[go: up one dir, main page]

RU2354592C2 - Method of determining spacecraft solar battery maximum output - Google Patents

Method of determining spacecraft solar battery maximum output Download PDF

Info

Publication number
RU2354592C2
RU2354592C2 RU2007119224/11A RU2007119224A RU2354592C2 RU 2354592 C2 RU2354592 C2 RU 2354592C2 RU 2007119224/11 A RU2007119224/11 A RU 2007119224/11A RU 2007119224 A RU2007119224 A RU 2007119224A RU 2354592 C2 RU2354592 C2 RU 2354592C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spacecraft
unit
angle
solar
sun
Prior art date
Application number
RU2007119224/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007119224A (en
Inventor
Дмитрий Николаевич Рулев (RU)
Дмитрий Николаевич Рулев
Владимир Михайлович Стажков (RU)
Владимир Михайлович Стажков
Валерий Николаевич Платонов (RU)
Валерий Николаевич Платонов
Александр Иванович Спирин (RU)
Александр Иванович Спирин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority to RU2007119224/11A priority Critical patent/RU2354592C2/en
Publication of RU2007119224A publication Critical patent/RU2007119224A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2354592C2 publication Critical patent/RU2354592C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

FIELD: transport, space engineering.
SUBSTANCE: propose method designed to determine spacecraft solar battery maximum output comprises measuring the spacecraft orbit altitude for the angular half-width of the Earth disk visible from the spacecraft (Qz) and the angle of elevation of atmosphere top boundary (ε) above the Earth horizon visible from the spacecraft, determining the angular half-width of the Sun disk visible from the spacecraft (Qs) and measuring spacecraft orbital angular velocity (ω). It includes also measuring the angle between direction to the Sun and spacecraft orbit plane (β), measuring the angle of elevation of direction to the Sun above the Earth horizon visible from spacecraft (g) and maximum solar battery output at the batteries minimum temperature. The system, to this end, comprises the unit to measure the angle between direction to the Sun and spacecraft orbit plane, unit to measure the angle of elevation of direction to the Sun above the Earth horizon visible from spacecraft, the unit to measure spacecraft orbital angular velocity, the unit to measure the spacecraft orbit altitude variation, the unit to determine the angle of elevation of atmosphere top boundary (ε) above the Earth horizon visible from the spacecraft, the unit to determine the angular half-width of the Sun disk visible from the spacecraft. It incorporates also the unit to determine the orbit whereon solar battery maximum output is determined, the unit to generate identification parameters of solar batteries temperature conditions and key.
EFFECT: higher accuracy of determining solar battery maximum output.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области космической техники, а именно к системам электроснабжения (СЭС) космических аппаратов (КА), и может быть использовано при эксплуатации солнечных батарей (СБ) СЭС КА.The invention relates to the field of space technology, namely, power supply systems (SES) of spacecraft (SC), and can be used in the operation of solar panels (SB) SES SC.

Основной электрической характеристикой СБ является максимальная выходная мощность СБ (эта мощность отличается от текущей действительной выходной мощности, которая зависит от нагрузки и от влияния окружающей среды). На стадии проектирования и изготовления СБ (до запуска КА) осуществляется теоретический расчет рабочих характеристик СБ, который называют также расчетом выходных параметров СБ (см. [1]; см. [2], стр.49). Теоретический расчет рабочих характеристик СБ и прогнозирование процесса их деградации под действием факторов космического полета осуществляется с помощью ЭВМ, при этом расчет выходных параметров СБ основан на методе перемещений вольт-амперной характеристики, учитывающем различные влияния окружающей среды и параметров нагрузки на характеристики СБ (см. [2], стр.54).The main electrical characteristic of the SB is the maximum output power of the SB (this power differs from the current actual output power, which depends on the load and on the influence of the environment). At the design and manufacturing stage of the SB (before the SC launch), a theoretical calculation of the SB performance is carried out, which is also called the calculation of the SB output parameters (see [1]; see [2], p. 49). A theoretical calculation of the operational characteristics of the SB and prediction of the process of their degradation under the influence of space flight factors is carried out using a computer, while the calculation of the output parameters of the SB is based on the method of moving the current-voltage characteristics, taking into account various environmental influences and load parameters on the characteristics of the SB (see [ 2], p. 54).

Недостаток указанного способа определения максимальной выходной мощности СБ заключается в том, что используемые в расчетах модели факторов космического полета имеют ограниченную точность, что не позволяет получить достоверные данные о реальных характеристиках СБ в полете.The disadvantage of this method for determining the maximum output power of the SB is that the models of space flight factors used in the calculations have limited accuracy, which does not allow obtaining reliable data on the actual characteristics of the SB in flight.

Для контроля фактических характеристик СБ в полете проводятся специальные полетные операции - сеансы оценки эффективности СБ, в которых осуществляется измерение фактической максимальной выходной мощности СБ. По результатам определения максимальной выходной мощности СБ оценивается текущая эффективность СБ как отношение измеренной максимальной выходной мощности СБ к ее номинальному значению - проектному или некоторому исходному значению (например, на момент начала функционирования КА).To control the actual characteristics of the SB during flight, special flight operations are carried out - sessions of evaluating the effectiveness of the SB, in which the actual maximum output power of the SB is measured. Based on the results of determining the maximum output power of the SB, the current effectiveness of the SB is estimated as the ratio of the measured maximum output power of the SB to its nominal value - the design or some initial value (for example, at the time the spacecraft began to function).

Для определения выходной мощности СБ может быть использована система, представленная в [2], стр.48, реализующая модель солнечного элемента, соединенного с нагрузкой, и содержащая солнечный элемент, соединенный с блоком идеального ваттметра, соединенным с нагрузкой. При этом блок идеального ваттметра содержит датчики тока (амперметр) и напряжения (вольтметр) и вычислитель, реализующий определение выходной мощности Р солнечного элемента по формуле:To determine the SB output power, the system presented in [2], p. 48, which implements a model of a solar cell connected to a load and containing a solar cell connected to an ideal wattmeter unit connected to a load, can be used. In this case, the unit of an ideal wattmeter contains current sensors (ammeter) and voltage (voltmeter) and a calculator that determines the output power P of the solar cell by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где I - измеренное значение тока от солнечно элемента;where I is the measured current value from the solar cell;

V - измеренное напряжение.V is the measured voltage.

Наиболее близким из аналогов, принятым за прототип, является способ определения максимальной выходной мощности СБ КА, описанный в [3], стр.17-18. Суть способа заключается в следующем. Для определения максимальной выходной мощности СБ используют измеряемое значение максимального тока от СБ Im - тока, вырабатываемого при ориентации освещенной рабочей поверхности панелей СБ перпендикулярно солнечным лучам. Для этого панели СБ разворачивают в положение, соответствующее совмещению нормали к рабочей поверхности панелей СБ с направлением на Солнце. Такая ориентация СБ обеспечивает максимальный приход электроэнергии от СБ.The closest of the analogues adopted for the prototype is a method for determining the maximum output power of the SB SC, described in [3], p.17-18. The essence of the method is as follows. To determine the maximum output power of the SB, use the measured value of the maximum current from the SB I m - the current generated when the illuminated working surface of the SB panels is oriented perpendicular to the sun's rays. For this, the SB panels are deployed to a position corresponding to the normal to the working surface of the SB panels with the direction to the Sun. This orientation of the SB provides the maximum supply of electricity from the SB.

Система для реализации способа, принятого за прототип, описана в [3], стр.6, и содержит СБ, на жесткой подложке корпуса которой расположен блок фотоэлектрических батарей (БФБ), устройство поворота СБ (УПСБ), усилительно-преобразующее устройство (УПУ), блок управления ориентацией СБ по направлению на Солнце (БУОСБС), блок регуляторов тока (БРТ), датчик тока (ДТ), блок определения мощности (БОМ), блок управления системой энергоснабжения (БУСЭС) и шину электроснабжения (ШЭ). При этом выход БФБ, расположенного на СБ, соединен с БРТ, выход которого соединен с ШЭ, а БОМ подключен своими первым и вторым входами к, соответственно, ШЭ и ДТ, подключенному, в свою очередь, к ШЭ, причем выход БУСЭС подключен к входу БУОСБС, выход которого соединен входом УПУ, выход которого соединен с входом УПСБ, выход которого соединен со вторым входом БУОСБС, причем УПСБ механически соединено с СБ. При этом в описании системы-прототипа и ее блок-схемы (см. [3], стр.6-8) функция БОМ реализуется при функционировании блока зарядного устройства СЭС.The system for implementing the method adopted for the prototype is described in [3], p. 6, and contains an SB, on a rigid substrate of which there is a block of photovoltaic batteries (BFB), a rotation device of the SB (UPSB), an amplifier-conversion device (UPU) , a control unit for the orientation of the SB in the direction to the Sun (БУСБС), a block of current regulators (BRT), a current sensor (ДТ), a power determination unit (БОМ), a power supply system control unit (BUSES), and a power supply bus (ШЭ). In this case, the output of the BSE located on the SB is connected to the BRT, the output of which is connected to the ST, and the BOM is connected by its first and second inputs to, respectively, the ST and DT, which is connected, in turn, to the ST, and the output of the BUSES is connected to the input BUOSBS, whose output is connected to the input of the UPU, the output of which is connected to the input of the UPSB, the output of which is connected to the second input of the UPS, and the UPSB is mechanically connected to the SB. Moreover, in the description of the prototype system and its block diagram (see [3], pp. 6-8), the BOM function is realized when the SES charger unit is functioning.

