient consumption of BA 7 of the generated BF 1 power, the ERM automatically ceases to function, and the operating point of the I – V characteristic of BF 1 automatically switches to its falling part (see Fig. 2), where the generated power of BF 1 is completely consumed by powering the onboard equipment 7 and the charge of those batteries (5 ₁ ... 5 _n ), which are at this time in charge mode.

На фиг. 2 показана типовая вольт-амперная характеристика (зависимость входного напряжения (U_БФ) от тока (I_БФ) БФ) батареи фотоэлектрической 1, используемой в СЭП КА. На ВАХ БФ 1 показаны следующие характерные точки: режим короткого замыкания БФ 1, когда напряжение БФ 1 равно нулю (точка а), напряжение БФ 1, равное выходному напряжению СЭП (точка б), рабочее напряжение БФ 1, соответствующее минимальной отбираемой СН 2 мощности БФ 1 (точка в), номинальное напряжение в рабочей точке БФ 1 (точка г), оптимальное (экстремальное) напряжение БФ 1, соответствующее ее максимальной мощности (точка д), напряжение БФ 1 на спадающей части ВАХ, соответствующее мощности БФ 1, равной номинальной мощности в рабочей точке ВАХ БФ 1 (точка е), напряжение БФ 1 на спадающей части ВАХ, соответствующее минимальной мощности потребления БА 7 (точка ж), режим холостого хода БФ 1 или напряжение БФ 1 при нулевом значении тока БФ 1 (точка и). Заштрихованные участки ВАХ соответствуют рабочим участкам, где происходит функционирование БФ 1 без применения экстремального регулятора мощности.In FIG. Figure 2 shows a typical current-voltage characteristic (dependence of the input voltage (U _BF ) on the current (I _BF ) BF) of the photoelectric battery 1 used in the SEC spacecraft. The following characteristic points are shown on the I – V characteristics of BF 1: short circuit mode of BF 1, when the voltage of BF 1 is zero (point a), the voltage of BF 1 is equal to the output voltage of the BOT (point b), the operating voltage of BF 1 is the minimum power taken by CH 2 BF 1 (point c), rated voltage at the operating point of BF 1 (point g), optimal (extreme) voltage of BF 1, corresponding to its maximum power (point e), voltage of BF 1 on the falling part of the current-voltage characteristic corresponding to power of BF 1 equal to rated power at the operating point of the CVC BF 1 (point and e) the voltage NBP 1-decreasing part IVC corresponding minimum power consumption BA 7 (point g), idling mode 1 or BF BF 1 voltage at zero current BF 1 (point i). The hatched sections of the I – V characteristic correspond to the working areas where the BF 1 operates without the use of an extreme power regulator.

На фиг. 3 показан график зависимости генерируемой мощности БФ 1 от ее напряжения. Данная зависимость имеет нулевое значение мощности БФ 1 в режимах короткого замыкания (точка а) и холостого хода (точка и), а также максимальное значение мощности БФ 1 (точка д). Заштрихованный участок данного графика соответствует участку, где происходит фактическое функционирование БФ 1 со включенным экстремальным регулятором мощности БФ 1.In FIG. 3 shows a graph of the dependence of the generated power of the BF 1 from its voltage. This dependence has a zero value of the power of BF 1 in the short circuit mode (point a) and idle (point i), as well as the maximum value of the power of BF 1 (point e). The shaded area of this graph corresponds to the area where the BF 1 actual functioning occurs with the BF 1 extreme power regulator turned on.

