В прошлой статьеПроблема заключалась в работоспособности солнечных батарей и температурном контроле спутника. Изменение параметров этой проблемы происходит не только от внешних тепловых потоков, но и от внутренних потоков, которые вместе называются внутренней генерацией. Электронная аппаратура и бортовой компьютер наиболее заметно влияют на эту внутреннюю генерацию. Компьютер играет важную роль, поскольку ему обычно поручено управление всей программой, отвечающей за работу спутника и полезной нагрузки на борту.
Электронные компоненты должны распределять энергию, производимую панелями, в нужные моменты и места. Панелям предъявляются жесткие требования к температурному диапазону работы: от -10 до +40 градусов Цельсия. Перегрев происходит из-за прохождения электрической энергии через кабели и контакты, изготовленные из металла с теплопроводностью, связанной с электрическим сопротивлением. Характеристика определяет нагрев во время эксплуатации, избавиться от которого путем установки вентилятора на борту нельзя, как это делают в классических наземных компьютерах.
Работая без перегрева, как панели и электронные приборы, батареи основаны на точных химических реакциях и имеют допустимый температурный диапазон от -10 до +15 градусов Цельсия. Система включает в себя не только терморегулирование спутника, но и совершенствование аккумуляторов и устройств управления мощностью.
Управление мощностью и температурой на борту спутника.
Поступление энергии со спутника в виде постоянного тока зависит от внешних условий, описанных ранее, и может не соответствовать внутренним потребностям. Во время затмения вырабатываемая мощность может быть нулевой, но потребляемая — нет. В противоположном случае солнечные панели могут производить больше энергии, чем требуется.
Для работы электронных устройств требуется определённое напряжение и сила тока, аналогично тому, как в бытовой сети рядом с розетками и выключателями может быть указано «220 вольт» при допустимых амперах до 10, суммарной мощностью дома не более 2 киловатт. При превышении этих значений ток прерывается. Для предотвращения этого на спутнике устанавливается электронное устройство для регулирования мощности подаваемой на электрическое оборудование. Это устройство функционирует по двум алгоритмам.
- DET — самый простой и наименее продвинутый тип системы. Его используют преимущественно в миссиях с мощностью солнечных панелей, превышающей потребности спутника.
- Для задач, требующих максимальной энергетической эффективности, применяют PPT — устройство, представляющее собой DC-DC преобразователь. Такой преобразователь обеспечивает электронный блок постоянным подачей максимально возможного количества энергии.
Путь тока на спутнике
В этот момент часть энергии пойдет на подзарядку батарей, чтобы они могли функционировать в пик использования и во время затмений. Остаток распределяется по кабелям между всеми подсистемами и полезными нагрузками. Размер кабелей важен: поперечное сечение обратно пропорционально сопротивлению, а длина прямо пропорциональна. Короткий и толстый кабель эффективен с электротермической точки зрения, но громоздок и тяжел. На входе каждой нагрузки может быть установлен инвертор для выравнивания требований по току и напряжению. Уровень напряжения и тока также может быть установлен перед всеми нагрузками, таким образом определяя весь корпус спутника как «регулируемый».
Инженер по разработке электронных устройств должен защищать их от сбоев и избыточной мощности с помощью элементов, аналогичных бытовым и промышленным сетям: предохранители, разъединители и автоматические выключатели. При обнаружении напряжения, тока или мощности за пределами допустимых значений эти элементы прерывают ток. Для электрозащиты также необходимо учитывать плазму внешней космической среды.
Плазма
Высокая проводимость плазмы может привести к электрическому заряду поверхностей спутника. Однако это происходит неравномерно: плазма непостоянна и быстротечна, поэтому спутник проходит через область высокой плотности плазмы лишь на короткий промежуток времени. Неравномерная зарядка поверхностей создает паразитные разности потенциалов, увеличивая токи в электронных устройствах. Последние могут нагреться до неприемлемого уровня, что поставит устройство под угрозу.
Каждый элемент, подвергающийся риску перегрузки током, должен быть защищён клеткой Фарадея: контейнером из проводящего материала, полностью изолирующим его внутреннюю часть от внешних электромагнитных полей. Заряды по неисправному проводнику, подобно пустой сфере, например футбольному мячу, распространяются только наружу.
Заземление
Для космического аппарата требуется общее заземление. Система уравнивает потенциал каждого компонента, подобно домашним системам заземления. Она снижает перегрузки напряжения до одинакового значения, вызванные плазменными вихрями или грозой. Радиация может изменить двоичные коды электронных компонентов, приводя к катастрофическим последствиям. Чтобы избежать этого, можно использовать резервные схемы и элементы или дорогостоящие радиационно-стойкие устройства, проверенные на устойчивость к опасным излучениям.