Częstotliwość zasilania statku kosmicznego

Wiem, że samoloty czasami stosują system prądu przemiennego 400 Hz, aby zaoszczędzić na transformatorach, więc wyobrażam sobie, że statek kosmiczny może zastosować podobną technikę. Zastanawiam się, czy ktoś w dziedzinie lotnictwa może potwierdzić działanie w kosmosie częstotliwości 400 Hz lub wyższej.

Sytuacja w Voyeager jest bardziej złożona niż to, co powiedziano w innej odpowiedzi powyżej. Oto szczegóły z NASA :

Energia z radioizotopowych generatorów termoelektrycznych jest utrzymywana na stałym 30 woltach prądu stałego przez regulator bocznikowy. 30 woltów jest dostarczane bezpośrednio do niektórych urządzeń statków kosmicznych i są przełączane na inne w podzespole rozdziału mocy. Główny falownik zasilany jest również prądem stałym o napięciu 30 woltów w celu konwersji na prąd przemienny o częstotliwości 2,4 kHz, wykorzystywany przez większość podsystemów statków kosmicznych. Ponownie, prąd przemienny może być dostarczany bezpośrednio do urządzenia lub może być włączany lub wyłączany przez przekaźniki mocy.

Wśród użytkowników prądu stałego oprócz falownika znajdują się podsystem radiowy, żyroskopy, zawory izolacyjne napędu, niektóre przyrządy naukowe, większość grzejników do kontroli temperatury oraz silniki, które rozmieszczały planetarne anteny radioastronomiczne. Inne elementy statku kosmicznego wykorzystują prąd przemienny.

Istnieją dwa identyczne falowniki 2,4 kHz - główny i rezerwowy. Główny falownik jest włączony od momentu uruchomienia i pozostaje włączony przez całą misję. W przypadku awarii lub awarii głównego falownika łańcuch zasilania, po 1,5-sekundowym opóźnieniu, jest automatycznie przełączany na falownik rezerwowy. Po dokonaniu przejścia jest nieodwracalne.

Sygnał synchronizacji i synchronizacji 4,8 kHz z podsystemu danych lotu jest używany jako częstotliwość odniesienia w falowniku. Częstotliwość jest podzielona przez dwa, a moc wyjściowa wynosi 2,4 kHz. Regulacja AC jest dokładna do 0,004 procent. Sygnał taktowania 4,8 kHz wysyłany jest z kolei do podsystemu sterowania komputerowego, który zawiera zegar główny statku kosmicznego.

Wykorzystali więc dwie równoległe metody dystrybucji mocy (DC i AC).

EDYCJA: I tak, AC był 50 V RMS. Znaleziono schemat na późniejszej konferencji NASA :

Od tej konferencji Viking był jeszcze bardziej złożony, mając dodatkowe falowniki prądu przemiennego 400 Hz. Wspomniano również o tym, że Galileo ma taką samą redundantną konfigurację falownika jak Voyager (ale nie ma innych szczegółów, prawdopodobnie dlatego, że znajdował się dopiero na etapie projektowania).

Z dokumentu projektowego GE Voyager wygląda na to, że Voyager został początkowo zaprojektowany podobnie do Vikinga, mając około 400 Hz magistrali, ale został zmieniony tak, aby używał tylko 2,4 KHz AC w ​​ostatniej iteracji. Powód zastosowania urządzeń o częstotliwości 400 Hz jest oczywisty, tj. Dzielenie części z urządzeniami lotniczymi. Domyślam się, że sprzęt 2,4 KHz był dość łatwo wyprowadzony z tego pierwszego (ponieważ częstotliwość jest wielokrotnością), ale nie znalazłem uzasadnienia dla AC 2,4 KHz, które zostało wyraźnie powiedziane nigdzie.

Oto szczegóły dotyczące Vikinga , potwierdzające użycie niektórych szyn zasilających 400 Hz:

VO miał źródła zasilania jednofazowego 2,4 kHz, trójfazowego 400 Hz, regulowanego prądu stałego (30 V i 56 V) i nieregulowanego prądu stałego (od 25 V do 50 V). Dla VLC zapewniono również nieregulowaną moc prądu stałego. Układy ogniw fotowoltaicznych rozmieszczone na czterech dwuczęściowych, składanych panelach słonecznych zapewniały pierwotną moc dla wszystkich operacji zorientowanych na słońce. Dwa identyczne akumulatory niklowo-kadmowe zostały wykorzystane jako wtórne źródło energii dla operacji poza Słońcem i do dzielenia obciążenia, gdy zapotrzebowanie na energię przekroczyło możliwości paneli słonecznych. Nadmiarowe funkcje kondycjonowania i dystrybucji mocy zostały wyposażone w dwie ładowarki akumulatorów, dwa regulatory podwyższające, dwa falowniki 2,4 kHz, dwa falowniki trójfazowe 400 Hz, dwa przetworniki prądu stałego 30 V oraz powiązane funkcje logiczne źródła zasilania oraz funkcje sterowania i przełączania. (Patrz uproszczony schemat blokowy na rys. 6). Sprzęt, tryby pracy i wydajność opisano szczegółowo w sekcji „Podsystem zasilania”. Nieregulowana (nieprzetworzona) szyna zasilania VO była zasilana z paneli słonecznych i baterii. Te dwa źródła zasilania utworzyły dynamiczny system charakteryzujący się trzema stabilnymi trybami lotu w locie i czwartym trybem pracy krótkoterminowej, jak następuje: [trwa przez kilka stron, więc wyciąłem tryby]