Способ управления автономной системой электропитания космического аппарата осуществляют следующим образом (см. фиг. 1). СЭП производится непрерывное управление стабилизатором напряжения с ЭРМ БФ 1, зарядными и разрядными устройствами, а также панелями солнечных батарей в зависимости от освещенности БФ 1, входного (напряжение БФ) и выходного напряжений СЭП. При этом зарядные устройства обеспечивают заряд АБ (5₁…5_n), а СН 2 и РУ (4₁…4_n) обеспечивают питание БА 7. Цепи непрерывного управления (обратной связи - ОС) ЗУ (3₁…3_n) подключены к шине БФ 1, а цепи непрерывного управления (ОС) СН 2 и РУ (4₁…4_n) подключены к выходной шине СЭП (на вход БА 7).The control method of the autonomous power supply system of the spacecraft is as follows (see Fig. 1). The BOT is continuously controlled by a voltage stabilizer with a BF-1 ERM, charging and discharging devices, as well as solar panels, depending on the BF-1 illumination, input (BF voltage) and the BOT output voltage. In this case, the chargers provide a charge for the battery (5 ₁ ... 5 _n ), and CH 2 and switchgear (4 ₁ ... 4 _n ) provide power to the BA 7. Continuous control circuits (feedback - OS) of the charger (3 ₁ ... 3 _n ) are connected to the bus BF 1, and the continuous control circuit (OS) CH 2 and RU (4 ₁ ... 4 _n ) are connected to the output bus SEP (input BA 7).

В зависимости от степени заряженности АБ производится запрет или разрешение работы ЗУ (3₁…3_n) и РУ (4₁…4_n). При достижении максимальной степени заряженности конкретной АБ (5₁…5n) сигнал с выхода "Запрет ЗУ" ее устройства контроля степени заряженности АБ (6₁…6n) на фиг. 1) АБ (5₁…5n) с помощью R-S триггера (12₁…12_n) запрещает работу ее ЗУ (3₁…3n). После разряда АБ до некоторого заданного уровня этот запрет снимают сигналом с выхода "Разрешение ЗУ" УКЗАБ.Depending on the state of charge of the battery, a prohibition or authorization of the memory (3 ₁ ... 3 _n ) and switchgear (4 ₁ ... 4 _n ) is carried out. Upon reaching the maximum degree of charge of a specific battery (5 ₁ ... 5n), the signal from the "Prohibition of charge" output of its device for monitoring the degree of charge of a battery (6 ₁ ... 6n) in FIG. 1) AB (5 ₁ ... 5n) using the RS trigger (12 ₁ ... 12 _n ) prohibits the operation of its memory (3 ₁ ... 3n). After discharging the battery to a predetermined level, this prohibition is removed by a signal from the output "Permission of the memory" UKZAB.

При достижении минимального уровня заряженности конкретной АБ (5₁…5n) сигнал с выхода "Запрет РУ" ее УКЗАБ (6₁…6n), проходя через R-S триггер (14₁…14_n) и логический элемент ИЛИ (17₁…17_n), поступает на вход запрета работы соответствующего РУ (4₁…4n). Эта АБ (5₁…5n) переводится в режим хранения. После заряда данной АБ (5₁5_n) до некоторого заданного уровня этот запрет снимают сигналом с выхода "Разрешение РУ" УКЗАБ (6₁…6n) (логические элементы ИЛИ (16₁…16_n), R-S триггеры (14₁…14_n), логические элементы ИЛИ 17₁…17_n).Upon reaching the minimum charge level of a specific battery (5 ₁ ... 5n), the signal from the "Prohibition RU" output is its UKZAB (6 ₁ ... 6n), passing through the RS trigger (14 ₁ ... 14 _n ) and the OR gate (17 ₁ ... 17 _n ), is input to the prohibition of the operation of the corresponding switchgear (4 ₁ ... 4n). This battery (5 ₁ ... 5n) is put into storage mode. After charging this battery (5 ₁ 5 _n ) to a predetermined level, this prohibition is removed by a signal from the output "Permission RU" UKZAB (6 ₁ ... 6n) (logical elements OR (16 ₁ ... 16 _n ), RS triggers (14 ₁ ... 14 _n ), logical elements OR 17 ₁ ... 17 _n ).

В случае нештатной ориентации солнечных батарей КА на Солнце происходит нарушение энергобаланса в СЭП. Сигналы с выходов "Запрет РУ" всех УКЗБ (6₁…6_n) поступают на входы логических элементов 9 (m из n) и 10 (логический элемент И).In the case of abnormal orientation of the solar cells of the spacecraft on the sun, a violation of the energy balance in the solar cells occurs. The signals from the outputs "Prohibition RU" of all UKZB (6 ₁ ... 6 _n ) are fed to the inputs of logic elements 9 (m of n) and 10 (logical element And).