Система работает следующим образом.The system operates as follows.

По команде с БУСЭС (9) блок БУОСБС (5) осуществляет управление ориентацией СБ (1) на Солнце. Входной информацией для алгоритма управления СБ (1) являются: положение единичного вектора направления на Солнце относительно связанных с КА осей координат; положение СБ относительно корпуса КА, получаемое в виде текущих измеренных значений угла α между текущим положением нормали к рабочей поверхности СБ и направлением на Солнце с датчиков угла (ДУ), установленных на УПСБ (3). При ориентации СБ на Солнце α≈0. Выходной информацией алгоритма управления являются команды на вращение СБ относительно оси выходного вала УПСБ (3) и команды на прекращение вращения, а ДУ УПСБ (3) выдают сигналы о текущем положении СБ (1).On command from BUSES (9), the BUOSBS unit (5) controls the orientation of the SB (1) to the Sun. Input information for the SB control algorithm (1) are: the position of the unit direction vector on the Sun relative to the coordinate axes associated with the spacecraft; the position of the SB relative to the spacecraft body, obtained in the form of the current measured values of the angle α between the current position of the normal to the working surface of the SB and the direction to the Sun from angle sensors (ДУ) installed on UPSB (3). When the SB is oriented to the Sun, α≈0. The output of the control algorithm are commands for rotating the SB relative to the axis of the output shaft of the UPSB (3) and commands for stopping rotation, and the remote control of the UPSB (3) give signals about the current position of the SB (1).

УПУ (4) играет роль интерфейса между БУОСБС (5) и УПСБ (3).The UPU (4) plays the role of an interface between the BSECS (5) and UPSB (3).

Электроэнергия от БФБ (2), установленных на СБ (1), через БРТ (6) поступает на шину питания СЭС ШЭ (10). ДТ (7) измеряет текущий ток на ШЭ (10) и измеренное значение тока поступает на БОМ (8), в котором осуществляется измерение напряжения на ШЭ (10) и по соотношению (1) рассчитывается значение выходной мощности СБ.Electricity from the BSE (2) installed on the SB (1), through the BRT (6) is supplied to the power supply bus of the SES SHE (10). DT (7) measures the current current on the BW (10) and the measured current value is supplied to the BOM (8), in which the voltage on the BW (10) is measured and the value of the output power of the SB is calculated by relation (1).

Известно (см. [2], стр.10-15), что эффективность работы солнечных элементов зависит от их температуры. При этом анализ выходных параметров СБ (см. [2], стр.49-51) включает анализ работы СБ во всем диапазоне температур - как при рабочей температуре, так и с учетом температуры при затемнении и неосвещенной СБ.It is known (see [2], pp. 10-15) that the efficiency of solar cells depends on their temperature. Moreover, the analysis of the output parameters of the SB (see [2], pp. 49-51) includes an analysis of the SB operation in the entire temperature range, both at the operating temperature and taking into account the temperature during darkening and unlit SB.

Способ и система, принятые за прототип, имеют существенный недостаток - они не позволяют учесть температурный режим СБ при определении максимальной выходной мощности СБ и оценке их эффективности.The method and system adopted for the prototype have a significant drawback - they do not allow to take into account the temperature regime of the SB when determining the maximum output power of the SB and evaluating their effectiveness.

Задачей, стоящей перед предлагаемым изобретением, является увеличение точности определения максимальной выходной мощности СБ за счет учета температурного режима СБ, а именно, обеспечения определения максимальной выходной мощности СБ как при максимальной установившейся рабочей температуре, так и при минимальной температуре СБ.The challenge facing the invention is to increase the accuracy of determining the maximum output power of the SB by taking into account the temperature regime of the SB, namely, to determine the maximum output power of the SB both at the maximum steady-state operating temperature and at the minimum temperature of the SB.

Технический результат достигается тем, что в способе определения максимальной выходной мощности солнечных батарей космического аппарата, включающем разворот панелей солнечных батарей в рабочее положение, соответствующее совмещению нормали к их освещенной рабочей поверхности с направлением на Солнце, измерение значения тока от солнечных батарей, измерение напряжения и определение максимальной выходной мощности солнечных батарей космического аппарата как произведение измеренных значений напряжения и тока от солнечных батарей, дополнительно измеряют высоту орбиты космического аппарата и определяют по ней значения углового полураствора видимого с космического аппарата диска Земли (Qz) и угла возвышения верхней границы атмосферы над видимым с космического аппарата горизонтом Земли (ε), определяют значение углового полураствора видимого с космического аппарата диска Солнца (Qs), измеряют угловую скорость орбитального движения космического аппарата (ω), измеряют угол между направлением на Солнце и плоскостью орбиты космического аппарата (β), на витках, на которых значение измеряемого угла β менее или равно значению β°, определяемому по формулеThe technical result is achieved in that in a method for determining the maximum output power of solar panels of a spacecraft, including turning solar panels into a working position, corresponding to combining the normal to their illuminated work surface with the direction to the Sun, measuring the current value from solar panels, measuring voltage and determining the maximum output power of the solar panels of the spacecraft as a product of the measured values of voltage and current from solar batteries, additional They carefully measure the orbit height of the spacecraft and determine from it the values of the angular half-solution of the Earth’s disk visible from the spacecraft (Q z ) and the elevation angle of the upper atmosphere above the Earth’s horizon visible from the spacecraft (ε), determine the value of the angular half-solution of the Sun’s disk visible from the spacecraft (Q s ), measure the angular velocity of the orbital motion of the spacecraft (ω), measure the angle between the direction to the Sun and the plane of the orbit of the spacecraft (β), on turns in which the value of the measured angle β is less than or equal to the value of β °, determined by the formula

β°=arccos(cos Qz/cos (Δt°ω/2)},β ° = arccos (cos Q z / cos (Δt ° ω / 2)},

где Δt° - требуемая минимально допустимая продолжительность теневого участка витка орбиты,where Δt ° is the required minimum allowable duration of the shadow portion of the orbit,

измеряют угол возвышения направления на Солнце над видимым с космического аппарата горизонтом Земли (g) и максимальную выходную мощность солнечных батарей при их минимальной температуре определяют как произведение значений напряжения и тока от солнечных батарей, измеренных в момент касания видимым с космического аппарата диском Солнца верхней границы атмосферы Земли на восходе Солнца, определяемый из условия равенства значения измеряемого угла g сумме значений углов ε и Qs при возрастании значения угла g, а максимальную выходную мощность солнечных батарей при максимальной установившейся рабочей температуре определяют как произведение значений напряжения и тока от солнечных батарей, измеренных в момент касания видимым с космического аппарата диском Солнца верхней границы атмосферы Земли на заходе Солнца, определяемый из условия равенства значения измеряемого угла g сумме значений углов ε и Qs при убывании значения угла g.they measure the angle of elevation of the direction to the Sun above the Earth’s horizon visible from the spacecraft (g) and the maximum output power of solar panels at their minimum temperature is determined as the product of the voltage and current from solar panels measured at the moment the solar disk touches the upper boundary of the atmosphere visible from the spacecraft Earth at sunrise, determined from the condition that the measured angle g is equal to the sum of the angles ε and Q s with increasing angle g, and the maximum output power solar cells at the maximum steady-state operating temperature is defined as the product of the voltage and current from the solar cells measured at the moment the solar disk visible from the spacecraft touches the upper boundary of the Earth’s atmosphere at sunset, determined from the condition that the measured angle g is equal to the sum of the angles ε and Q s as the angle g decreases.

