СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТОКА ОРИЕНТИРОВАННОЙ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ ИСКУССТВЕННОГО СПУТНИКА ЗЕМЛИ Российский патент 2006 года по МПК G01R31/36 

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники, в частности к способам и устройствам систем электропитания постоянным током искусственного спутника Земли (ИСЗ).

Известны способы контроля тока солнечной батареи, приведенные в книге Г.Раушенбах "Справочник по проектированию солнечных батарей", М.: Энергоатомиздат, 1983, стр.338 [1], при которых контроль тока осуществляется по результатам натурных испытаний экспериментальных солнечных батарей и непосредственно при эксплуатации солнечных батарей в составе ИСЗ.

Известны способы ориентации солнечных батарей в составе ИСЗ на Солнце, описанные в книге Б.В.Раушенбах, Е.Н.Токарь "Управление ориентацией космических аппаратов", М.: Наука, 1974 г., в частности для ИСЗ с трехосной ориентацией.

В условиях штатной эксплуатации ИСЗ, когда солнечная батарея постоянно нагружена, необходим систематический контроль ее состояния для определения энерговооруженности ИСЗ и его способности выполнять те или иные целевые задачи.

При эксплуатации ИСЗ систематически проводится телеметрический контроль тока солнечной батареи.

Однако в составе ИСЗ с автономной системой электропитания на базе сериесного стабилизированного преобразователя ток солнечной батареи соответствует текущему потреблению мощности нагрузкой (в отличие от шунтового стабилизированного преобразователя, при котором ток солнечной батареи всегда имеет максимальное значение), что не позволяет оценить имеющийся запас мощности (тока) солнечной батареи и надежно прогнозировать выполнение последующих целевых задач.

Наиболее близким техническим решением является способ контроля тока солнечной батареи ИСЗ ("Способ контроля характеристик солнечной батареи") по патенту №1755351, который выбран в качестве прототипа.

Согласно известному способу ток солнечной батареи оценивают по току дополнительной солнечной батареи с соответствующим пересчетом по соотношению площади основной и дополнительной солнечных батарей.

Недостатком известного способа является то, что расчет тока всей солнечной батареи проводится по ее отдельной части.

На практике условия эксплуатации отдельных панелей солнечной батареи неравнозначны. Так панели, размещенные ближе к приборному блоку ИСЗ, периодически подвергаются частичным затенениям конструктивными элементами ИСЗ (например, антеннами), что отрицательно влияет на их ресурсные характеристики. Другие панели подвергаются частичному воздействию плазмы от двигательных установок системы коррекции орбиты ИСЗ, что также отрицательно влияет на их ресурсные характеристики. Возможны также непрогнозируемые воздействия на отдельные панели микрометеоритов, а также случайные отказы отдельных фотопреобразователей.

Из изложенного следует, что деградация разных панелей солнечной батареи неравномерна, что снижает надежность (достоверность) известного способа.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности способа контроля тока солнечной батареи ИСЗ в процессе его эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что при проведении контроля тока солнечную батарею ускоренно вращают относительно оси, проходящей по ее плоскости, и дополнительно контролируют период времени (Т₁) от момента начала снижения тока от установившегося значения (I_УСТ) до момента достижения током нулевого значения (или от момента повышения тока до момента достижения им установившегося значения) и период времени (Т₂) от момента повышения тока от нулевого значения до момента достижения им следующего нулевого значения, а ток солнечной батареи (I_БС) рассчитывают по формуле: I_БС=I_УСТ/sin(180°×Т₁/Т₂).

На ИСЗ с трехосной ориентацией солнечная батарея ориентирована своей активной поверхностью на Солнце и по мере движения ИСЗ по орбите вращается относительно своей оси в режиме "слежения" за солнцем специальным поворотным устройством.

При включении режима ускоренного вращения (режим "поиска Солнца") активная поверхность солнечной батареи вначале отворачивается от Солнца, а затем возвращается в исходное состояние.

После повторного "захвата" Солнца поворотное устройство солнечной батареи переводится в режим "слежение".