При аварийном разряде нескольких m(m≤n) аккумуляторных батарей до минимального уровня заряженности на выходе логического элемента 9 формируется управляющий сигнал аварийной нагрузки («АН»), который выдается в бортовой комплекс управления для отключения части БА 7. Этот сигнал запоминается на R-S триггере 11. Запоминание снимается по внешней разовой команде (РК). При отключении бортовым комплексом управления части БА 7 снижается скорость расходования энергии АБ (5₁…5_n). Остается подключенной часть бортовой аппаратуры 7 - приборы систем терморегулирования, телеметрии и других необходимых систем. Эти приборы обеспечивают температурные режимы и контроль параметров БА 7. Появляется возможность более длительное время питать нагрузку и продолжать работы по выводу КА из нештатной ситуации. Таким образом, обеспечивается возможность использования средств бортового комплекса управления для адаптивного изменения схемы питания БА 7 в зависимости от текущего состояния энергетических возможностей СЭП.In the event of an emergency discharge of several m (m≤n) batteries to the minimum charge level, an emergency load control signal (“AN”) is generated at the output of logic element 9, which is issued to the on-board control system to disable part of the BA 7. This signal is stored on the RS trigger 11. Memorization is removed by an external one-time command (RK). When the onboard control system shuts off part of the BA 7, the energy consumption rate of the battery decreases (5 ₁ ... 5 _n ). A part of the on-board equipment 7 remains connected - devices of thermal control systems, telemetry and other necessary systems. These devices provide temperature conditions and control of BA parameters 7. There is an opportunity for a longer time to power the load and continue work on the spacecraft recovery from an emergency. Thus, it is possible to use the onboard control system to adaptively change the power supply circuit of the BA 7, depending on the current state of the energy capabilities of the solar cells.

При аварийном разряде всех n работающих АБ (5₁…5_n) до минимального уровня заряженности на выходе логического элемента 10 появляется сигнал, который, проходя через логические элементы ИЛИ (16₁…16_n), R-S триггеры (14₁…14_n), логические элементы ИЛИ (17₁…17_n), снимает запрет на работу всех разрядных устройств. Далее, если аварийная ситуация продолжается, происходит синхронный разряд на оставшуюся часть нагрузки всех АБ (5₁…5_n). Имеющаяся емкость АБ используется полностью.In the event of an emergency discharge of all n operating batteries (5 ₁ ... 5 _n ) to the minimum charge level, a signal appears at the output of logic element 10, which, passing through the logical elements OR (16 ₁ ... 16 _n ), RS triggers (14 ₁ ... 14 _n ) , logical elements OR (17 ₁ ... 17 _n ), removes the ban on the operation of all bit devices. Further, if the emergency continues, a synchronous discharge occurs on the remainder of the load of all the batteries (5 ₁ ... 5 _n ). The available battery capacity is fully utilized.

При дальнейшем аварийном разряде выходное напряжение системы снижается до заданного порогового значения, срабатывает датчик пороговый минимального напряжения 8, а поскольку этому предшествовало запоминание управляющего сигнала «АН» на R-S триггере 11, то его сигнал, пройдя через логический элемент И 15 и R-S триггеры (13₁…13_n) и логические элементы ИЛИ (17₁…17), запрещает работу всех разрядных устройств и логическим уровнем на входах элементов ИЛИ (17₁…17_n) блокирует прохождение управляющих сигналов, разрешающих работу разрядным устройствам по сигналам об уровне заряженности от УКЗАБ (6₁…6_n). Запоминание управляющего сигнала «АН» обеспечивает защиту от обесточивания БА 7 при ложном срабатывании датчика порогового минимального напряжения 8, или при его срабатывании в случае перегрузки по выходным шинам СЭП, не связанной с нарушением ориентации БФ 1 и аварийным разрядом АБ (5₁…5_n).With a further emergency discharge, the output voltage of the system decreases to a predetermined threshold value, the threshold voltage threshold sensor 8 is triggered, and since this was preceded by storing the control signal “AN” on the RS trigger 11, its signal passed through the logic element And 15 and RS triggers (13 ₁ ... 13 _n ) and logical elements OR (17 ₁ ... 17), prohibits the operation of all bit devices and the logic level at the inputs of OR elements (17 ₁ ... 17 _n ) blocks the passage of control signals that allow the work of bit devices in signals about the level of charge from UKZAB (6 ₁ ... 6 _n ). Memorization of the control signal “AN” provides protection against power failure of BA 7 in case of a false triggering of the threshold minimum voltage sensor 8, or when it is triggered in case of overload on the output buses of the BOT, not associated with a violation of the orientation of BF 1 and emergency discharge of the battery (5 ₁ ... 5 _n )

