Низкоорбитальный СМКА связи, его СЭП и СОТР

Целью данного курсового проектирования является проектирование спутника (МКА) с ограничением по массе - не более 100 кг и объему -

Низкоорбитальный СМКА связи, его СЭП и СОТР

Курсовой проект

Авиация, Астрономия, Космонавтика

Другие курсовые по предмету

Авиация, Астрономия, Космонавтика

Сдать работу со 100% гаранией
осный гироскоп Звёздный датчик 3-осный датчик магнитного поляСистема обработки информацииХранение, прием, пересылка

.2 Обоснование выбора аналогов

 

На данный момент существует большое количество космических аппаратов, относящихся к типу микроспутников. Все они имеют различные характеристики, размеры и назначение. Поэтому выбор аналога был основан исходя из следующих критериев:

.доступность информации о спутнике и о его элементах;

.описание элементов, приборов и аппаратуры;

.массогабаритные характеристики;

.энергопотребление аппаратуры;

.негерметичность платформы.

 

.Согласование СЭП и СОТР с СМКА.

 

2.1Анализ энергопотребляемой аппаратуры

 

На космическом аппарате выделяют две системы энергопотребления:

.служебные системы;

.целевая система.

Рассмотрим каждую из них по отдельности.

)К целевой системе энергопотребления относится целевая аппаратура. В результате поиска необходимого оборудования для обеспечения голосовой связи был выбран ретранслятор Motorola MRT2000, чьи массогабаритные и энергетические характеристики удовлетворяют требованиям данного проектного задания. Далее приведена таблица характеристик данного ретранслятора.

 

Таблица характеристик ретранслятора Motorola MRT2000:

Диапазон частотVHF: 136-174 МГц UHF: 403-470 МГцШирина канала12.5 / 20.0 / 25.0 / 30.0 кГцКоличество каналовдо 32Мощность передатчика136-174 МГц: 1-40 Вт 403-470 МГц: 1-40 Вт опционально 100 ВтНапряжение питания220 В переменного тока или 14.2 В постоянного тока с минусом на корпусеГабариты (В х Ш х Д), мм483 х 419 х 133Вес, кг19Диапазон рабочих температурот -30 оС до +60 оС

Данные габаритные размеры уменьшаются за счёт снятия корпуса и не нужных элементов из конструкции ретранслятора. Следовательно уменьшаются масса и энергозатраты на работу аппаратуры, таким образом можно будет ставить несколько таких ретрансляторов для увеличения количества каналов, но тогда встает вопрос о площади СБ и вырабатываемой ими мощности.

Первоначально возьмем следующие данные:

.количество ретрансляторов: 2;

.потребляемая мощность: примерно 140 Вт;

.напряжение питания: постоянный ток, 14.2 В;

.вес: ≈ 20…25 кг;

.габариты: 300х300х10.

) Служебные системы. Для расчёта СЭП необходимо знать потребляемую мощность всей аппаратуры, установленной на МКА. Таким образом, к служебным системам можно отнести:

.системы ориентации и стабилизации:

.1.3-хосный лазерный гироскоп;

.2.3-х маховичная система стабилизации;

.3.солнечный датчик;

.4.комплексная двигательная установка (КДУ);

.бортовой комплекс управления (БКУ);

.аппаратура регулирования и контроля;

.антенно-фидерные устройства.

Для того чтобы определить суммарную требуемую мощность служебных систем необходимо рассмотреть каждую из них по отдельности.

) Начнём с системы ориентации и стабилизации. За основу возьмем характеристики элементов системы МКА LAPAN-TUBSAT.

.3-хосный лазерный гироскоп. Максимальная потребляемая мощность 2 Вт.

2.3-ч маховичная система стабилизации RW-05. Масса 1 кг, потребляема мощность в стационарном режиме 1.5 Вт, при максимальной нагрузке 9 Вт, напряжение 18-24 В, точность ±0.2 об/мин, габаритные размеры 62х78.

.Солнечный датчик S3 Smart Sun Sensor. Масса 330 г, потребляемая мощность 0.7 Вт, напряжение 5 В, диапазон рабочих температур от -25 оС до +60 оС, точность 0.02 о, габаритные размеры 112х112х43 мм.

.Комплексная двигательная установка.

2)В бортовой комплекс управления входят бортовой радиокомплекс (БРК) и бортовой микрокомпьютер (БМК). Потребляемая мощность в пределах 10 Вт и напряжение 14 В.

)К аппаратуре регулирования и контроля относятся различные датчики: температур, угловой скорости, вольтметры, амперметры и т.д. Суммарная потребляемая мощность не превышает 1 Вт, напряжение 14 В.

)К антенно-фидерным устройствам относятся антенны для передачи телеметрической информации на наземный пункт приема. Потребляемая мощность не более 10 Вт.

