МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОРЕАКТИВНАЯ ДВИГАТЕЛЬНАЯ ПОДСИСТЕМА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2022 года по МПК F03H1/00 

Изобретение относится к области управления движением космических аппаратов (КА) с помощью электрореактивных двигателей (ЭРД).

Из существующего уровня техники известна электрическая двигательная система со стационарными плазменными двигателями, характеризующаяся наличием двух параллельно установленных ЭРД, блоков коррекции (БК), силового прибора (СП), имеющего в своем составе резерв и коммутатор, при этом за счет примененного в системе коммутатора обеспечивается полное резервирование элементов этих двигателей. В частности, коммутатор позволяет осуществлять запуск ЭРД в следующих сочетаниях: анод первого ЭРД (А1) – катод первого ЭРД (К1); анод второго ЭРД (А2) – катод второго ЭРД (К2); А1–К2; А2–К1 (US9476413B2, F03H, 25.10.2016). Недостатком данного технического решения является то, что одновременная работа двух ЭРД не гарантируется при наличии любой единичной неисправности силового прибора.

В настоящее время все СП разработаны так, что имеют в своем составе резерв и коммутатор, но при этом не могут обеспечить одновременную работу нескольких двигателей. Для обеспечения одновременной работы двух и более двигателей применяют два и более таких СП соответственно, при этом появляется излишний резерв и излишние коммутационные элементы, что негативно сказывается на массе КА в целом.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение гарантированной одновременной работы двух и более ЭРД при условии наличия любой единичной неисправности силового прибора при минимизации массы электрореактивной двигательной подсистемы.

Данная техническая проблема решается за счет того, что многофункциональная электрореактивная двигательная подсистема космического аппарата содержит блоки коррекции, силовые приборы, фильтры защиты от электростатических разрядов, разрядные фильтры, коммутаторы, при этом в качестве источников питания применены одноканальные нерезервированные силовые приборы, один из которых находится в холодном резерве; подключение блоков коррекции и силовых приборов осуществлено посредством одного или более коммутаторов двигателей, каждый из которых обеспечивает подключение любого силового прибора к любому блоку коррекции соответствующего коммутатора; количество силовых приборов на единицу больше, чем количество одновременно включенных двигателей; фильтры защиты от электростатических разрядов расположены в коммутаторах двигателей для каждого блока коррекции.

Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают весь объем возможных вариантов использования данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частных случаев выполнения.

На фиг. 1 представлена многофункциональная электрореактивная двигательная подсистема космического аппарата, состоящая из четырех блоков коррекции БК1– БК4, трех силовых приборов СП1, СП2, СП3 и одного коммутатора двигателей КД4-1, обеспечивающего подключение каждого силового прибора к каждому блоку коррекции, и за счет этого реализующая гарантированную одновременную работу двух блоков коррекции при любой единичной неисправности силового прибора.

На фиг. 2 представлена многофункциональная электрореактивная двигательная подсистема космического аппарата, состоящая из четырех блоков коррекции БК1– БК4, двух силовых приборов СП1, СП2 и одного коммутатора двигателей КД4-1, обеспечивающего подключение двух силовых приборов к четырем блокам коррекции (при этом третий вход КД4-1 остается незадействованным), и реализующая одновременную работу двух блоков коррекции для случая, если одновременная работа двух двигателей улучшает характеристики КА, но при этом потеря способности одновременного запуска двух двигателей не является критичной.

На фиг. 3 представлена многофункциональная электрореактивная двигательная подсистема космического аппарата, состоящая из трех силовых приборов СП1, СП2, СП3, двух коммутаторов двигателей КД4-1, КД4-2, восьми блоков коррекции БК1– БК8 (по четыре на каждый коммутатор). Коммутаторы обеспечивают подключение каждого из трех силовых приборов к каждому из четырех блоков коррекции соответствующего коммутатора, при этом реализуется гарантированная одновременная работа двух блоков коррекции при любой единичной неисправности силового прибора.

На фиг. 4 представлена многофункциональная электрореактивная двигательная подсистема космического аппарата, состоящая из двух силовых приборов СП1, СП2, двух коммутаторов двигателей КД4-1, КД4-2 и восьми блоков коррекции БК1– БК8 (по четыре на каждый коммутатор). Коммутаторы обеспечивают подключение каждого из двух силовых приборов (при этом третий вход коммутаторов КД4-1 и КД4-2 остается незадействованным) к каждому из четырех блоков коррекции соответствующего коммутатора, при этом реализуется гарантированная одновременная работа двух блоков коррекции для случая, если одновременная работа двух двигателей улучшает характеристики КА, но при этом потеря способности одновременного запуска двух двигателей не является критичной.