После восстановления ориентации БФ 1 на Солнце производят питание оставшейся включенной части БА 7 от БФ 1 через стабилизатор напряжения 2. Напряжение на выходе СЭП, обеспечиваемое СН 2, определяется соотношением мощности БА 7, подключенной к выходным шинам СЭП, и мощности, генерируемой БФ 1 и определяемой степенью ее освещенности. Напряжение БФ 1 и, следовательно, напряжение БА 7 может произвольно меняться в течение неопределенного времени, до полного восстановления ориентации, в пределах от 0 до номинального значения. Включенные приборы, естественно, при этом должны сохранять свою работоспособность. Избыток мощности БФ 1 идет на заряд АБ (5₁…5_n).After restoring the orientation of BF 1 to the Sun, the remaining included part of BA 7 is supplied from BF 1 through a voltage regulator 2. The voltage at the output of the SEP provided by SN 2 is determined by the ratio of the power of BA 7 connected to the output buses of the SEP and the power generated by BF 1 and determined by the degree of its illumination. The voltage of the BF 1 and, therefore, the voltage of the BA 7 can arbitrarily change for an indefinite time, until the orientation is fully restored, ranging from 0 to the nominal value. Included devices, naturally, at the same time must maintain their operability. Excess power BF 1 goes to charge the battery (5 ₁ ... 5 _n ).

Поскольку цепи непрерывного управления (обратной связи - ОС) ЗУ подключены к шине БФ 1, а цепи непрерывного управления (ОС) СН 2 подключены к выходной шине СЭП, в первую очередь будет обеспечиваться питание БА 7, то есть включенные приборы системы терморегулирования, систем телеметрии и других необходимых систем, которые обеспечат необходимые температурные режимы зарядных устройств и аккумуляторных батарей, а также контроль параметров. При нарушении ориентации БФ 1 на Солнце или уходе КА в тень питание всей БА 7 и заряд АБ (5₁…5_n) прекращается. Разряд АБ (5₁…5_n) не производится, так как сигнал «Запрет заряда» не снят.Since the continuous control circuits (feedback - OS) of the memory device are connected to the BF 1 bus, and the continuous control circuits (OS) of CH 2 are connected to the BOT output bus, the power supply of the BA 7 will be provided in the first place, that is, the included devices of the temperature control system, telemetry systems and other necessary systems that will provide the necessary temperature conditions for chargers and batteries, as well as parameter control. If the orientation of BF 1 to the Sun is disturbed or the spacecraft goes into shadow, the power of the entire BA 7 and the charge of the battery (5 ₁ ... 5 _n ) cease. The discharge of the battery (5 ₁ ... 5 _n ) is not performed, since the signal "Prohibition of charge" is not removed.