При этом, поставленная задача решается тем, что в систему определения максимальной выходной мощности солнечных батарей космического аппарата, включающую солнечную батарею с блоком установленных на ней фотоэлектрических батарей, устройство поворота солнечных батарей, усилительно-преобразующее устройство, блок управления ориентацией солнечных батарей по направлению на Солнце, блок регуляторов тока, датчик тока, блок определения мощности, блок управления системой электроснабжения и шину электроснабжения, при этом выход блока фотоэлектрических батарей соединен со входом блока регуляторов тока, выход которого соединен с шиной электроснабжения, к которой подключены датчик тока и блок определения мощности, а выход блока управления системой электроснабжения соединен с первым входом блока управления ориентацией солнечных батарей по направлению на Солнце, выход которого соединен с входом усилительно-преобразующего устройства, выход которого соединен с входом устройства поворота солнечных батарей, выход которого соединен со вторым входом блока управления ориентацией солнечных батарей по направлению на Солнце, причем устройство поворота солнечных батарей механически соединено с солнечной батареей, дополнительно введены блок измерения угла между направлением на Солнце и плоскостью орбиты космического аппарата, блок измерения угла возвышения направления на Солнце над видимым с космического аппарата горизонтом Земли, блок измерения угловой скорости орбитального движения космического аппарата, блок измерения высоты орбиты космического аппарата, блок определения угла возвышения верхней границы атмосферы Земли над видимым с космического аппарата горизонтом Земли, блок определения угла полураствора видимого с космического аппарата диска Солнца, блок определения витка выполнения операции определения максимальной выходной мощности солнечных батарей, блок определения моментов определения максимальной выходной мощности солнечных батарей, блок формирования идентификационных параметров температурных режимов солнечных батарей и ключ, при этом второй вход блока определения мощности соединен с выходом ключа, информационный и управляющий входы которого соединены с выходами, соответственно, датчика тока и блока определения моментов определения максимальной выходной мощности солнечных батарей, с первого по четвертый входы которого соединены с выходами, соответственно, блока измерения угла возвышения направления на Солнце над видимым с космического аппарата горизонтом Земли, блока определения угла полураствора видимого с космического аппарата диска Солнца, блока определения угла возвышения верхней границы атмосферы Земли над видимым с космического аппарата горизонтом Земли и блока определения витка выполнения операции определения максимальной выходной мощности солнечных батарей, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами, соответственно, блока измерения угла между направлением на Солнце и плоскостью орбиты космического аппарата, блока измерения угловой скорости орбитального движения космического аппарата и блока измерения высоты орбиты космического аппарата, выход которого соединен также с входом блока определения угла возвышения верхней границы атмосферы Земли над видимым с космического аппарата горизонтом Земли, а выход блока измерения угла возвышения направления на Солнце над видимым с космического аппарата горизонтом Земли также соединен с входом блока формирования идентификационных параметров температурных режимов солнечных батарей, выход которого соединен с третьим входом блока определения мощности.In this case, the task is solved in that in the system for determining the maximum output power of the solar panels of the spacecraft, including a solar battery with a block of photovoltaic batteries installed on it, a device for turning solar panels, an amplifying-converting device, a control unit for orienting the solar panels in the direction to the Sun , a block of current regulators, a current sensor, a power determination unit, a power supply system control unit and a power supply bus, while the output of the photoelectric unit batteries is connected to the input of the current regulator unit, the output of which is connected to the power supply bus, to which the current sensor and the power determination unit are connected, and the output of the power supply control unit is connected to the first input of the control unit for orientation of the solar batteries in the direction to the Sun, the output of which is connected to the input of the amplifier-converting device, the output of which is connected to the input of the solar battery rotation device, the output of which is connected to the second input of the orientation control unit with solar batteries in the direction to the Sun, and the solar battery rotation device is mechanically connected to the solar battery, an angle measurement unit between the direction to the Sun and the orbit plane of the spacecraft, a unit for measuring the angle of elevation of the direction to the Sun above the Earth’s horizon visible from the spacecraft, a measurement unit the angular velocity of the orbital motion of the spacecraft, the unit for measuring the height of the orbit of the spacecraft, the unit for determining the elevation angle of the upper boundary of the atmosphere the Earth’s spheres above the Earth’s horizon visible from the spacecraft, the half-angle block for determining the solar disk visible from the spacecraft, the coil determination unit for determining the maximum output power of solar batteries, the unit for determining the moments for determining the maximum output power of solar batteries, the unit for generating identification parameters of solar temperature batteries and a key, while the second input of the power determination unit is connected to the output of the key, information and control the inputs of which are connected to the outputs, respectively, of the current sensor and the unit for determining the moments of determining the maximum output power of solar batteries, the first to fourth inputs of which are connected to the outputs, respectively, of the unit for measuring the angle of elevation of the direction to the Sun above the Earth’s horizon visible from the spacecraft, block determining the half-angle angle of the solar disk visible from the spacecraft, the block determining the angle of elevation of the upper boundary of the Earth's atmosphere above the horizontal horizon visible from the spacecraft ntom of the Earth and the unit for determining the turn of the operation of determining the maximum output power of solar batteries, the first, second and third inputs of which are connected to the outputs, respectively, of the unit for measuring the angle between the direction to the Sun and the orbital plane of the spacecraft, the unit for measuring the angular velocity of the orbital motion of the spacecraft and a unit for measuring the height of the orbit of a spacecraft, the output of which is also connected to the input of the unit for determining the angle of elevation of the upper boundary of the Earth’s atmosphere above visible m from the spacecraft to the Earth’s horizon, and the output of the block measuring the angle of elevation of the direction to the Sun above the Earth’s horizon visible from the spacecraft is also connected to the input of the unit for identifying the temperature parameters of solar batteries, the output of which is connected to the third input of the power determination unit.

Суть предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлено: на фиг.1 - схема освещения СБ при заходе и восходе Солнца; на фиг.2 - схема освещения витка орбиты КА Солнцем; на фиг.3 - блок-схема системы для осуществления предлагаемого способа; на фиг.4 - график прихода электроэнергии от СБ российского сегмента (PC) международной космической станции (МКС).The essence of the invention is illustrated by drawings, which show: in Fig.1 - a diagram of the lighting of the SB at sunset and sunrise; figure 2 - lighting scheme of the orbit of the spacecraft orbit by the Sun; figure 3 is a block diagram of a system for implementing the proposed method; figure 4 is a graph of the arrival of electricity from the SB of the Russian segment (PC) of the international space station (ISS).

Поясним предложенные в способе действия.Let us explain the proposed method of action.

Равновесная рабочая температура СБ (Траб) и температура неосвещенной СБ (Тт) определяются термомеханическими и электрическими свойствами СБ и, например, могут быть рассчитаны по соотношениям, представленным в [2], стр.90. Температура СБ при попадании ее в тень зависит от времени затемнения, но если период тени длится более определенного времени (в [2], стр.96, приведена оценка данного времени 30 мин), то температура неосвещенной СБ практически не зависит от Траб, т.е. в конце тени достигается минимальная температура СБ в полете. При этом равновесная рабочая температура в установившемся режиме работы СБ является максимальной температурой СБ в полете.The equilibrium operating temperature of the SB (T slave ) and the temperature of the unlit SB (T t ) are determined by the thermomechanical and electrical properties of the SB and, for example, can be calculated from the ratios presented in [2], p.90. The SB temperature when it enters the shadow depends on the dimming time, but if the shadow period lasts more than a certain time (in [2], p. 96, an estimate of this time is given for 30 min), then the temperature of the unlit SB is practically independent of T slave , t .e. at the end of the shadow, the minimum SB temperature in flight is reached. In this case, the equilibrium operating temperature in the steady state operating mode of the SB is the maximum temperature of the SB in flight.

В полете КА данные минимальная и максимальная температуры гарантированно достигаются, соответственно, к моменту окончания теневого участка орбиты (при условии, что его продолжительность не менее требуемой величины) и к моменту выхода на установившийся температурный режим работы СБ на освещенном участке орбиты. Данный режим устанавливается через определенное время после выхода КА на свет (например, 15-20 мин для СБ PC МКС), естественно, при очевидном условии, что СБ КА ориентированы на Солнце и не затенены от Солнца элементами конструкции КА. Таким образом, принимается, что к концу освещенного участка орбиты КА СБ, находящиеся в рабочем положении - ориентированные на Солнце и освещенные Солнцем (не затененные элементами конструкции КА), гарантированно выходят на установившийся температурный режим работы.In spacecraft flight, these minimum and maximum temperatures are guaranteed to be reached, respectively, by the time the shadow portion of the orbit ends (provided that its duration is not less than the required value) and by the time the SB reaches the established temperature mode of operation in the illuminated portion of the orbit. This mode is established after a certain time after the spacecraft comes to light (for example, 15-20 minutes for the ISS PC PC), of course, under the obvious condition that the satellites are oriented to the Sun and are not obscured from the Sun by the spacecraft design elements. Thus, it is assumed that by the end of the illuminated portion of the orbit of the spacecraft, satellites in the working position — oriented toward the sun and illuminated by the sun (not obscured by the spacecraft’s structural elements), are guaranteed to reach a steady-state temperature regime.

