Конструкція та розрахунок на міцність плазмово-іонної двигунної установки та системи енергопостачання, страница 2

ЭРД открывают новое перспективное направление в космическом двигателестроении. Они отличаются от существующих космических двигателей, работающих на химических топливах, более высокой экономичностью, но одновременно значительно меньшей тяговооруженностью. В ЭРД используется принцип ускорения заряженных частиц электростатическим и электромагнитным полем, на создание которого расходуется электрическая энергия. Удельные массы современных космических энергоустановок достаточно велики, поэтому отношение силы тяги к массе космического корабля оказывается невысоким. Вместе с тем разделение источников энергии и рабочего вещества в ЭРД и использование электромагнитного ускорения позволяют значительно (на один – два порядка) увеличить удельный импульс, а соответственно и экономичность ЭРД по сравнению с химическими реактивными двигателями. Это предопределяет области применимости ЭРДУ для космических летательных аппаратов с большими временами активного функционирования (5–10 лет).

Идея использования электрических сил для ускорения рабочего вещества, обладающего зарядом, впервые была высказана К.Э. Циолковским в 1911 году. Первые опытные исследования были проведены в СССР в 1929-1931 годах, академиком В.П. Глушко. Интенсивные разработки по ЭРД начались к концу 1950-х годов, что связанно со значительными успехами в освоении космического пространства и развитием физики плазмы.

В данном проекте приводится расчет плазменно-ионной двигательной установки, которая используется  для ориентации и системы энергоснабжения спутника, предназначенного для дистанционного зондирования поверхности Земли.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Спроектировать электроракетную двигательную установку на основе ПИДа с тягой  Н и удельным импульсом  м/с, предназначенную для ориентации искусственного спутника, предназначенного для исследования поверхности Земли, вокруг трех осей.

Разработать систему энергоснабжения на основе батареи фотоэлектрической и батареи химической.

Мощность батареи фотоэлектрической  Вт.

Время существования спутника  года или с.

Время работы двигательной установки  с.

1. СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КА

Структурная схема энергосистемы приведена на чертеже ХАИ.440.06.ДУ.11.С1.01.00. Она состоит из двух панелей, одной БХ, прибора автоматики, регулирования и контроля (ПАРК) и преобразователя сетки номиналов (ПССН).

Регулирование выходной мощности БФ для поддержания заданного напряжения на главных шинах СЭС осуществляется регулятором мощности БФ (РМГ), в основу которого положен дискретный метод управления количеством секций БФ, работающих на главные шины СЭС, путем их поочередного отключения (включения) дискретными регуляторами в зависимости от состояния заряженности БХ и величины напряжения на главных шинах СЭС.

Совместную работу БФ и БХ обеспечивает ПАРК, который функционально состоит из регулятора РМГ, содержащего дискретные регуляторы(ДР) по числу секций БФ, устройства коммутации, контроля и управления (УРК), датчиков измерения и формирования телеметрических параметров СЭС, устройства обмена командами и сигналами (УОК) с цифровым вычислительным комплексом спутника.

Требуемую на выходе СЭС сетку номиналов напряжения обеспечивает ПССН, подключенный к главной шине СЭС. Он сопрягает напряжения СЭС с напряжением нагрузки по нескольким группам выходов.

Сборочный чертеж крыла фотоэлектрической батареи приведен на чертеже ХАИ.440.06.ДУ.11.СБ.01.00  .

Крыло БФ состоит из двух одинаковых панелей. Панель состоит из сотового заполнителя, который с двух сторон крепится на стеклопластиковую подложку. Сверху на полученную плиту посажены на клей фотоэлементы, соединенные предварительно в секции. По контуру панели находится пластиковая рама, которая удерживает сотовый заполнитель и всю конструкцию в целом.

Метод раскрытия солнечной батареи основан на потенциальной энергии упругой деформации пружины. Механизм раскрытия расположен по центру большей стороны панели, состоит из двух пружин, одна из которых с большей длиной, служащая для раскрытия батареи, и вторая, с меньшей, для гашения потенциальной энергии первой пружины, т.е она смягчает раскрытие.