Ваш браузер устарел. Рекомендуем обновить его до последней версии.

«Разработка энергопреобразующей аппаратуры нового поколения модульного типа для систем электропитания космических аппаратов»

Краткое описание проекта

Проект предусматривает разработку энергопреобразующей аппаратуры нового поколения (ЭПА НП) с техническими характеристиками, вдвое превышающими достигнутый в настоящее время в России уровень (150÷170 Вт/кг) и соответствующими мировому уровню характеристик (не менее 360 Вт/кг). Заявленные удельные характеристики ЭПА НП достигаются за счет применения, впервые в космическом приборостроении, схемотехники стабилизаторов напряжения на базе резонансных мостовых конверторов (патент № RU 2 396 666 C1).

 

Целевой продукт, который будет получен в результате реализации всех стадий Проекта

Ээнергопреобразующая аппаратура нового поколения (ЭПА НП) космических аппаратов, обеспечивающая стабилизированное питание нагрузки (100±1) В. Характерные черты ЭПА НП: трансформируемая модульная конструкция, обеспечивающая широкий диапазон выходной мощности – от 8 до 20 кВт и удельную мощность не менее 360 Вт/кг, габаритные размеры не более 935×400×230 мм. В состав ЭПА НП входят силовые модули (силовые модули зарядного устройства, разрядного устройства и силовые модули стабилизации выходного напряжения), а также вспомогательные модули: автоматики, приема и исполнения команд, телеметрии и т.д. Удельная мощность одного силового модуля должна быть не менее 1 кВт/кг, что является определяющим условием при достижении удельной мощности ЭПА НП не менее 360 Вт/кг.

Проблема, на решение которой направлен Проект

При прочих равных условиях, наиболее актуальной задачей с точки зрения повышения конкурентоспособности разрабатываемых КА на глобальном рынке является задача повышения их срока активного существования (САС) и энерговооруженности.

Система электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА) является одной из основных систем, определяющих САС КА. При этом масса СЭП составляет ориентировочно от 20 до 30 % от массы всего КА.

Эти два фактора обуславливают синергетический эффект возникающий при повышении удельно-массовых характеристик СЭП. При одновременном снижении массы и повышении мощности СЭП, возможно как выделение дополнительной мощности для питания полезной нагрузки или служебных систем КА, так и массы с одновременным увеличением САС КА.

Поэтому повышение удельных характеристик системы электропитания КА в целом и ЭПА в частности является одной из самых актуальных задач, как для отечественного, так и для глобального рынка, решение которой существенно повышает конкурентоспособность КА.

В рамках повышения удельных характеристик СЭП в целом, одной из актуальных задач также является задача оптимизации параметров аккумуляторных батарей (АБ) и батарей солнечных (БС) по критерию их минимальной массы. Решению данной задачи препятствует жесткая зависимость параметров АБ и БС от параметров их электрического интерфейса с ЭПА. Для решения этой задачи необходимо наличие в ЭПА гальванической развязки АБ и БС друг от друга и от выходной шины ЭПА. В разрабатываемой ЭПА как в РФ, так и за рубежом, гальваническая развязка отсутствует.

Еще одной актуальной задачей при разработке и изготовлении ЭПА является задача повышения качества ее выходного напряжения. Повышение качества выходного напряжения ЭПА позволяет дополнительно снизить массу вторичных источников питания (ВИП) бортовой аппаратуры (БА).

Также в целях повышения энергоэффективности СЭП КА, необходимо внедрение в ЭПА экстремального регулятора мощности БС, позволяющего использовать всю имеющуюся мощность БС (в точке максимальной мощности), для питания БА.

 

Суть инновации

В ЭПА НП будет применена, впервые для приборов космического назначения такого класса, схемотехника на базе мостовых резонансных конвертеров. Применение мостовых резонансных конвертеров позволит достичь удельных характеристик не менее 360 Вт/кг, что соответствует зарубежным разработкам, которые планируются к выходу на рынок в 2015 году.

Ключевыми отличиями предлагаемого решения являются:

  • Гальваническая развязка источника выходной шины от шин источников электроэнергии (аккумуляторная и солнечная батареи), обеспечивающая возможность оптимизации интерфейса аккумуляторной и солнечной батареи по критерию минимальной массы.
  • Реализация в ЭПА НП экстремального регулятора мощности БС.
  • Лучшее качество выходного напряжения, среди приборов такого класса космического назначения, за счет применения гальванической развязки и «мягкого» переключения силовых транзисторов.
  • Возможность коммерциализации в других областях экономики и техники, таких как: ядерная энергетика, медицина, робототехника и т.п.

.

 

Основные потенциальные потребители продукта (технологии)

 

Российские и зарубежные предприятия, изготавливающие космические аппараты, например: ОАО «ИСС», ФГУП «ГПНРКЦ «ЦСКБ-Прогресс», ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина», ОАО «РКК «Энергия», Thales Alenia Space; EADS Astrium; Orbital Sciences Corporation и т.д.

 

 

Динамика проекта

2012

Подписано трехстороннее соглашение между ООО «ЦПИ ОАО «ИСС», ОАО «ИСС» и ОАО «НПЦ «Полюс» по созданию ЭПА НП.

 

2013

Проведены исследования и анализ схемотехники мостовых резонансных конвертеров, определены основные технические решения, позволяющие разработать и изготовить силовые модули ЭПА НП.

Проведены первые исследования макетов силовых модулей с мостовыми резонансными конверторами, определен диапазон целевых параметров ЭПА НП. Подтверждена принципиальная возможность создания ЭПА НП с заданными характеристиками, а также намечены пути и методы разработки лабораторных образцов силовых модулей ЭПА НП.

Проект прошел экспертизу Фонда «Сколково» по существу.

Подготовлена и подана грантовая заявка в инвестиционную службу «Сколково».

 

2014

Подписано грантовое соглашение о предоставлении средств инновационного центра «Сколково» на реализацию этапа изготовления опытных образцов ЭПА НП и проведение наземных и летных испытаний

 

2015

 

Получены права на использования на право использования изобретения «Система электропитания космического аппарата»  патент РФ №2396666).

Проводится работа по поиску соинвестора Проекта.