Наряду с этим известно (см. [2], стр.272), что солнечное излучение, поступающее к Земле, отражается от ее поверхности, от облаков, рассеивается атмосферой. Энергия отраженного излучения, сосредоточенная в спектральном диапазоне области чувствительности солнечных элементов СБ, воспринимается СБ и увеличивает их выходную мощность. Таким образом, кроме прямого солнечного излучения на СБ попадает поток отраженного от Земли излучения, что вносит неопределенность в определение максимальной выходной мощности СБ и в последующее решение задачи оценки их эффективности. Неопределенность при этом заключается в наличии не прогнозируемого и не подлежащего учету завышения получаемых значений выходной мощности СБ.Along with this, it is known (see [2], p. 272) that solar radiation entering the Earth is reflected from its surface, from clouds, and is scattered by the atmosphere. The energy of reflected radiation, concentrated in the spectral range of the sensitivity range of solar cells SB, is perceived by SB and increases their output power. Thus, in addition to direct solar radiation, the SB receives a stream of radiation reflected from the Earth, which introduces uncertainty in determining the maximum output power of the SB and in the subsequent solution of the problem of evaluating their effectiveness. Uncertainty in this case lies in the presence of not predicted and not subject to overestimation of the obtained values of the output power of the SB.

Однако в моменты начала и конца освещенного участка орбиты КА направление потока солнечного излучения, поступающего на КА, проходит по касательной к поверхности Земли - в этом случае отраженного от Земли излучения, поступающего на СБ КА, не возникает кроме излучения от лимба, образованного подсвеченной Солнцем атмосферой Земли, влияние которого на генерацию электроэнергии СБ пренебрежительно мало в сравнении с поступающим на СБ прямым излучением от Солнца. Это, в частности, иллюстрируется графиком, представленным на фиг.4, - в момент захода Солнца (при работе СБ в установившемся температурном режиме) повышения прихода электроэнергии на СБ не происходит.However, at the beginning and end of the illuminated portion of the spacecraft’s orbit, the direction of the flow of solar radiation entering the spacecraft passes tangentially to the Earth’s surface — in this case, the radiation reflected from the Earth entering the spacecraft’s SB does not arise except from radiation from the limb formed by the atmosphere illuminated by the Sun The Earth, whose influence on the power generation of the SB is negligible in comparison with the direct radiation coming from the Sun to the SB. This, in particular, is illustrated by the graph shown in figure 4, - at the time of sunset (when the SB works in a steady temperature mode), the increase in energy supply to the SB does not occur.

Таким образом, в конце освещенного участка орбиты КА достигается выход на установившийся температурный режим работы СБ и, одновременно, отсутствует непрогнозируемое и не подлежащее учету завышение значений выходной мощности СБ от возможного попадания отраженного от Земли излучения на СБ (т.е. отсутствует негативное влияние отраженного от Земли излучения на операцию определения максимальной выходной мощности СБ).Thus, at the end of the illuminated portion of the spacecraft’s orbit, the SS reaches the steady-state temperature mode of operation and, at the same time, there is no unpredictable and not accountable overestimation of the SB output power values from the possible impact of radiation reflected from the Earth on the SB (i.e., there is no negative effect of the reflected radiation from the Earth to the operation of determining the maximum output power of the SB).

В предлагаемом техническом решении при определении максимальной выходной мощности СБ выполняется определение выходной мощности СБ в максимально возможном диапазоне температур СБ - при минимальной температуре в начале освещенного участка орбиты и при максимальной установившейся рабочей температуре в конце освещенного участка орбиты.In the proposed technical solution, when determining the maximum output power of the SB, the output power of the SB is determined in the maximum possible temperature range of the SB - at the minimum temperature at the beginning of the illuminated portion of the orbit and at the maximum steady-state operating temperature at the end of the illuminated portion of the orbit.

На фиг.1, поясняющей схему освещения СБ при заходе и восходе Солнца, построение выполнено в плоскости, образованной радиус-вектором КА и направлением на Солнце, и введены обозначения:In Fig. 1, which explains the lighting scheme of the SB at sunset and sunrise, the construction is performed in the plane formed by the radius vector of the spacecraft and the direction to the Sun, and the notation is introduced:

Р - СБ КА;R - SB KA;

N - нормаль к рабочей поверхности панелей СБ;N is the normal to the working surface of the SB panels;

С - центр видимого с КА диска Солнца;C is the center of the disk of the Sun visible from the spacecraft;

S, PC - вектора направления от КА на центр диска Солнца;S, PC — direction vector from the spacecraft to the center of the solar disk;

Z - Земля;Z - Earth;

О - центр Земли;O is the center of the earth;

D - поверхность Земли;D is the surface of the earth;

G - верхняя граница атмосферы Земли;G is the upper boundary of the Earth's atmosphere;

Натм - высота верхней границы атмосферы Земли от поверхности Земли;H atm - the height of the upper boundary of the Earth’s atmosphere from the Earth’s surface;

Qz - угол полураствора видимого с КА диска Земли;Q z is the half-angle of the Earth’s disk visible from the spacecraft;

Rz - радиус Земли;R z is the radius of the Earth;

Норб - высота орбиты КА;H orb - the height of the orbit of the spacecraft;

g - угол возвышения направления на Солнце над видимым с КА горизонтом Земли;g is the angle of elevation of the direction to the Sun above the Earth's horizon visible with the SC;

ε - угол возвышения верхней границы атмосферы Земли над видимым с КА горизонтом Земли;ε is the elevation angle of the upper boundary of the Earth’s atmosphere above the Earth’s horizon visible with the SC;

Qs - угол полураствора видимого с КА диска Солнца.Q s is the half-angle of the solar disk visible from the spacecraft.

Рассматриваем текущую ориентацию СБ, при которой нормаль к рабочей поверхности панелей СБ N совмещена с направлением на Солнце S.We consider the current orientation of the SB, in which the normal to the working surface of the SB panels N is aligned with the direction to the Sun S.

После выхода КА на свет наиболее ранний момент времени (t1), когда КА будет освещен полным диском Солнца (без «затенения» части видимого с КА солнечного диска атмосферой Земли), соответствует выполнению условия (см. фиг.1):After the spacecraft comes to light, the earliest point in time (t 1 ), when the spacecraft is illuminated by the full solar disk (without “shading” part of the solar disk visible from the spacecraft by the Earth’s atmosphere), corresponds to the following condition (see figure 1):

Figure 00000002
Figure 00000002

Этим же условием определяется и наиболее поздний момент времени (t2) на освещенной части витка орбиты, когда КА освещен излучением от полного солнечного диска. При превышении углом g данного значения (между моментами времени t1 и t2) уже начинает негативно проявляться эффект дополнительного поступления на СБ КА отраженного от Земли излучения.The same condition determines the latest time (t 2 ) on the illuminated part of the orbit, when the spacecraft is illuminated by radiation from the full solar disk. When the angle g exceeds this value (between time instants t 1 and t 2 ), the effect of the additional arrival of radiation reflected from the Earth to the SC SB will already begin to negatively manifest.

Слой атмосферы Земли, который рассеивает поступающее на КА излучение от Солнца, задается высотой своей верхней границы от поверхности Земли Натм (см. [7], стр.19-20, стр.128-160). Определение угла ε осуществляется по следующей формуле:The layer of the Earth’s atmosphere, which scatters the radiation arriving at the spacecraft from the Sun, is set by the height of its upper boundary from the Earth’s surface N atm (see [7], pp. 19-20, pp. 128-160). The determination of the angle ε is carried out according to the following formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

гдеWhere

Figure 00000004
Figure 00000004

Определение угла Qs осуществляется по методике, используемой при расчете таблиц видимого радиуса Солнца Астрономического ежегодника (см. [8], стр.624).The determination of the angle Q s is carried out according to the technique used in calculating the tables of the apparent radius of the Sun of the Astronomical Yearbook (see [8], p. 624).

