Частота электропитания космического корабля

Я знаю, что самолеты иногда используют систему переменного тока с частотой 400 Гц для экономии веса на трансформаторах, поэтому я предполагаю, что космический корабль может использовать подобную технику. Мне интересно, может ли кто-нибудь в аэрокосмической области подтвердить работу в диапазоне 400 Гц или выше в космосе.

Ситуация с Voyeager является более сложной, чем то, что было сказано в другом ответе выше. Вот подробности от НАСА :

Питание от радиоизотопных термоэлектрических генераторов поддерживается постоянным напряжением 30 В постоянного тока с помощью шунтирующего регулятора. 30 вольт поступают непосредственно на некоторое оборудование космического корабля и переключаются на другие в узле распределения энергии. На главный инвертор также подается напряжение 30 В постоянного тока для преобразования в переменный ток 2,4 кГц, используемый большинством подсистем космических аппаратов. Опять же, мощность переменного тока может подаваться непосредственно к оборудованию или может включаться или выключаться с помощью реле мощности.

В число потребителей энергии постоянного тока, помимо инвертора, входят радиоподсистема, гироскопы, силовые изолирующие клапаны, некоторые научные приборы, большинство нагревателей для контроля температуры и двигатели, на которых установлены планетарные радиоастрономические антенны. Другие элементы космического корабля используют мощность переменного тока.

Есть два идентичных инвертора 2,4 кГц - основной и резервный. Главный инвертор включен с момента запуска и остается включенным в течение всей миссии. В случае неисправности или сбоя в главном преобразователе цепь питания после 1,5-секундной задержки автоматически переключается на резервный преобразователь. Как только переключение выполнено, оно необратимо.

Синхронизирующий и синхронизирующий сигнал 4,8 кГц от подсистемы полетных данных используется в качестве эталона частоты в преобразователе. Частота делится на два, а выход составляет 2,4 кГц. Регулирование переменного тока с точностью до 0,004 процента. Временной сигнал 4,8 кГц, в свою очередь, отправляется в компьютерную командную подсистему, которая содержит главные часы космического корабля.

Таким образом, они использовали два параллельных метода распределения мощности (постоянного и переменного тока).

РЕДАКТИРОВАТЬ: И, да, переменный ток был 50 В RMS. Нашел диаграмму в более поздней конференции НАСА :

После этой конференции Viking стал еще более сложным, имея дополнительные инверторы переменного тока 400 Гц. Также упоминается о том, что Galileo имеет ту же конфигурацию избыточного инвертора, что и Voyager (но никаких других подробностей, вероятно, потому что это было только на стадии проектирования).

Из конструкторского документа GE Voyager кажется, что Voyager изначально был схож с Viking, имея шины 400 Гц, но был пересмотрен для использования только 2,4 кГц переменного тока в последней итерации. Причина использования оборудования с частотой 400 Гц очевидна, то есть совместное использование частей с авиационным оборудованием. Я предполагаю, что оборудование с частотой 2,4 кГц было довольно легко получено из первого (так как частота кратна), но я еще не нашел обоснования для частоты переменного тока 2,4 кГц, которая явно указана где-либо еще.

Вот подробности о Viking , подтверждающие использование около 400 Гц силовых шин:

VO имел однофазные 2,4 кГц, трехфазные 400 Гц, регулируемые источники постоянного тока (30 В и 56 В) и нерегулируемые источники постоянного тока (от 25 В до 50 В). Нерегулируемая мощность постоянного тока была также предоставлена ​​для VLC. Массивы фотоэлектрических элементов, расположенных на четырех складывающихся солнечных панелях с двумя секциями, обеспечивали первичное питание для всех операций Sunoriented. Две идентичные никель-кадмиевые батареи использовались в качестве вторичного источника энергии для операций вне Солнца и для распределения нагрузки, когда потребность в энергии превышала возможности солнечной батареи. Функции резервирования и распределения электроэнергии обеспечивались двумя зарядными устройствами, двумя бустерными регуляторами, двумя инверторами на 2,4 кГц, двумя трехфазными инверторами на 400 Гц, двумя преобразователями на 30 В постоянного тока и соответствующими функциями логики, управления и коммутации источника питания. (См. Упрощенную блок-схему на рис. 6.) Аппаратное обеспечение, Режимы работы и производительность подробно описаны в разделе «Подсистема питания». Нерегулируемая (необработанная) силовая шина VO питалась от солнечных батарей и батарей. Эти два источника энергии сформировали динамическую систему, характеризующуюся тремя стабильными режимами работы в полете и четвертым кратковременным режимом работы следующим образом: [он продолжается в течение нескольких страниц, поэтому я остановился на режимах]