При заряде какой-либо из аккумуляторных батарей (5₁…5_n) до некоторого значения емкости сигнал с выхода УКЗАБ (6₁…6_n) «АБ заряжена», пройдя через R-S триггер (13₁…13_n) и логический элемент ИЛИ (17₁…17_n), снимает запрет на работу своего разрядного устройства и блокировку прохождение управляющих сигналов, разрешающих работу разрядным устройствам по сигналам об уровне заряженности от УКЗАБ (6₁…6_n). СЭП переходит в штатный режим работы после заряда всех АБ (5₁…5_n) или по РК.When charging any of the rechargeable batteries (5 ₁ ... 5 _n ) to a certain value of the capacitance, the signal from the output of UKZAB (6 ₁ ... 6 _n ) is "AB charged", passing through the RS trigger (13 ₁ ... 13 _n ) and the logic element OR (17 ₁ ... 17 _n ), removes the ban on the operation of its discharge device and blocks the passage of control signals that allow the discharge devices to work on signals about the level of charge from UKZAB (6 ₁ ... 6 _n ). BOT goes into normal operation after charging all the batteries (5 ₁ ... 5 _n ) or in the Republic of Kazakhstan.

Предлагаемый способ управления системой электропитания КА позволит максимально использовать запасенную емкость АБ (5₁…5_n) и обеспечить питание бортового комплекса управления для прекращения или сдерживания процесса развития аварийной ситуации, а также не допустить необратимого разряда АБ (5₁…5_n) в случае нарушения энергобаланса.The proposed method of controlling the AC power system allows maximum use of the stored capacitance AB (5 ₁ ... 5 _n) and to provide on-board control complex meals for termination or containment process emergency development and prevent irreversible AB discharge (5 ₁ ... 5 _n) in the case of violation of the energy balance.

Сдерживание процесса возникновения аварийной ситуации из-за нарушения энергобаланса при повышении потребления БА 7 достигают путем использования ЭРМ БФ 1 оригинальной конструкции, позволяющей управлять режимом функционирования БФ 1, устанавливая различные пороговые значения входного напряжения в рабочей точке БФ 1.The containment of the process of an emergency due to a violation of the energy balance with increasing consumption of BA 7 is achieved by using the BF 1 ERM of an original design that allows you to control the functioning of BF 1 by setting various threshold values of the input voltage at the operating point of BF 1.

Таким образом, используя экстремальный регулятор мощности БФ 1, устанавливают и поддерживают при необходимости напряжение в рабочей точке ВАХ БФ 1, отличное от номинального значения. Изменение напряжения в рабочей точке ВАХ БФ 1 осуществляют дискретно по заранее заданным пороговым значениям входного напряжения, при этом перевод от одного порогового значения входного напряжения на другое обеспечивают с наземного комплекса управления по разовым командам, Диапазон изменения напряжения порогового значения входного напряжения, отличное от номинальной величины напряжения в рабочей точке, соответствует диапазону изменения напряжения ВАХ от точки г до точки д (фиг. 2).Thus, using the BF 1 extreme power regulator, the voltage at the operating point of the CVC of BF 1, which is different from the nominal value, is set and maintained, if necessary. Changing the voltage at the operating point of the I – V characteristic of BF 1 is carried out discretely according to predetermined threshold values of the input voltage, while transferring from one threshold value of the input voltage to another is provided from the ground control complex according to one-time commands. The voltage variation range of the threshold value of the input voltage is different from the nominal value voltage at the operating point, corresponds to the range of variation of the voltage-voltage characteristic from point g to point d (Fig. 2).

Поскольку на световом участке орбиты КА батарею фотоэлектрическую 1 ориентируют на Солнце перпендикулярно (за исключением случаев, когда КА выполняет целевую задачу, например, дистанционное зондирование Земли), то при переходе на другое пороговое значение входного напряжения отбираемая БФ 1 мощность увеличивается (фиг. 3), так как при этом величина тока БФ 1 уменьшается незначительно, а напряжение БФ 1 увеличивается на 5-35%. При повышении потребления БА 7 поддержание заданного напряжения в другой рабочей точке БФ 1 осуществляют за счет принудительного уменьшения тока заряда всех АБ (5₁…5_n), таким образом, чтобы ток БФ 1 оставался неизменным. В случае неизменного потребления БА 7 поддержание заданного напряжения в другой рабочей точке БФ 1 осуществляют за счет соответствующего принудительного увеличения тока заряда всех АБ (5₁…5_n).Since the photovoltaic 1 battery is oriented perpendicularly to the Sun in the sun’s orbit portion of the spacecraft (except when the spacecraft performs the target, for example, remote sensing of the Earth), when switching to another threshold value of the input voltage, the power taken by BF 1 increases (Fig. 3) , since the current value of BF 1 decreases slightly, and the voltage of BF 1 increases by 5-35%. With an increase in BA 7 consumption, maintaining a given voltage at another operating point of BF 1 is carried out by forcibly reducing the charge current of all batteries (5 ₁ ... 5 _n ), so that the current of BF 1 remains unchanged. In case of constant consumption of BA 7, the maintenance of a given voltage at another operating point of BF 1 is carried out due to the corresponding forced increase in the charge current of all batteries (5 ₁ ... 5 _n ).