На фиг.2, представляющей схему освещения витка орбиты КА Солнцем, дополнительно обозначено:Figure 2, representing the lighting scheme of the orbit of the spacecraft orbit by the Sun, is additionally indicated:

Nорб - нормаль к плоскости орбиты КА;N orb is the normal to the orbital plane of the spacecraft;

V - вектор скорости КА;V is the spacecraft velocity vector;

β - угол между направлением на Солнце и плоскостью орбиты КА;β is the angle between the direction to the Sun and the orbital plane of the spacecraft;

Тв, Тз - положения КА в моменты, соответственно, восхода и захода Солнца tв и tз (в моменты начала и конца освещенного участка орбиты);T in , T s - the position of the spacecraft at the moments, respectively, of sunrise and sunset t in and t s (at the moments of the beginning and end of the illuminated portion of the orbit);

Тт и Тс - положения КА в моменты середины теневого участка и середины освещенного участка орбиты;T t and T s - the position of the spacecraft at the moments of the middle of the shadow portion and the middle of the illuminated portion of the orbit;

ТвК - проекция направления на Солнце на плоскость орбиты КА;T in K - the projection of the direction to the Sun on the plane of the orbit of the spacecraft;

γ - угол между направлениями ТвО и TвK;γ is the angle between the directions of T in O and T in K;

T1, Т2 - положения КА в моменты времени, соответственно, t1 и t2.T 1 , T 2 - the position of the spacecraft at time, respectively, t 1 and t 2 .

Продолжительность теневого участка орбиты Δt:The duration of the shadow portion of the orbit Δt:

Figure 00000005
Figure 00000005

определяется из равенства углов ТтОТв, ТтОТз, ОТвК и из соотношения, получаемого как решение прямоугольного сферического треугольника, образованного направлениями ТвС, ТвО, ТвК, в котором угол СТвК=β, угол CTвO=Qz, угол ОТвК=γ:is determined from the equality of the angles T t OT in , T t OT s , OT in K and from the ratio obtained as a solution of a rectangular spherical triangle formed by the directions T in C, T in O, T in K, in which the angle ST in K = β , the angle CT in O = Q z , the angle OT in K = γ:

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

где ω - угловая скорость орбитального движения КА.where ω is the angular velocity of the orbital motion of the spacecraft.

Условие длительности тени не менее заданного значения Δt°:The condition for the duration of the shadow is not less than the specified value Δt °:

Figure 00000010
Figure 00000010

определяется выполнением соотношения:determined by the fulfillment of the ratio:

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

Таким образом, условие (10) выполняется только на витках, на которых значение угла β ограничено сверху максимально допустимым значением β°:Thus, condition (10) is satisfied only on the turns at which the value of the angle β is bounded above by the maximum allowable value β °:

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

При этом максимально возможное значение Δt°, реализуемое для конкретного КА, задается соотношениемIn this case, the maximum possible value Δt ° realized for a particular spacecraft is given by the relation

Figure 00000017
Figure 00000017

Для реализации способа предлагается система, представленная на фиг.3 и содержащая следующие блоки:To implement the method, a system is proposed, presented in figure 3 and containing the following blocks:

1 - СБ; 2 - БФБ; 3 - УПСБ; 4 - УПУ; 5 - БУОСБС; 6 - БРТ; 7 - ДТ; 8 - БОМ; 9 - БУСЭС; 10 - ШЭ;1 - SB; 2 - BSE; 3 - UPSB; 4 - UPU; 5 - BUOSBS; 6 - BRT; 7 - DT; 8 - BOM; 9 - BUSES; 10 - SE;

11 - блок измерения угла между направлением на Солнце и плоскостью орбиты космического аппарата (БИУСПОКА),11 is a block measuring the angle between the direction of the Sun and the plane of the orbit of the spacecraft (BIUSPOKA),

12 - блок определения витка выполнения операции определения максимальной выходной мощности солнечных батарей (БОВОМВМСБ);12 - block determining the turn of the operation of determining the maximum output power of solar batteries (BOVOMVMSB);

13 - блок измерения угла возвышения направления на Солнце над видимым с космического аппарата горизонтом Земли (БИУВСГЗ);13 - unit for measuring the angle of elevation of the direction to the Sun above the Earth's horizon visible from the spacecraft (BIUVSGZ);

14 - блок определения моментов определения максимальной выходной мощности солнечных батарей (БОМОМВМСБ);14 - unit for determining the moments of determining the maximum output power of solar batteries (BOMOMVMSB);

15 - блок измерения угловой скорости орбитального движения космического аппарата (БИУСОДКА);15 - unit for measuring the angular velocity of the orbital motion of the spacecraft (BIUSODKA);

16 - блок измерения высоты орбиты космического аппарата (БИВОКА);16 - unit for measuring the height of the orbit of the spacecraft (BIVOKA);

17 - блок определения угла возвышения верхней границы атмосферы Земли над видимым с КА горизонтом Земли (БОУВВГАГЗ).17 is a block for determining the elevation angle of the upper boundary of the Earth’s atmosphere above the Earth’s horizon visible with the SC (BOUVVGAGZ).

18 - блок определения угла полураствора видимого с КА диска Солнца (БОУПДС);18 - block determining the half-angle of the solar disk visible from the spacecraft (BOPSA);

19 - блок формирования идентификационных параметров температурных режимов солнечных батарей (БФИПТРСБ);19 - unit for the formation of identification parameters of the temperature conditions of solar batteries (BFIPTRSB);

20 - ключ,20 is the key

при этом выход БФБ (2), расположенного на СБ (1), соединен с БРТ (6), выход которого соединен с ШЭ (10), к которой подключены ДТ (7) и БОМ (8), второй вход которого соединен с выходом ключа (20). Информационный и управляющий входы ключа (20) соединены с выходами, соответственно, ДТ (7) и БОМОМВМСБ (14). С первого по четвертый входы БОМОМВМСБ (14) соединены с выходами, соответственно, БИУВСГЗ (13), БОУПДС (18), БОУВВГАГЗ (17) и БОВОМВМСБ (12). Первый, второй и третий входы БОВОМВМСБ (12) соединены с выходами, соответственно, БИУСПОКА (11), БИУСОДКА (15) и БИВОКА (16). Выход БИВОКА (16) также соединен с входом БОУВВГАГЗ (17). Выход БИУВСГЗ (13) также соединен с входом БФИПТРСБ (19), выход которого соединен с третьим входом БОМ (8). Выход БУСЭС (9) подключен к входу БУОСБС (5), выход которого соединен входом УПУ (4), выход которого соединен с входом УПСБ (3), выход которого соединен со вторым входом БУОСБС (5). УПСБ (3) механически соединено с СБ (1).the output of the BFB (2) located on the SB (1) is connected to the BRT (6), the output of which is connected to the BW (10), to which the DT (7) and the BOM (8) are connected, the second input of which is connected to the output key (20). The information and control inputs of the key (20) are connected to the outputs, respectively, DT (7) and BOMOMVMSB (14). From the first to the fourth inputs of the BOMOMVMSB (14) are connected to the outputs, respectively, BIUVSGZ (13), BOUPDS (18), BOUVVGAGZ (17) and BOVOMVMSB (12). The first, second and third inputs of BOVOMVMSB (12) are connected to the outputs, respectively, BIUSPOKA (11), BIUSODKA (15) and BIVOKA (16). The output BIVOKA (16) is also connected to the input BOUVVGAGZ (17). The output of BIUVSGZ (13) is also connected to the input of BFIPTRSB (19), the output of which is connected to the third input of the BOM (8). The output of the BUSES (9) is connected to the input of the UPS (5), the output of which is connected to the input of the UPU (4), the output of which is connected to the input of UPSB (3), the output of which is connected to the second input of the UPS (5). UPSB (3) is mechanically connected to SB (1).

На фиг.3 пунктиром показана механическая связь УПСБ (3) с корпусом СБ (1) через выходной вал привода СБ.In Fig. 3, the dotted line shows the mechanical connection of the UPSB (3) with the SB body (1) through the output shaft of the SB drive.

Система работает следующим образом.The system operates as follows.