 

2.2Расчёт СЭП

 

Для начала расчёта СЭП необходимо выбрать солнечные батареи. При рассмотрении различных СБ выбор пал на следующие: солнечные батареи организации ОАО «Сатурн» на основе GaAs фотопреобразователей со следующими характеристиками:

 

Параметр СБСБ на основе GaAs ФПСрок активного существования, лет15КПД при температуре 28 °C, %28Удельная мощность, Вт/м2Начало САС315Конец САС247Максимальная мощность, Вт/м2381Удельная масса, кг/м21.6Толщина ФЭП, мкм150 ± 20

Расчёт проводится в программе к Лабораторной работе № 3: "Исследование влияния параметров системы электропитания на ее массовые и габаритные характеристики" (см. Приложение 1).

При определении площади СБ и расчётной мощности СБ необходимо учитывать их дезориентацию относительно Солнца и деградацию ФЭП. Так как они будут крепиться к корпусу КА, то коэффициент освещенности СБ не будет превышать 30-40%. Реальная зависимость потребляемой КА мощности от времени имеет сложную форму, поэтому все расчёты ведутся по максимальной загруженности систем, то есть все значения мощностей взяты по максимуму.

Для начала необходимо составить график энергопотребления СМКА:

 

 

где Nср - средняя потребляемая мощность за виток, N_s - мощность, потребляемая целевой системой за виток, N_ss - мощность, потребляемая служебными системами за виток.

 

 

где - плотность теплового потока, идущего от Солнца, на орбитах Земли; - КПД ФЭП; - коэффициент заполнения площади СБ; - коэффициент деградации ФЭП; - срок активного существования КА; - коэффициент освещенности СБ.

Формула для расчёта средней мощности, полученной из графика, имеет вид:

 

 

Из условия равенства емкостей заряда и разряда АБ найдем среднюю мощность СБ:

 

 

Приравнивая эти выражения, получим:

 

Далее получим площадь СБ:

 

 

Масса СЭП складывается из нескольких составляющих:

 

 

В результате расчётов были получены следующие данные по СЭП:

.площадь СБ - 3.436 м2

.масса СБ - 5.5 кг

.масса АБ - 9.411 кг

.суммарная масса СЭП - 38.207 кг.

Вывод: на массу КА в значительной мере влияет СЭП. Для увеличения эффективности СЭП нужно стремиться к уменьшению массы энергопотребляемой аппаратуры за счёт применения более эффективных солнечных и аккумуляторных батарей. Необходимо искать СБ и АБ с более высоким КПД и меньшими массовыми характеристиками.

 

2.3Расчёт тепловых потоков, действующих на МКА

 

К общим задачам проектирование относят сброс теплоты при помощи СОТР малой массы и размеров и поддержание диапазона температур, необходимых для нормальной работы аппаратуры. Так как платформа не герметична, то теплообмен будет осуществляться посредством теплопроводности (передача теплоты от более нагретой части тела к менее нагретой) и излучения (перенос теплоты от более нагретого тела к менее нагретому при помощи электромагнитных волн).

Расчёт радиационного теплообменника начинается с вычисления действующих тепловых потоков на МКА. Таких потоков четыре: поток прямого солнечного излучения, отраженный от поверхности планеты солнечный тепловой поток, поток собственного планетного излучения и поток от тепловыделяемой аппаратуры. Суммарный тепловой поток вычисляется по следующей формуле:

 

 

где - поток прямого солнечного излучения, - отраженный от поверхности планеты солнечный тепловой поток, - поток собственного планетного излучения, - тепловая мощность, рассеиваемая бортовой аппаратурой.

Общее выражение для поглощенного КА внешнего теплового потока имеет следующий вид (для случая осредненных по поверхности угловых коэффициентов):

 

,

 

где и - оптические характеристики радиационной поверхности, , - плотности прямого солнечного и собственного планетного излучений, - площадь миделевого сечения радиационной поверхности по отношению к потоку прямого солнечного излучения, - площадь радиационной поверхности, 0,37 - среднее альбедо планеты Земля, и - осредненные угловые коэффициенты.

Угловыми коэффициентами и определяются доля падающего на поверхность КА собственного планетного излучения () и доля отраженного от планеты солнечного излучения (). Осредненные значения угловых коэффициентов имеют следующий вид:

 

 

где - угол между местной вертикалью и направлением, касательным к земной поверхности (угол 2 является сечением телесного угла обзора планеты); - зенитное расстояние Солнца (угол между направлениями Земля - КА и Земля - Солнце), - угол освещенности плоскости орбиты (угол между нормалью к плоскости орбиты и направлением падающего солнечного теплового потока s) определяется из тригонометрического соотношения:

 

 

где - наклонение и долгота восходящего узла орбиты; =23°27' - угол между плоскостью эклиптики и плоскостью экватора; = 0,9856 N2I (N2I - количество суток, отсчитываемых от 21 марта до текущего дня) - угол в градусах, определяющий положение Солнца на эклиптике на текущий момент.

Тепловая мощность, рассеиваемая бортовой аппаратурой, зависит от потребляемой электрической мощности и может быть определена как:

 

где - потребляемая электрическая мощность i-го источни

Похожие работы

< 1 2 3 >