Из таблицы V на с. 21 в NASA-HDBK-4001 (1998) Galileo и Magellan (оба 1989) были последними проектами NASA, которые использовали переменный ток 2,4 кГц; отсюда я делаю вывод, что 2,4 кГц были стандартом НАСА в течение трех десятилетий; первое упомянутое здесь упоминание о Mariner-2 (1962). Однако после 1990 года Хаббл, наблюдатель за Марсом 1992 года, Кассини и другие использовали только DC.

Чтобы исследовать использование переменного тока 400 Гц, стоит взглянуть на отчет Mariner V :

Бустерный регулятор был разработан для работы с колебаниями входного напряжения от 25 до 50 В. Подсистема питания включала два бустерных регулятора: (1) бустерный стабилизатор маневра для питания однофазного инвертора 2,4 кГц и трехфазного тока 400 Гц инвертор для управления ориентацией и гироскопа во время маневров космического корабля, и (2) главный бустерный регулятор, который приводил в действие однофазный инвертор 2,4 кГц, который подавал энергию на все космические корабли и научные приборы на протяжении всей миссии.

Таким образом, кажется, что (трехфазные) 400 Гц имели некоторое, но относительно ограниченное использование в корабле НАСА: в основном для гироскопов и управления ориентацией, в то время как они также использовали однофазную переменную мощность 2,4 кГц для многих других подсистем. Я не могу найти упоминания об оборудовании 400 Гц в документации Galileo / Magellan (которая, к сожалению, довольно распространена). Таким образом, кажется, что оборудование переменного тока с частотой 400 Гц, будучи более нишевым, сначала было ликвидировано, вероятно, примерно во времена Voyager.

Я построил полезные данные для дюжины суборбитальных снимков и одного спутника. Кондиционер никогда не использовался. Поскольку наши миссии не были действительно длительными межпланетными рейсами, мы использовали имеющиеся в продаже преобразователи постоянного тока в постоянный, созданные в соответствии с аэрокосмическими стандартами. Я полагаю, что спутник продолжает функционировать примерно через 6-7 лет. Частоты преобразователя были, я полагаю, около 550 кГц.

Что НАСА делает для своих миссий, я не знаю, хотя я ожидаю, что они катятся самостоятельно.

Большинство космических аппаратов используют системы распределения питания постоянного тока с высокоэффективными преобразователями постоянного тока в постоянный. Это связано с тем, что все источники энергии на космическом корабле - это источники постоянного тока - солнечные батареи, аккумуляторы, топливные элементы, RTG и т. Д. В самолетах используются генераторы, подключенные к двигателям для питания, поэтому использование переменного тока является простым. На космическом корабле, поскольку он всегда начинается с DC, нет смысла преобразовывать его в AC для распределения, чтобы потом преобразовать его в DC. (Что ж, импульсные источники питания преобразовывают его в переменный ток и обратно, но он не распределяется как переменный ток). Подобно обычным импульсным источникам питания в компьютерах и другой бытовой электронике, преобразователи постоянного тока в постоянный на космическом корабле будут работать на высоких частотах (кГц или МГц) для экономии места. Однако в какой-то момент существует компромисс с потерями на переключение.

Пробники Voyager имели источник питания с частотой 50 В и частотой 2,4 кГц, что требовало отфильтровывать радиоданные на частотах 2,4 кГц и 7,2 кГц (следующий наиболее значимый обертон в прямоугольной волне). источник