По команде с БУСЭС (9) блок БУОСБС (5) осуществляет управление ориентацией СБ (1) на Солнце. Входной информацией для алгоритма управления СБ (1) являются: положение единичного вектора направления на Солнце относительно связанных с КА осей координат; положение СБ относительно корпуса КА, получаемое в виде текущих измеренных значений угла α между текущим положением нормали к рабочей поверхности СБ и направлением на Солнце с датчиков угла (ДУ), установленных на УПСБ (3). При ориентации СБ на Солнце α≈0. Выходной информацией алгоритма управления являются команды на вращение СБ относительно оси выходного вала УПСБ (3) и команды на прекращение вращения, а ДУ УПСБ (3) выдают сигналы о текущем положении СБ (1).On command from BUSES (9), the BUOSBS unit (5) controls the orientation of the SB (1) to the Sun. Input information for the SB control algorithm (1) are: the position of the unit direction vector on the Sun relative to the coordinate axes associated with the spacecraft; the position of the SB relative to the spacecraft body, obtained in the form of the current measured values of the angle α between the current position of the normal to the working surface of the SB and the direction to the Sun from angle sensors (ДУ) installed on UPSB (3). When the SB is oriented to the Sun, α≈0. The output of the control algorithm are commands for rotating the SB relative to the axis of the output shaft of the UPSB (3) and commands for stopping rotation, and the remote control of the UPSB (3) give signals about the current position of the SB (1).

УПУ (4) играет роль интерфейса между БУОСБС (5) и УПСБ (3).The UPU (4) plays the role of an interface between the BSECS (5) and UPSB (3).

Электроэнергия от БФБ (2), установленных на СБ (1), через БРТ (6) поступает на шину питания СЭС ШЭ (10). ДТ (7) измеряет текущий ток на ШЭ (10) и измеренное значение тока поступает на информационный вход ключа (20). В исходном состоянии ключ (20) «закрыт».Electricity from the BSE (2) installed on the SB (1), through the BRT (6) is supplied to the power supply bus of the SES SHE (10). DT (7) measures the current current on the ST (10) and the measured current value is supplied to the information input of the key (20). In the initial state, the key (20) is “closed”.

В БИУСПОКА (11) определяется угол между направлением на Солнце и плоскостью орбиты КА β. В БИУСОДКА (15) осуществляется измерение угловой скорости орбитального движения КА ω. В БИВОКА (16) выполняется измерение высоты орбиты КА Норб. Полученные значения передаются в БОВОМВМСБ (12).In BIUSPOK (11), the angle between the direction to the Sun and the orbit plane of the spacecraft β is determined. In BIUSODKA (15), the angular velocity of the spacecraft orbital motion ω is measured. In BIVOKA (16), the measurement of the orbit height of the spacecraft N orb is performed. The obtained values are transmitted to BOVOMVMSB (12).

В БОВОМВМСБ (12) по соотношению (4) определяется значение угла Qz, по соотношению (16) определяется значение β° и проверкой условия (15) определяется возможность выполнения операции по определению максимальной выходной мощности СБ на текущем витке орбиты КА. При выполнении условия (15) БОВОМВМСБ (12) генерирует сигнал, поступающий на вход БОМОМВМСБ (14).In BOVOMVMSB (12), the angle Q z is determined by relation (4), β ° is determined by relation (16), and condition (15) is checked to determine whether the maximum output power of the SB can be determined at the current orbit of the spacecraft. When condition (15) is met, BOMOMVMSB (12) generates a signal supplied to the input of BOMOMVMSB (14).

При этом в БИУВСГЗ (13) определяется текущий угол возвышения Солнца над видимым с КА горизонтом Земли g. Измеренное значение высоты орбиты от БИВОКА (16) также передается в БОУВВГАГЗ (17), в котором по соотношениям (3), (4) определяется значение угла ε. В БОУПДС (18) выполняется определение угла полураствора видимого с КА диска Солнца Qs. Данные значения поступают в БОМОМВМСБ (14).At the same time, in the BIUVSGZ (13), the current elevation angle of the Sun above the Earth's horizon g, visible with the SC, is determined. The measured value of the orbit height from BIVOKA (16) is also transmitted to BOUVVAGAGZ (17), in which the value of the angle ε is determined from relations (3), (4). In BOPSDS (18), the half-angle angle of the solar disk Q s visible from the spacecraft is determined. These values are received by the BOMOMVMSB (14).

По поступлении управляющего сигнала от БОВОМВМСБ (12) БОМОМВМСБ (14) проверкой условия (2) определяет моменты t1 и t2, в которые будут выполняться измерения текущего тока от СБ для определения максимальной выходной мощности СБ при разных температурных режимах функционирования СБ. При выполнении условия (2) БОМОМВМСБ (14) генерирует сигнал, поступающий на управляющий вход ключа (20).Upon receipt of the control signal from BOVOMVMSB (12), BOMOMVMSB (14) by checking conditions (2) determines the moments t 1 and t 2 at which current current measurements from the SB will be performed to determine the maximum output power of the SB at different temperature conditions of the SB functioning. When condition (2) is fulfilled, the BOMOMVMSB (14) generates a signal supplied to the control input of the key (20).

В БФИПТРСБ (19) осуществляется формирование идентификационных параметров температурных режимов работы СБ. Например, формируется идентификационный параметр, равный «1» при возрастании угла g (данное значение соответствует случаю минимальной температуры СБ на восходе Солнца) и равный «2» при убывании угла g (данное значение соответствует случаю максимальной установившейся рабочей температуры СБ на заходе Солнца). Значения сформированных параметров передаются в БОМ (8).In BFIPTRSB (19), the identification parameters of the temperature conditions of the SB are formed. For example, an identification parameter is formed equal to “1” when the angle g increases (this value corresponds to the case of the minimum SB temperature at sunrise) and equal to “2” when the angle g decreases (this value corresponds to the case of the maximum steady-state working temperature of the SB at sunset). The values of the generated parameters are transferred to the BOM (8).

По поступлении сигнала на управляющий вход ключа (20) ключ (20) «открыт» и через него измеренное значение тока с ДТ (7) поступает на БОМ (8), в котором осуществляется измерение напряжения на ШЭ (10) и по соотношению (1) рассчитывается значение выходной мощности СБ. При этом идентификация температурных режимов функционирования СБ, при которых были выполнены определения выходной мощности СБ, осуществляется по поступающим от БФИПТРСБ (19) соответствующим идентификационным параметрам.Upon receipt of the signal at the control input of the key (20), the key (20) is “open” and through it the measured current value from the DT (7) is supplied to the BOM (8), in which the voltage is measured at the ST (10) and according to the relation (1) ) the value of the output power of the SB is calculated. In this case, the identification of the temperature regimes of the SB operation, at which the output power of the SB were determined, is carried out by the corresponding identification parameters received from the BFIPTRSB (19).

Реализация БИУСПОКА (11), БИУВСГЗ (13), БИУСОДКА (15), БИВОКА (16) может быть выполнена на базе датчиков и аппаратуры Системы управления и навигации (СУДН) и Бортовой цифровой вычислительной системы (БЦВС) КА (см. [4], [5]). Реализация БОВОМВМСБ (12), БОМОМВМСБ (14), БОУВВГАГЗ (17), БОУПДС (18) и БФИПТРСБ (19) может быть выполнена на базе БЦВС КА. Ключ (20) может быть выполнен в виде элементарной аналоговой схемы. СБ (1), БФБ (2), УПСБ (3), УПУ (4), БУОСБС (5), БРТ (6), ДТ (7), БОМ (8), БУСЭС (9) могут быть выполнены на базе элементов СЭС (см. [1]).Implementation of BIUSPOK (11), BIUVSGZ (13), BIUSODKA (15), BIVOKA (16) can be performed on the basis of sensors and equipment of the Control and Navigation System (SUDN) and the On-Board Digital Computing System (BTsVS) of the spacecraft (see [4] , [5]). Implementation of BOMOMVMSB (12), BOMOMVMSB (14), BOUVVGAGZ (17), BOUPDS (18) and BFIPTRSB (19) can be performed on the basis of the BCVS KA. The key (20) can be made in the form of an elementary analog circuit. SB (1), BSE (2), UPSB (3), UPU (4), BUOSBS (5), BRT (6), DT (7), BOM (8), BUSES (9) can be made on the basis of elements SES (see [1]).

Таким образом, рассмотрен пример реализации основополагающих блоков системы, по результатам которых принимается решение и реализуются предложенные операции.Thus, an example of the implementation of the fundamental blocks of the system is considered, according to the results of which a decision is made and the proposed operations are implemented.

Опишем технический эффект предлагаемых изобретений.We describe the technical effect of the proposed inventions.