На фиг. 5 представлена многофункциональная электрореактивная двигательная подсистема космического аппарата, состоящая из трех силовых приборов СП1, СП2, СП3, шести блоков коррекции БК1– БК6, одного коммутатора двигателей КД4-1, обеспечивающего подключение трех силовых приборов к четырем блокам коррекции, и одного коммутатора двигателей КД2-1, обеспечивающего подключение трех силовых приборов к двум блокам коррекции; при этом реализуется гарантированная одновременная работа двух блоков коррекции при любой единичной неисправности силового прибора.

На фиг. 6 представлена многофункциональная электрореактивная двигательная подсистема космического аппарата, состоящая из двух силовых приборов СП1, СП2, шести блоков коррекции БК1–БК6, одного коммутатора двигателей КД4-1, обеспечивающего подключение двух силовых приборов к четырем блокам коррекции, и одного коммутатора двигателей КД2-1, обеспечивающего подключение двух силовых приборов к двум блокам коррекции (при этом третий вход коммутаторов КД4-1 и КД2-1 остается незадействованным); при этом реализуется гарантированная одновременная работа двух блоков коррекции для случая, если одновременная работа двух двигателей улучшает характеристики КА, но при этом потеря способности одновременного запуска двух двигателей не является критичной.

Заявленная многофункциональная электрореактивная двигательная подсистема отличается тем, что при требуемой одновременной работе нескольких блоков коррекции резервирование питания обеспечивается дополнительным одноканальным нерезервированным силовым прибором, подключенным к коммутатору (коммутаторам) двигателей, и находящимся в холодном резерве.

В заявленной многофункциональной электрореактивной двигательной подсистеме космического аппарата задействован один катод каждого ЭРД, для случаев применения блоков коррекции на базе ЭРД как с одним, так и с двумя катодами, применяются блоки коррекции на базе электрореактивных двигателей одного типа.

Фильтры защиты от электростатических разрядов (ФЗ) расположены в каждом коммутаторе двигателей для каждого блока коррекции.

Для уменьшения пульсаций разрядного тока и напряжения, обусловленных работой электрореактивных двигателей, применяют разрядные фильтры (ФР), расположенные, например, в силовых приборах.

При работе двух и более ЭРД для увеличения тяги в режиме довыведения космического аппарата (в течение ограниченного времени), для питания блока коррекции, включенного в состав многофункциональной электрореактивной двигательной подсистемы космического аппарата дополнительно, используют силовой прибор, предназначенный для холодного резервирования в иных режимах КА.

Силовые приборы СП1, СП2, СП3, содержащие разрядные фильтры ФР1, ФР2, ФР3 соответственно, подключаются к трем входам коммутатора (коммутаторов) КД4-1, КД4-2 двигателей для подключения четырех (восьми) блоков коррекции и КД2-1 для подключения двух блоков коррекции. В цепях питания каждого коммутируемого блока коррекции БК1– БКn установлены фильтры защиты от электростатических разрядов ФЗ1 - ФЗn. Коммутаторы двигателей КД4-1, КД4-2 обеспечивают подключение трех силовых блоков с четырьмя блоками коррекции в любых сочетаниях. Коммутатор двигателей КД2-1 обеспечивает подключение трех силовых блоков с двумя блоками коррекции в любых сочетаниях.

Работа системы осуществляется следующим образом.

Подключение силовых приборов СП1, СП2, СП3 к требуемым блокам коррекции БК1 – БКn осуществляется до запуска двигателей (силовые приборы находятся в обесточенном состоянии) посредством выдачи команд управления в коммутатор (коммутаторы) двигателей КД4-1, КД4-2, КД2-1. Затем в силовых приборах реализуется циклограмма запуска двигателей. В случае, если требуется одновременная работа двух двигателей, их запуск осуществляется последовательно, т.е. циклограмма запуска сначала реализуется в одном силовом приборе, а после запуска двигателя, подключенного к указанному силовому прибору, аналогичная циклограмма запуска реализуется в другом силовом приборе.

