Состав КА. Основные системы КА. Используемые материалы

3 (Б.2 п.1) Состав КА. Основные системы КА. Используемые материалы.

Электроракетная двигательная установка (ЭРДУ) — комплекс бортовых систем космического аппарата (КА), включающий: собственно двигательную установку (ДУ), состоящую из двигательных блоков (ДБ), системы электроснабжения (СЭС), системы хранения и подачи рабочего тела (СХиП), системы автоматического управления (САУ).

Двигательная установка

Состоит из ДБ, каждый из которых имеет один или несколько ЭРД (как правило, по одному основному и резервному ЭРД в блоке).

По функциональности ДБ разделяются на маршевые двигатели и двигатели ориентации. При этом они могут быть одинаковыми, а также одни и те же двигатели могут в зависимости от программы полёта быть как маршевыми, так и двигателями ориентации.

ДБ может быть неподвижен относительно конструкции КА или может быть установлен на поворотном шарнире.

Система электроснабжения

СЭС КА представляет собой взаимосвязанный комплекс электрофизической, электрохимической и электронной аппаратуры, сопряженной как конструктивно, так и функционально между собой и с бортовым аппаратурным комплексом КА (БАК).

СЭС в своем составе, как правило, содержит

- фотоэлектрическую батарею (БФ) – первичный источник электроэнергии,

- батарею химических аккумуляторов (БХ) – накопитель электроэнергии

- сервисную электронную аппаратуру управления, регулирования, диагностики и сопряжения (АУРК), обеспечивающую совместную работу БФ и БХ на нагрузку и взаимодействие СЭС с БАК КА,

- комплект кабелей, электрически увязывающий все составные связи системы.

Функционально СЭС может быть представлена в виде двух подсистем: подсистемы генерирования (ПГ) и подсистемы накопления (ПН) электроэнергии.

Подсистема генерирования является основополагающим элементом СЭС и предназначена для выработки электроэнергии на освещенных участках орбиты и поддержания напряжения на нагрузке в заданных пределах, а также для обеспечения энергобаланса в системе «СЭС – бортовой энергопотребляющий комплекс КА».

Подсистема накопления (или модуль накопления) является необходимым звеном автономных систем, использующих в качестве первичного источника электроэнергии БФ, и предназначена для выработки электроэнергии на теневых участках орбиты КА и в случаях, когда потребности нагрузки превышают возможности БФ.

Система хранения и подачи рабочего тела

В СХиП входят: баки для хранения РТ, система подачи РТ (трубопроводы, клапаны).

РТ может быть храниться в любом агрегатном состоянии, в зависимости от того, какое РТ наиболее подходит для данного ЭРД. Газообразное РТ хранится в баках высокого давления (от 120 атм и выше) и подаётся к двигателям через редуктор, снижающий давление до рабочего. Жидкое РТ хранится в баках низкого давления, откуда либо вытесняется газом наддува из системы высокого давления, либо вытягивается капиллярами. Твёрдое РТ перед использованием переводится в жидкое или газообразное состояние (исключение составляют импульсные плазменные двигатели (ИПД), в которых твёрдое РТ находится непосредственно в ускорительном канале).

Система автоматического управления

САУ занимается управлением и контролем состояния бортовых систем, осуществляя распределение энергии, включение и выключение двигателей, парируя возникающие нештатные ситуации. Учитывая, что САС КА может существенно превышать ресурс двигателя, САУ должна планировать переключение основных двигателей на резервные по мере выработки ресурса.

Материалы

В условиях космического пространства в качестве смазочных материалов применяются тонкопленочные покрытия и мягкие, сыпучие или порошкообразные материалы, которые могут применятся как самостоятельно, так и совместно с металлическими покрытиями. Фторопласты: Т=(-150…200) С, r = 10^4 час., являются прекрасными смазочными материалами в конструкции КЛА и ЭРДУ.

Рамы для БФ – металлические сплавы (АМг6, Д16Т, ВТ3 и др.), композиционные материалы. В качестве несущего основания используют сотопласт.

Алюминий – легкий металл, имеет высокую коррозионную стойкость, обладает малой прочностью и твердостью, но большой пластичностью.

Сплавы Al с магнием (АЛ8) обладают высокой прочностью и пластичностью. Сплавы Al с медью (АЛ7 и АЛ12)после термической обработки приобретают высокую прочность и т.д. см. в книге «СБ автоматических КА» (А-4го формата) с.163

Анод СПД – легированная сталь 9Х18Н10Т, обладающая высокой жаростойкостью и высоким порогом хладоломкости, а также низким давлением насыщенных паров, что обеспечивает низкую скорость испарения материала в вакуум. Из этого материала также изготавливаются газопроводные трубки и все крепежные элементы, т.к. он обладает низкой магнитной проницаемостью и изготовленные из него элементы конструкции не искажают конфигурацию магнитного поля.

Элементы магнитопровода выполняют из магнитомягких материалов, характерными признаками которых являются ысокая магнитная проницаемость, низкая коэрцитивная сила, небольшие потери на перемагничивание и узкая петля гистерезиса. Обычно это ферромагнетики (переходные металлы – железо, кобальт, никель)

Материалами сеток ИОС ПИДа могут служить титан, Al, молибден, т.к. они обладают хорошей теплопроводностью, что уменьшает температурную деформацию; малым коэффициентом катодного распыления, что увеличивает ресурс ИОС; max работой выхода в присутствии паров конкретного рабочего тела, что уменьшает вероятность высоковольтного пробоя% хорошей технологичностью.

29. (Б.2 п.2) Структурные схемы ЭУ, схемы декомпозиции ЭУ и ее отдельных частей, структуры функциональных связей ЭУ и ее частей (на примере солнечной  автономной ЭУ)

Структурная схема представлена на рис.1. Основными агрегатами СЭС, построенной по параллельной схеме, являются: солнечная батарея (БФ), Химическая батарея (БХ), бортовая аппаратура регулирования и контроля (АРК). Бортовая аппаратура (БА) и системы терморегулирования (СТР) являются нагрузкой для СЭС.