Предлагаемое техническое решение позволяет увеличить точность определения максимальной выходной мощности СБ за счет учета температурного режима СБ, а именно, обеспечения определения максимальной выходной мощности СБ как при максимальной установившейся рабочей температуре, так и при минимальной температуре СБ. При этом увеличение точности определения выходной мощности СБ достигается также за счет минимизации (исключения) использования отраженного от Земли излучения для выработки электроэнергии при выполнении операции определения максимальной выходной мощности СБ, чем устраняется непрогнозируемое и не подлежащее учету завышение текущих значений выходной мощности СБ.The proposed technical solution allows to increase the accuracy of determining the maximum output power of the SB by taking into account the temperature regime of the SB, namely, ensuring the determination of the maximum output power of the SB both at the maximum steady-state operating temperature and at the minimum temperature of the SB. At the same time, an increase in the accuracy of determining the output power of the SB is also achieved by minimizing (eliminating) the use of radiation reflected from the Earth to generate electricity during the operation to determine the maximum output power of the SB, which eliminates the unpredictable and not subject to overstating current values of the output power of the SB.

Для иллюстрации на фиг.4 представлен график прихода электроэнергии от СБ PC MKC I(А) от времени t (сек) в течение витка орбиты при поддержании ориентации СБ на Солнце: 02.02.2004 г., виток 1704 (телеметрический номер), время 17.35-19.06 ДВМ, ориентация ИСК (см. [6]). На графике отмечены моменты времени t1 и t2, соответствующие выполнению условия (2) на восходе (при возрастании угла g) и на заходе (при убывании угла g), - для орбиты MKC данные моменты времени очень близки к моментам восхода и захода Солнца. Горизонтальными пунктирными линиями отмечены уровни прихода электроэнергии в моменты времени t1 и t2.For illustration, Fig. 4 shows a graph of the arrival of electricity from SB SB MKC I (A) versus time t (sec) during an orbit while maintaining the SB orientation to the Sun: 02.02.2004, turn 1704 (telemetric number), time 17.35 -19.06 DWM, orientation of ISK (see [6]). The time points t 1 and t 2 corresponding to the fulfillment of condition (2) at sunrise (with increasing angle g) and at approach (with decreasing angle g) are marked on the graph; for MKC orbit, these time moments are very close to the times of sunrise and sunset . Horizontal dashed lines indicate the levels of electric power arrival at time t 1 and t 2 .

Источники информацииInformation sources

1. Система электроснабжения КА. Техническое описание. 300ГК.20Ю. 0000-АТО. РКК «Энергия», 1998.1. The power supply system of the spacecraft. Technical description. 300GK.20Yu. 0000-ATO. RSC Energia, 1998.

2. Раушенбах Г. Справочник по проектированию солнечных батарей. Москва, Энергоатомиздат, 1983.2. Rauschenbach G. Handbook for the design of solar panels. Moscow, Energoatomizdat, 1983.

3. Ковтун B.C., Соловьев С.В., Заикин С.В., Городецкий А.А. Способ управления положением солнечных батарей космического аппарата и система для его осуществления. Описание изобретения к патенту РФ №2242408 по заявке 2003108114/11 от 24.03.2003 г.3. Kovtun B.C., Soloviev S.V., Zaikin S.V., Gorodetsky A.A. A method for controlling the position of solar panels of a spacecraft and a system for its implementation. Description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2242408 according to the application 2003108114/11 of March 24, 2003.

4. Инженерный справочник по космической технике. Изд-во МО СССР, М., 1969.4. Engineering reference for space technology. Publishing House of the Ministry of Defense of the USSR, M., 1969.

5. Система управления движением и навигации КА. Техническое описание. 300ГК.12Ю. 0000-АТО. РКК «Энергия», 1998.5. The motion control and navigation system of the spacecraft. Technical description. 300GK.12YU. 0000-ATO. RSC Energia, 1998.

6. Рулев Д.Н., Стажков В.М., Корнеев А.П., Пантелеймонов В.Н., Мельник И.В. Оценка эффективности работы солнечных батарей российского сегмента международной космической станции по данным телеметрической информации // Труды XXXIX Чтений, посвященных разработке научного наследия и развитию идей К.Э.Циолковского (Калуга, 14-16 сентября 2004 г.). Секция «Проблемы ракетной и космической техники». - Казань: Казанский государственный университет им. В.И.Ульянова-Ленина. 2005.6. Rulev D.N., Stazhkov V.M., Korneev A.P., Panteleimonov V.N., Melnik I.V. Evaluation of the performance of solar panels in the Russian segment of the international space station according to telemetric information // Proceedings of the XXXIX Readings on the development of the scientific heritage and development of ideas of K.E. Tsiolkovsky (Kaluga, September 14-16, 2004). Section "Problems of rocket and space technology." - Kazan: Kazan State University. V.I. Ulyanov-Lenin. 2005.

7. Крошкин М.Г. Физико-технические основы космических исследований. - М.: Машиностроение. 1969.7. Kroshkin M.G. Physical and technical foundations of space research. - M.: Mechanical Engineering. 1969.

8. Астрономический ежегодник СССР на 1993 год. Ленинград, «Наука», 1991.8. Astronomical Yearbook of the USSR for 1993. Leningrad, "Science", 1991.

Claims (2)