Для того чтобы осуществить полный отбор мощности, равной мощности БФ 1 в новой рабочей точке (между точками ВАХ БФ г и д), производят выбор оптимального соотношения между значением тока заряда АБ и количеством (n) АБ, используемых в СЭП КА. Ток заряда каждой АБ в случае функционирования всех АБ (5₁…5_n) в режиме заряда должен быть меньше максимального допустимого заряда на заданную величину. Это требование обеспечивают тем, что ток заряда каждой из (n-1) АБ при отключенной от заряда одной АБ выбирают равным или не превышающим максимального допустимого значения тока заряда. Электрические характеристики БФ 1 и ЭРМ проектируют с учетом выполнения необходимого и достаточного условияIn order to carry out a complete power take-off equal to the power of BF 1 at a new operating point (between the points of the I – V characteristics of the BF g and d), the optimal ratio is selected between the value of the charge current of the battery and the number (n) of batteries used in the SEC of the spacecraft. The charge current of each battery in the case of functioning of all batteries (5 ₁ ... 5 _n ) in the charge mode should be less than the maximum allowable charge by a predetermined amount. This requirement is ensured by the fact that the charge current of each of the (n-1) batteries when one battery is disconnected from the charge is chosen equal to or not exceeding the maximum permissible value of the charge current. The electrical characteristics of BF 1 and ERM are designed taking into account the fulfillment of the necessary and sufficient conditions

U_вых.<U_вх.ном.<U_опт.,U _out. <U _in.nom. <U _opt. ,

где U_вых. - выходное напряжение СЭП;where u _out. - output voltage of the BOT;

U_вх.ном. - номинальное входное напряжение в рабочей точке ВАХ при отключенном ЭРМ;U _in.nom. - rated input voltage at the operating point of the CVC with the computer shut off;

U_опт. - входное напряжение, соответствующее максимальной (оптимальной) мощности БФ 1.U _opt. - input voltage corresponding to the maximum (optimal) power of BF 1.

Выбор номинального входного напряжения в рабочей точке ВАХ выше выходного напряжения позволяет обеспечить устойчивую работу ЭРМ и СЭП в целом, поскольку при этом для стабилизации выходного напряжения используют только схему понижения входного напряжения.The choice of the nominal input voltage at the operating point of the I – V characteristic above the output voltage allows us to ensure stable operation of the computer and the BOT as a whole, since only the input voltage reduction circuit is used to stabilize the output voltage.

Диапазон изменения порогового значения выходного напряжения выбирается из условия, чтобы фактическое значение тока заряда (n-1) АБ при номинальном входном напряжении в рабочей точке ВАХ, т.е. при отключенном ЭРМ, стало приблизительно равным или меньше его максимального допустимого значения. При этом, чем выше максимальное допустимое значение тока заряда АБ (5₁…5_n) и больше количество АБ, тем шире диапазон изменения входного напряжения для штатного функционирования ЭРМ БФ 1. Однако количество АБ (5₁…5) и максимальное допустимое значение тока заряда должны удовлетворять и другим техническим требованиям. Так, чем больше максимальное значение токов заряда и разряда, тем меньше требуемое количество АБ, но при прочих равных условиях больше масса каждой АБ.The range of variation of the threshold value of the output voltage is selected from the condition that the actual value of the charge current (n-1) AB at the rated input voltage at the operating point of the current-voltage characteristic, i.e. when the computer was switched off, it became approximately equal to or less than its maximum permissible value. Moreover, the higher the maximum permissible value of the charge current of the battery (5 ₁ ... 5 _n ) and the larger the number of batteries, the wider the range of input voltage for the normal functioning of the computer BF 1. However, the number of batteries (5 ₁ ... 5) and the maximum allowable current charge should satisfy other technical requirements. So, the greater the maximum value of the charge and discharge currents, the smaller the required number of batteries, but ceteris paribus the greater the mass of each battery.