В процессе работы двигателей разрядные фильтры ФР1, ФР2, ФР3 обеспечивают ослабление пульсаций разрядного тока и напряжения. На диэлектрических элементах конструкции неработающих блоков коррекции могут накапливаться электростатические заряды. Фильтры защиты ФЗ1 – ФЗn обеспечивают защиту электрических цепей коммутатора двигателей и силовых приборов от возможных электростатических разрядов. Во время работы двигателей изменение состояния переключателей коммутатора двигателей запрещено. Это должно быть реализовано либо средствами самого коммутатора двигателей, либо средствами подсистемы коррекции.

Пример реализации заявляемого изобретения.

Работу устройства рассмотрим применительно к схеме согласно фиг.5. Предположим, что требуется работа двух двигателей, для этого в коммутаторы КД4-1 и КД2-1 выдается команда управления на подключение СП1, СП2, СП3 к требуемым блокам коррекции, например, к БК1 и БК6. Затем в силовых приборах СП1 и СП2 реализуется циклограмма запуска БК1 и БК6, соответственно. Предположим, что при этом произошел отказ СП2. В этом случае, на коммутатор двигателей КД4-1 выдаются команды для формирования электрических связей между СП1 и БК1, либо между СП3 и БК1, а на коммутатор КД2-1 - команды для формирования электрических связей между силовым прибором СП3 и БК6, либо между СП1 и БК6.

Достигаемый технический результат заключается в применении минимальной номенклатуры оборудования для построения различных конфигураций многофункциональной электрореактивной двигательной подсистемы космического аппарата и обеспечение гарантированной работы двух и более блоков коррекции при условии наличия любой единичной неисправности силового прибора за счет того, что:

- коммутаторы и резервированные источники питания не входят в состав силовых приборов, а выполнены отдельно;

- в качестве источников питания применены одноканальные нерезервированные силовые приборы, один из которых находится в холодном резерве;

- количество коммутаторов – один или более; при этом каждый из коммутаторов обеспечивает подключение любого силового прибора к любому блоку коррекции соответствующего коммутатора; в коммутаторах двигателей для каждого блока коррекции установлены фильтры защиты от электростатических разрядов.

Реализация заявляемого технического решения позволяет снизить трудозатраты на разработку элементов подсистемы и минимизировать количество оборудования, повысить надежность работы подсистемы и КА в целом, что соответствует решению поставленной технической проблемы.

Изобретение относится к области управления движением космических аппаратов (КА) с помощью электрореактивных двигателей (ЭРД). Многофункциональная электрореактивная двигательная подсистема космического аппарата содержит блоки коррекции, силовые приборы, фильтры защиты от электростатических разрядов, разрядные фильтры, коммутаторы. В качестве источников питания применены одноканальные нерезервированные силовые приборы, один из которых находится в холодном резерве. Подключение блоков коррекции и силовых приборов осуществлено посредством одного или более коммутаторов двигателей, каждый из которых обеспечивает подключение любого силового прибора к любому блоку коррекции соответствующего коммутатора. Количество одноканальных нерезервированных силовых приборов на единицу больше, чем количество одновременно включенных двигателей. Фильтры защиты от электростатических разрядов расположены в коммутаторах двигателей для каждого блока коррекции. При использовании изобретения достигается применение минимальной номенклатуры оборудования для построения различных конфигураций многофункциональной электрореактивной двигательной подсистемы космического аппарата и обеспечение гарантированной работы двух и более блоков коррекции при условии наличия любой единичной неисправности силового прибора. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Многофункциональная электрореактивная двигательная подсистема космического аппарата, содержащая блоки коррекции, силовые приборы, фильтры защиты от электростатических разрядов, разрядные фильтры, коммутаторы, отличающаяся тем, что в качестве источников питания применены одноканальные нерезервированные силовые приборы, один из которых находится в холодном резерве; подключение блоков коррекции и силовых приборов осуществлено посредством одного или более коммутаторов двигателей, каждый из которых обеспечивает подключение любого силового прибора к любому блоку коррекции соответствующего коммутатора, причем количество одноканальных нерезервированных силовых приборов на единицу больше, чем количество одновременно включенных двигателей; фильтры защиты от электростатических разрядов расположены в коммутаторах двигателей для каждого блока коррекции.

2. Многофункциональная электрореактивная двигательная подсистема космического аппарата по п.1, отличающаяся тем, что применены блоки коррекции на базе электрореактивных двигателей одного типа.

3. Многофункциональная электрореактивная двигательная подсистема космического аппарата по п.1, отличающаяся тем, что в силовых приборах расположены разрядные фильтры.