Frequenza di alimentazione del veicolo spaziale


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So che gli aerei a volte impiegano un sistema a 400Hz AC per risparmiare peso sui trasformatori, quindi immagino che i veicoli spaziali potrebbero impiegare una tecnica simile. Mi chiedo se qualcuno nel campo aerospaziale possa confermare un funzionamento a frequenza di 400Hz o superiore nello spazio.


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Nella marina degli Stati Uniti, gli aeromobili possono in genere assumere 440 fasi 3 V. Ed è standardizzato ove possibile (cioè f-18, c-130 ..).
Maresciallo artigianale

Risposte:


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La situazione con Voyeager è più complessa di quanto è stato detto in un'altra risposta sopra. Ecco i dettagli della NASA :

L'alimentazione dei generatori termoelettrici del radioisotopo viene mantenuta a una corrente continua di 30 volt da un regolatore shunt. I 30 volt vengono forniti direttamente ad alcune apparecchiature spaziali e vengono commutati ad altri nel sottogruppo di distribuzione dell'alimentazione. L'inverter principale viene inoltre alimentato a 30 volt DC per la conversione in AC ad onda quadra a 2,4 kHz utilizzata dalla maggior parte dei sottosistemi di veicoli spaziali. Ancora una volta, l'alimentazione CA può essere fornita direttamente all'apparecchiatura o può essere attivata o disattivata dai relè di potenza.

Tra gli utenti della corrente continua, oltre all'inverter, vi sono il sottosistema radio, i giroscopi, le valvole di isolamento della propulsione, alcuni strumenti scientifici, la maggior parte dei riscaldatori di controllo della temperatura e i motori che hanno utilizzato le antenne radioastronomiche planetarie. Altri elementi del veicolo spaziale utilizzano l'alimentazione CA.

Esistono due identici inverter di potenza da 2,4 kHz: principale e standby. L'inverter principale è acceso dal lancio e rimane acceso per tutta la missione. In caso di malfunzionamento o guasto dell'inverter principale, la catena di alimentazione, dopo un ritardo di 1,5 secondi, passa automaticamente all'inverter di standby. Una volta effettuato il passaggio, è irreversibile.

Un segnale di sincronizzazione e temporizzazione 4.8 kHz dal sottosistema dei dati di volo viene utilizzato come riferimento di frequenza nell'inverter. La frequenza è divisa per due e l'uscita è 2,4 kHz. Il regolamento AC è preciso al 0,004 percento. Il segnale di temporizzazione 4.8 kHz viene inviato, a sua volta, al sottosistema di comando del computer, che contiene l'orologio principale del veicolo spaziale.

Quindi hanno usato due metodi di distribuzione dell'alimentazione paralleli (DC e AC).

EDIT: E, sì, l' AC era 50 V RMS. Ho trovato un diagramma in una conferenza successiva della NASA :

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Da quella conferenza, Viking era ancora più complesso con inverter AC da 400 Hz aggiuntivi. C'è anche menzione in quella coferenza di Galileo che ha la stessa configurazione di inverter ridondante di Voyager (ma nessun altro dettaglio, presumibilmente perché era solo in fase di progettazione allora).

Da un documento di progettazione di GE Voyager, sembra che Voyager sia stato inizialmente progettato in modo simile a Viking, con alcuni bus da 400 Hz, ma è stato rivisto per utilizzare solo 2,4 KHz nell'ultima iterazione. La ragione per l'uso di apparecchiature a 400 Hz è ovvia, vale a dire la condivisione di parti con apparecchiature per l'aviazione. Immagino che l'apparecchiatura a 2,4 KHz sia stata ragionevolmente facilmente derivata dalla prima (poiché la frequenza è un multiplo), ma non ho ancora trovato la logica della CA a 2,4 KHz dichiarata esplicitamente ovunque.

Ecco i dettagli su Viking , a conferma dell'uso di alcuni bus di alimentazione a 400 Hz:

Il VO aveva sorgenti di alimentazione monofase a 2,4 kHz, trifase a 400 Hz, cc regolate (30 V e 56 V) e cc non regolate (da 25 V a 50 V). L'alimentazione CC non regolata è stata fornita anche per il VLC. Le matrici di celle fotovoltaiche disposte su quattro pannelli solari pieghevoli a doppia sezione fornivano energia primaria per tutte le operazioni orientate al sole. Due batterie identiche al nichel-cadmio sono state utilizzate come fonte secondaria di energia per le operazioni off-sun e per condividere il carico quando la richiesta di energia ha superato la capacità dell'array solare. Sono state fornite funzioni ridondanti di condizionamento e distribuzione dell'alimentazione con due caricabatterie, due booster regolatori, due inverter da 2,4 kHz, due inverter trifase da 400 Hz, due convertitori da 30 V cc e le relative funzioni di logica e controllo e commutazione dell'alimentazione. (Vedi lo schema a blocchi semplificato in fig. 6.) L'hardware, le modalità operative e le prestazioni sono descritte in dettaglio nella sezione "Sottosistema di alimentazione". Il bus di alimentazione non regolamentato (grezzo) VO è stato fornito da pannelli solari e batterie. Queste due fonti di energia formavano un sistema dinamico caratterizzato da tre modalità operative in volo stabili e una quarta modalità operativa a breve termine come segue: [va avanti per un paio di pagine, quindi ho tagliato le modalità]

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Dalla tabella V a pag. 21 in NASA-HDBK-4001 (1998) Galileo e Magellan (entrambi nel 1989) furono gli ultimi progetti della NASA a utilizzare AC a 2.4kHz; anche da lì concludo che 2,4 kHz è stato praticamente uno standard della NASA per tre decenni; il primo uso menzionato è su Mariner-2 (1962). Dopo il 1990, tuttavia, Hubble, Mars Observer del 1992, Cassini e così via, usarono solo DC.