Выбор соответствующих параметров СЭП и использование ЭРМ БФ 1 оригинальной конструкции для изменения режима функционирования БФ 1 позволяют повышать отбираемую от БФ 1 мощность на 20÷30% по сравнению с мощностью БФ в номинальной рабочей точке ВАХ, что существенно повышает живучесть системы электропитания в частности и КА в целом, а также увеличить при необходимости производительность целевой аппаратуры, осуществить установку на КА на позднем этапе его проектирования дополнительной бортовой аппаратуры, сохраняя при этом необходимый энергобаланс. Кроме того, применение предлагаемого способа управления СЭП улучшает ее динамические характеристики.The choice of the appropriate BEP parameters and the use of the BF 1 ERM of the original design to change the BF 1 operation mode allow increasing the power taken from the BF 1 by 20 ÷ 30% compared to the BF power at the rated operating point of the I – V characteristic, which significantly increases the survivability of the power supply system in particular and the spacecraft in general, and also, if necessary, increase the performance of the target equipment, carry out the installation on the spacecraft at the late stage of its design of additional onboard equipment, while maintaining the necessary energy imbalance. In addition, the application of the proposed method for controlling the SES improves its dynamic characteristics.

Таким образом, применение предлагаемого способа управления автономной системой электропитания космического аппарата позволит сдерживать процесс возникновения и развития аварийной ситуации из-за нарушения энергобаланса, а в случае ее возникновения успешно парировать, сохраняя живучесть и работоспособность как СЭП в частности, так и КА в целом.Thus, the application of the proposed method for controlling the autonomous power supply system of the spacecraft will help to restrain the process of the emergence and development of an emergency due to a violation of the energy balance, and in the event of its occurrence, it can be successfully countered, while maintaining the survivability and operability of both the SEP in particular and the spacecraft as a whole.

Claims (1)