Z tabeli V na str. 21 w NASA-HDBK-4001 (1998) Galileo i Magellan (oba 1989) były ostatnimi projektami NASA wykorzystującymi prąd przemienny 2,4 kHz ; również stamtąd dochodzę do wniosku, że 2,4 kHz był właściwie standardem NASA przez trzy dekady; pierwsze zastosowanie, o którym tam mowa, dotyczy Mariner-2 (1962). Jednak po 1990 roku Hubble, obserwator Marsa z 1992 roku, Cassini i tak dalej używali tylko DC.

Aby zbadać wykorzystanie 400 Hz AC, warto patrząc na raport Mariner V :

Regulator podwyższający został zaprojektowany do pracy z wahaniami napięcia wejściowego od 25 do 50 V. Podsystem mocy obejmował dwa regulatory podwyższające: (1) regulator podwyższający manewr do zasilania falownika jednofazowego 2,4 kHz i trójfazowego 400 Hz falownik do kontroli położenia i mocy żyroskopu podczas manewrów statku kosmicznego, oraz (2) główny regulator wspomagający, który napędzał jednofazowy falownik 2,4 KHz, który dostarczał energię do wszystkich statków kosmicznych i instrumentów naukowych podczas misji.

Wygląda więc na to, że (trójfazowy) 400 Hz miał pewne, ale stosunkowo ograniczone zastosowanie w jednostkach NASA: głównie do żyroskopów i kontroli położenia, podczas gdy do zasilania wielu innych podsystemów używali również jednofazowego zasilania AC 2,4 kHz. Nie mogę znaleźć żadnej wzmianki o sprzęcie 400 Hz w dokumentacji Galileo / Magellan (która niestety jest dość rozłożona). Wygląda więc na to, że sprzęt 400 Hz AC, będący bardziej niszowy, został najpierw wycofany, prawdopodobnie w czasach Voyagera.

Zbudowałem ładunki dla kilkunastu ujęć suborbitalnych i jednego satelity. AC nigdy nie był używany. Ponieważ nasze misje nie były tak naprawdę długimi podróżami międzyplanetarnymi, zastosowaliśmy dostępne w handlu konwertery DC-DC zbudowane zgodnie ze standardami lotniczymi. Uważam, że satelita nadal działa po około 6 lub siedmiu latach. Uważam, że częstotliwości konwertera wynosiły około 550 kHz.

Co NASA robi dla swoich misji, nie wiem, chociaż spodziewam się, że wykonają własne.

Większość statków kosmicznych wykorzystuje układy dystrybucji prądu stałego o wysokiej wydajności przetwornicach prądu stałego na prąd stały. Wynika to z faktu, że wszystkie źródła zasilania statku kosmicznego to prąd stały - tablice słoneczne, akumulatory, ogniwa paliwowe, RTG itp. Samoloty używają generatorów podłączonych do silników do zasilania, więc użycie prądu przemiennego jest proste. Na statku kosmicznym, ponieważ zawsze zaczyna się od prądu stałego, nie ma sensu przekształcać go w prąd przemienny w celu dystrybucji, aby później przekształcić go z powrotem w prąd stały. (Cóż, przełączanie zasilaczy przekształca je w prąd przemienny i wewnętrznie z powrotem, ale nie jest dystrybuowane jako prąd przemienny). Podobnie jak zwykłe zasilacze impulsowe w komputerach i innej elektronice użytkowej, konwertery DC na DC w statkach kosmicznych będą działać na wysokich częstotliwościach (kHz lub MHz), aby zaoszczędzić miejsce. Jednak w pewnym momencie dochodzi do kompromisu względem strat związanych z zamianą.

Sondy Voyager miały zasilany falą prostokątną 50 V 2,4 kHz, co wymagało odfiltrowania z danych radiowych przy 2,4 kHz i 7,2 kHz (kolejny najbardziej znaczący ton w fali prostokątnej). źródło