Действительно, согласно предлагаемому способу ток солнечной батареи оценивают не по отдельной ее части, а непосредственно по всей батарее, что бесспорно повышает его надежность.

На фиг.1 иллюстрируется частный случай расположения ИСЗ на орбите и расположение его солнечных батарей.

ИСЗ антенным блоком ориентирован на Землю. Солнечные батареи ориентированы на Солнце. При движении ИСЗ по орбите поворотное устройство вращает солнечные батареи в режиме "слежение" (один полный оборот за один виток ИСЗ вокруг Земли), сохраняя ориентацию солнечных батарей на Солнце.

В режиме "поиск" осуществляется ускоренное вращение солнечных батарей. При этом ток солнечной батареи изменяется по синусоиде (см. [1], стр.73) от максимального значения до нуля, затем полпериода вращения ток остается нулевым вследствие отсутствия освещенности и затем к окончанию полного оборота ток возрастает по синусоиде до максимального значения.

На фиг.2 представлен график изменения тока солнечной батареи (I_БС) во времени (t) в составе системы электропитания с сериесным преобразователем при работе поворотного устройства солнечных батарей в режиме "поиск".

В исходном состоянии полный ток солнечной батареи (I_БС) соответствует точке А1, хотя фактически потребляется нагрузкой ток (I_УСТ), он же и телеметрируется бортовой телеметрией ИСЗ.

При включении режима ускоренного вращения ("поиска") поворотного устройства полный ток солнечной батареи начинает снижаться и при достижении точки "С" наблюдается снижение телеметрируемого тока солнечной батареи в конечном итоге до нуля. Далее через полпериода (равного T₂) наблюдается появление тока солнечной батареи и его стабилизация в следующей точке "С". Период полного оборота солнечной батареи относительно своей оси составляет 2Т₂ или Т_об.

Простейший расчет позволяет определить угол падения солнечных лучей по отношению к нормали солнечной батареи на Солнце, соответствующий началу снижения тока или началу стабилизации телеметрируемого тока солнечной батареи (180°×Т₁/Т₂), и вычислить полный ток солнечной батареи по формуле I_БС=I_УСТ/sin(180°×Т₁/Т₂).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить надежность контроля тока солнечной батареи ИСЗ в процессе его эксплуатации, что положительно отразится на надежности эксплуатации ИСЗ в целом.

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники, в частности к способам и устройствам систем электропитания постоянным током искусственных спутников Земли (ИСЗ). Предлагается способ контроля тока ориентированной солнечной батареи ИСЗ, заключающийся в периодическом контроле текущего значения тока в процессе эксплуатации ИСЗ. Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности способа контроля тока солнечной батареи ИСЗ в процессе его эксплуатации. Технический результат достигается тем, что при проведении контроля тока солнечную батарею ускоренно вращают относительно оси, проходящей по ее плоскости, и дополнительно контролируют период времени (Т₁) от момента начала снижения тока от установившегося значения (I_УСТ) до момента достижения током нулевого значения (или от момента повышения тока до момента достижения им установившегося значения) и период времени (Т₂) от момента повышения тока от нулевого значения до момента достижения им следующего нулевого значения, а ток солнечной батареи рассчитывают по формуле: I_БС=I_УСТ/sin(180°×T₁/T₂). 2 ил.

Способ контроля тока ориентированной солнечной батареи искусственного спутника Земли с трехосной ориентацией и автономной системой электропитания на базе сериесного преобразователя, заключающийся в контроле текущего значения тока солнечной батареи, отличающийся тем, что при проведении контроля тока солнечную батарею ускоренно вращают относительно оси, проходящей по ее плоскости, и дополнительно контролируют период времени (T₁) от момента начала снижения тока от установившегося значения (I_УСТ) до момента достижения током нулевого значения (или от момента повышения тока до момента достижения им установившегося значения) и период времени (Т₂) от момента повышения тока от нулевого значения до момента достижения им следующего нулевого значения, а ток солнечной батареи (I_БС) рассчитывают по формуле I_БС=I_УСТ/sin(180°·T₁/T₂).