Способ управления автономной системой электропитания космического аппарата (КА), содержащей фотоэлектрическую батарею (БФ) и n аккумуляторных батарей (АБ), стабилизатор напряжения, включенный между БФ и нагрузкой, и по n зарядных и разрядных устройств, заключающийся в том, что управляют стабилизатором напряжения, зарядными и разрядными устройствами в зависимости от освещенности БФ, степени заряженности всех АБ, входного и выходного напряжения системы электропитания (СЭП); вводят запрет на работу соответствующего зарядного устройства при достижении максимального уровня заряженности данной АБ и снимают этот запрет при снижении уровня заряженности данной АБ; вводят запрет на работу соответствующего разрядного устройства при достижении установленного минимального уровня заряженности данной АБ и снимают этот запрет при повышении уровня заряженности данной АБ; формируют управляющий сигнал в бортовой комплекс управления КА для отключения части бортовой аппаратуры при аварийном разряде нескольких m(m≤n) АБ до минимального уровня заряженности; запрещают работу всех разрядных устройств, если выходное напряжение СЭП снижается до заданного порогового значения; производят сброс запоминания управляющего сигнала по запрету всех разрядных устройств после заряда всех АБ до заданного уровня заряженности автоматически или по внешней разовой команде, отличающийся тем, что панели БФ ориентируют при функционировании СЭП в режиме питания бортовой аппаратуры и заряда АБ на Солнце под углом 90°; величину номинального входного напряжения, соответствующего напряжению в рабочей точке вольт-амперной характеристики БФ, выбирают, исходя из величины ее номинальной мощности, необходимой для обеспечения в штатном режиме функционирования СЭП электроэнергией для питания бортовой аппаратуры и заряда всех АБ; напряжение в рабочей точке ВАХ БФ, отличное от номинального значения, устанавливают и поддерживают при необходимости с помощью экстремального регулятора мощности БФ, входящего в состав стабилизатора, а изменение напряжения в рабочей точке ВАХ БФ осуществляют дискретно по заранее заданным пороговым значениям входного напряжения, соответствующим различным уровням отбираемой от БФ мощности, при этом перевод от одного порогового значения входного напряжения на другое обеспечивают с наземного комплекса управления по разовым командам, а отбор требуемой для питания бортовой аппаратуры и заряда всех АБ мощности БФ во всем диапазоне изменения порогового значения входного напряжения производят за счет выбора оптимального соотношения между значением тока заряда АБ и количеством (n) АБ, используемых в СЭП КА, причем ток заряда каждой (n-1) АБ при отключенной от заряда одной АБ выбирают равным или не превышающим максимального допустимого значения; электрические характеристики БФ и экстремального регулятора мощности проектируют с учетом выполнения необходимого и достаточного условия
U_вых.<U_вх.ном.<U_опт.,
где U_вых. - выходное напряжение СЭП;
U_вх.ном. - номинальное входное напряжение в рабочей точке ВАХ при отключенном экстремальном регуляторе мощности БФ;
U_опт. - входное напряжение, соответствующее максимальной (оптимальной) мощности БФ. A method of controlling an autonomous power supply system of a spacecraft (SC) containing a photoelectric battery (BF) and n rechargeable batteries (AB), a voltage stabilizer included between the BF and the load, and n charging and discharging devices, which control the voltage stabilizer , charging and discharge devices, depending on the illumination of the BF, the degree of charge of all batteries, the input and output voltage of the power supply system (BOT); they prohibit the operation of the corresponding charger when the maximum charge level of the given battery is reached and remove this ban when the charge level of this battery is reduced; they prohibit the operation of the corresponding discharge device when the specified minimum charge level of this battery is reached and remove this ban when the charge level of this battery is increased; forming a control signal in the onboard control system of the spacecraft to shut off part of the onboard equipment during an emergency discharge of several m (m≤n) batteries to the minimum charge level; prohibit the operation of all discharge devices if the output voltage of the BOT is reduced to a predetermined threshold value; resetting the memorization of the control signal to prohibit all discharge devices after charging all the batteries to a predetermined charge level automatically or by an external one-time command, characterized in that the BF panels orient when operating the solar cells in the power supply mode of the onboard equipment and the battery charge on the Sun at an angle of 90 °; the value of the nominal input voltage corresponding to the voltage at the operating point of the volt-ampere characteristic of the BF is selected based on the value of its rated power necessary to provide electric power in the normal mode of operation of the solar cell to power the on-board equipment and charge all the batteries; the voltage at the operating point of the I – V characteristic of the BF, other than the nominal value, is established and maintained, if necessary, using the extreme power regulator of the BF included in the stabilizer, and the voltage at the operating point of the I – V characteristic of the BF is discrete according to predetermined threshold values of the input voltage corresponding to different levels power taken from the BF, while the transfer from one threshold value of the input voltage to another is provided from the ground control complex according to one-time commands, and about the required power supply for the on-board equipment and the charge of all the batteries of the BF power in the entire range of the threshold value of the input voltage is selected by selecting the optimal ratio between the value of the charge current of the battery and the number (n) of batteries used in the SEC of the spacecraft, and the charge current of each (n- 1) the battery when one battery is disconnected from the charge is chosen equal to or not exceeding the maximum permissible value; electrical characteristics of the BF and the extreme power controller are designed taking into account the fulfillment of the necessary and sufficient conditions
U _out. <U _in.nom. <U _opt. ,
where u _out. - output voltage of the BOT;
U _in.nom. - rated input voltage at the operating point of the CVC with the extremal power regulator BF turned off;
U _opt. - input voltage corresponding to the maximum (optimal) power of the BF.

Images