Per studiare l'uso di 400 Hz AC, vale la pena guardare un rapporto Mariner V :

Il regolatore del booster è stato progettato per funzionare con variazioni della tensione di ingresso tra 25 e 50 V. Il sottosistema di alimentazione comprendeva due regolatori del booster: (1) un regolatore del booster di manovra per alimentare un inverter monofase a 2,4 kHz e un trifase a 400 Hz inverter per il controllo dell'assetto e la potenza giroscopica durante le manovre di veicoli spaziali e (2) un regolatore di aumento pressione principale che ha guidato un inverter monofase a 2,4 KHz che ha fornito energia a tutti i veicoli spaziali e agli strumenti scientifici durante la missione.

Quindi sembra che (trifase) 400 Hz abbiano avuto un uso, ma relativamente limitato, nelle imbarcazioni della NASA: principalmente per giroscopi e controllo dell'atteggiamento, mentre hanno anche usato l'alimentazione CA monofase a 2,4 kHz per molti più sottosistemi. Non riesco a trovare alcun riferimento alle apparecchiature a 400 Hz nella documentazione di Galileo / Magellan (che purtroppo è piuttosto diffusa). Quindi sembra che l'apparecchiatura a 400 Hz CA, essendo più di nicchia, sia stata eliminata per prima, probabilmente all'epoca di Voyager.


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Non so cosa facessero i sovietici, ma sospetto che la loro tecnologia spaziale avrebbe potuto seguire un'evoluzione simile (forse più ritardata). Sfortunatamente questo tipo di informazioni sulla distribuzione dell'alimentazione non è abbastanza "sexy" per accedere a fonti secondarie, e non sono davvero abile a leggere fonti primarie russe (anche se sono online, il che potrebbe anche non essere il caso.)
Fizz,

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Ho creato payload per una dozzina di scatti suborbitali e un satellite. AC non è mai stato usato. Poiché le nostre missioni non erano viaggi interplanetari di lunga durata, abbiamo utilizzato convertitori CC-CC disponibili in commercio costruiti secondo gli standard aerospaziali. Il satellite, credo, funziona ancora dopo circa 6 o 7 anni. Le frequenze del convertitore erano, credo, circa 550 KHz.

Quello che la NASA fa per le sue missioni, non lo so, anche se mi aspetto che rotolino da solo.


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La maggior parte dei veicoli spaziali utilizza sistemi di distribuzione dell'alimentazione CC con convertitori CC / CC ad alta efficienza. Questo perché tutte le fonti di energia sui veicoli spaziali sono in corrente continua - array solari, batterie, celle a combustibile, RTG, ecc. Gli aeroplani utilizzano generatori collegati ai motori per l'alimentazione, quindi l'utilizzo di AC è semplice. Su un veicolo spaziale, poiché inizia sempre con DC, non ha senso convertirlo in AC per la distribuzione solo per riconvertirlo in DC in seguito. (Bene, gli alimentatori a commutazione lo convertono in CA e viceversa internamente, ma non è distribuito come CA). Proprio come i comuni alimentatori a commutazione nei computer e in altri prodotti elettronici di consumo, i convertitori da CC a CC sui veicoli spaziali funzioneranno ad alte frequenze (kHz o MHz) per risparmiare spazio. Tuttavia, c'è un compromesso ad un certo punto contro il cambio di perdite.


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Se qualcuno vuole trovare informazioni a supporto di questa risposta (che credo sia corretta), il NASA Technical Reports Server su ntrs.nasa.gov è il posto dove andare. Il lavoro della NASA è principalmente finanziato con fondi governativi, e quindi la maggior parte dei rapporti sono pubblici. Prova ricerche come "distribuzione di energia di veicoli spaziali" o qualcosa del genere e limita le tue ricerche ad argomenti relativi all'elettronica, utilizzando la ricerca avanzata.
zebonaut,

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Caro zebonaut, ti ritengo personalmente responsabile delle innumerevoli ore della mia vita che trascorrerò sfogliando quel link, grazie, credo.
dataBus,

@dataBus Heh. Questo è esattamente il motivo per cui questa volta ho limitato i miei sforzi a un breve commento e non sono andato così lontano da cercare tutti i vari tipi di sistemi di alimentazione utilizzati nella storia dei viaggi nello spazio, mettendoli in una risposta completa.
zebonaut,

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Le sonde Voyager avevano un'alimentazione a onda quadra a 50 V 2,4 kHz che richiedeva il filtraggio dai dati radio a 2,4 kHz e 7,2 kHz (il successivo tono più significativo in un'onda quadra). fonte


Sì, il rumore / l'induttanza è un altro ottimo motivo per attenersi alla corrente continua.
Dewi Morgan,

Fatto interessante. Qualcuno sa perché hanno scelto questa insolita soluzione di distribuzione dell'alimentazione?
Fizz,

Inoltre, non vi è alcuna tensione indicata nella sorgente citata (solo freq.) E Wikipedia indica 30 V CC (non 50 V) per lo stesso RTG.
Fizz,

@RespawnedFluff L'ho preso da e
Michel Rouzic,
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