1. Способ определения максимальной выходной мощности солнечных батарей космического аппарата, включающий разворот панелей солнечных батарей в рабочее положение, соответствующее совмещению нормали к их освещенной рабочей поверхности с направлением на Солнце, измерение значения тока от солнечных батарей, измерение напряжения и определение максимальной выходной мощности солнечных батарей космического аппарата как произведение измеренных значений напряжения и тока от солнечных батарей, отличающийся тем, что дополнительно измеряют высоту орбиты космического аппарата и определяют по ней значения углового полураствора видимого с космического аппарата диска Земли (Qz) и угла возвышения верхней границы атмосферы над видимым с космического аппарата горизонтом Земли (ε), определяют значение углового полураствора видимого с космического аппарата диска Солнца (Qs), измеряют угловую скорость орбитального движения космического аппарата (ω), измеряют угол между направлением на Солнце и плоскостью орбиты космического аппарата (β), на витках, на которых значение измеряемого угла β менее или равно значению β°, определяемому по формуле
β°=arcos {cosQz/cos(Δt°ω)/2)},
где Δt° - требуемая минимально допустимая продолжительность теневого участка витка орбиты, измеряют угол возвышения направления на Солнце над видимым с космического аппарата горизонтом Земли (g) и максимальную выходную мощность солнечных батарей при их минимальной температуре определяют как произведение значений напряжения и тока от солнечных батарей, измеренных в момент касания видимым с космического аппарата диском Солнца верхней границы атмосферы Земли на восходе Солнца, определяемый из условия равенства значения измеряемого угла g сумме значений углов ε и Qs при возрастании значения угла g, а максимальную выходную мощность солнечных батарей при максимальной установившейся рабочей температуре определяют как произведение значений напряжения и тока от солнечных батарей, измеренных в момент касания видимым с космического аппарата диском Солнца верхней границы атмосферы Земли на заходе Солнца, определяемый из условия равенства значения измеряемого угла g сумме значений углов ε и Qs при убывании значения угла g.
1. A method for determining the maximum output power of solar panels in a spacecraft, including turning solar panels into a working position corresponding to combining the normal to their illuminated work surface with the direction to the Sun, measuring the current value from solar panels, measuring voltage and determining the maximum output power of solar panels spacecraft as a product of the measured values of voltage and current from solar panels, characterized in that they additionally measure the height from the orbit of the spacecraft and determine from it the values of the angular half-solution of the Earth's disk visible from the spacecraft (Q z ) and the elevation angle of the upper boundary of the atmosphere above the Earth's horizon visible from the spacecraft (ε), determine the value of the angular half-solution of the solar disk visible from the spacecraft (Q s ), measure the angular velocity of the orbital motion of the spacecraft (ω), measure the angle between the direction to the Sun and the plane of the orbit of the spacecraft (β), in turns on which the value of the measured angle β is less than or equal to β ° determined by the formula
β ° = arcos {cosQ z / cos (Δt ° ω) / 2)},
where Δt ° is the required minimum allowable duration of the shadow portion of the orbit, the angle of elevation of the direction to the Sun above the Earth's horizon (g) visible from the spacecraft is measured and the maximum output power of solar batteries at their minimum temperature is determined as the product of the voltage and current from solar batteries, measured at the moment of contact with the disc of the Sun visible from the spacecraft on the upper boundary of the Earth’s atmosphere at sunrise, determined from the condition of equality of the measured angle g is the sum of the angles ε and Q s as the angle g increases, and the maximum output power of the solar panels at the maximum steady-state working temperature is determined as the product of the voltage and current from the solar cells measured at the moment the solar disk touches the upper boundary of the Earth’s atmosphere at sunset, determined from the condition that the measured angle g is equal to the sum of the angles ε and Q s when the angle g decreases.
2. Система определения максимальной выходной мощности солнечных батарей космического аппарата, включающая солнечную батарею с блоком установленных на ней фотоэлектрических батарей, устройство поворота солнечных батарей, усилительно-преобразующее устройство, блок управления ориентацией солнечных батарей по направлению на Солнце, блок регуляторов тока, датчик тока, блок определения мощности, блок управления системой электроснабжения и шину электроснабжения, при этом выход блока фотоэлектрических батарей соединен со входом блока регуляторов тока, выход которого соединен с шиной электроснабжения, к которой подключены датчик тока и блок определения мощности, а выход блока управления системой электроснабжения соединен с первым входом блока управления ориентацией солнечных батарей по направлению на Солнце, выход которого соединен с входом усилительно-преобразующего устройства, выход которого соединен с входом устройства поворота солнечных батарей, выход которого соединен со вторым входом блока управления ориентацией солнечных батарей по направлению на Солнце, причем устройство поворота солнечных батарей механически соединено с солнечной батареей, отличающаяся тем, что дополнительно введены блок измерения угла между направлением на Солнце и плоскостью орбиты космического аппарата, блок измерения угла возвышения направления на Солнце над видимым с космического аппарата горизонтом Земли, блок измерения угловой скорости орбитального движения космического аппарата, блок измерения высоты орбиты космического аппарата, блок определения угла возвышения верхней границы атмосферы Земли над видимым с космического аппарата горизонтом Земли, блок определения угла полураствора видимого с космического аппарата диска Солнца, блок определения витка выполнения операции определения максимальной выходной мощности солнечных батарей, блок определения моментов определения максимальной выходной мощности солнечных батарей, блок формирования идентификационных параметров температурных режимов солнечных батарей и ключ, при этом второй вход блока определения мощности соединен с выходом ключа, информационный и управляющий входы которого соединены с выходами, соответственно, датчика тока и блока определения моментов определения максимальной выходной мощности солнечных батарей, с первого по четвертый входы которого соединены с выходами, соответственно, блока измерения угла возвышения направления на Солнце над видимым с космического аппарата горизонтом Земли, блока определения угла полураствора видимого с космического аппарата диска Солнца, блока определения угла возвышения верхней границы атмосферы Земли над видимым с космического аппарата горизонтом Земли и блока определения витка выполнения операции определения максимальной выходной мощности солнечных батарей, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами, соответственно, блока измерения угла между направлением на Солнце и плоскостью орбиты космического аппарата, блока измерения угловой скорости орбитального движения космического аппарата и блока измерения высоты орбиты космического аппарата, выход которого соединен также с входом блока определения угла возвышения верхней границы атмосферы Земли над видимым с космического аппарата горизонтом Земли, а выход блока измерения угла возвышения направления на Солнце над видимым с космического аппарата горизонтом Земли также соединен с входом блока формирования идентификационных параметров температурных режимов солнечных батарей, выход которого соединен с третьим входом блока определения мощности. 2. A system for determining the maximum output power of solar cells in a spacecraft, including a solar battery with a block of photovoltaic batteries installed on it, a solar rotation device, an amplifying-converting device, a solar orientation control unit in the direction to the Sun, a block of current regulators, a current sensor, power determination unit, power supply system control unit and power supply bus, wherein the output of the photovoltaic battery unit is connected to the input of the regulator current generators, the output of which is connected to the power supply bus, to which a current sensor and a power determination unit are connected, and the output of the power supply control unit is connected to the first input of the solar orientation control unit in the direction to the Sun, the output of which is connected to the input of the amplifying-converting device, the output of which is connected to the input of the solar rotator, the output of which is connected to the second input of the solar orientation control unit in the direction to the Sun, m the device for turning the solar panels is mechanically connected to the solar battery, characterized in that it additionally introduces a unit for measuring the angle between the direction to the Sun and the plane of the orbit of the spacecraft, a unit for measuring the angle of elevation of the direction to the Sun above the Earth’s horizon visible from the spacecraft, and a unit for measuring the angular velocity of the orbital the motion of the spacecraft, the unit for measuring the height of the orbit of the spacecraft, the unit for determining the angle of elevation of the upper boundary of the Earth’s atmosphere above the visible of the osmotic apparatus with the Earth’s horizon, a block for determining the half-angle of the solar disk visible from the spacecraft, a block for determining the turn of the operation to determine the maximum output power of solar batteries, a unit for determining moments of determining the maximum output power of solar batteries, a unit for generating identification parameters of the temperature regimes of solar batteries and a key, when the second input of the power determination unit is connected to the output of the key, the information and control inputs of which are connected are connected with the outputs, respectively, of the current sensor and the unit for determining the moments of determining the maximum output power of solar batteries, the first to fourth inputs of which are connected to the outputs, respectively, of the unit for measuring the angle of elevation of the direction to the Sun above the Earth’s horizon visible from the spacecraft, and the unit for determining the half-angle the disk of the Sun visible from the spacecraft, the block for determining the elevation angle of the upper boundary of the Earth’s atmosphere above the Earth’s horizon visible from the spacecraft, and the block a turn of the operation for determining the maximum output power of solar cells, the first, second and third inputs of which are connected to the outputs, respectively, of the angle measuring unit between the direction to the Sun and the orbit plane of the spacecraft, the unit for measuring the angular velocity of the orbital motion of the spacecraft and the unit for measuring the orbit height spacecraft, the output of which is also connected to the input of the unit for determining the angle of elevation of the upper boundary of the Earth’s atmosphere above the visible from the spacecraft the Earth’s horizon, and the output of the block measuring the angle of elevation of the direction to the Sun above the Earth’s horizon visible from the spacecraft is also connected to the input of the unit for identifying the temperature parameters of the solar batteries, the output of which is connected to the third input of the power determination unit.
RU2007119224/11A 2007-05-23 2007-05-23 Method of determining spacecraft solar battery maximum output RU2354592C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007119224/11A RU2354592C2 (en) 2007-05-23 2007-05-23 Method of determining spacecraft solar battery maximum output

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007119224/11A RU2354592C2 (en) 2007-05-23 2007-05-23 Method of determining spacecraft solar battery maximum output

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007119224A RU2007119224A (en) 2008-11-27
RU2354592C2 true RU2354592C2 (en) 2009-05-10

Family

ID=41020187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007119224/11A RU2354592C2 (en) 2007-05-23 2007-05-23 Method of determining spacecraft solar battery maximum output

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2354592C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2534332C2 (en) * 2008-12-30 2014-11-27 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Window louvers for solar energy collection with adjustable position
RU2618844C2 (en) * 2015-07-20 2017-05-11 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Method for determining maximum output power of spacecraft solar panels
RU2640905C2 (en) * 2016-05-25 2018-01-12 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" Method of controling present status of solar battery of a spacecraft with inertiative end organs
RU2662372C1 (en) * 2017-06-01 2018-07-25 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Equipped with the solar cells spacecraft energy supply system control method
RU2665145C1 (en) * 2017-05-31 2018-08-28 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Equipped with the solar cells spacecraft energy supply system control method

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2534332C2 (en) * 2008-12-30 2014-11-27 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Window louvers for solar energy collection with adjustable position
RU2618844C2 (en) * 2015-07-20 2017-05-11 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Method for determining maximum output power of spacecraft solar panels
RU2640905C2 (en) * 2016-05-25 2018-01-12 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" Method of controling present status of solar battery of a spacecraft with inertiative end organs
RU2665145C1 (en) * 2017-05-31 2018-08-28 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Equipped with the solar cells spacecraft energy supply system control method
RU2662372C1 (en) * 2017-06-01 2018-07-25 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Equipped with the solar cells spacecraft energy supply system control method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007119224A (en) 2008-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2353555C2 (en) Method for determining maximum space vehicle solar batteries power output, and system used for method realisation
RU2341421C2 (en) System of control of spacecraft solar batteries position
RU2340518C2 (en) Method of cosmic vehicle solar batteries position control and system for its implementation
Sutton et al. Density and winds in the thermosphere deduced from accelerometer data
RU2354592C2 (en) Method of determining spacecraft solar battery maximum output
Bhanderi et al. Modeling earth albedo for satellites in earth orbit
McInnes et al. Gossamer roadmap technology reference study for a sub-L 1 space weather mission
Rosma et al. Analysis of single axis sun tracker system to increase solar photovoltaic energy production in the tropics
Jin et al. Thermospheric variations from GNSS and accelerometer measurements on small satellites
KR20210058375A (en) Solar tracking solar power generation system and controlling method using astronomical tracking
RU2351919C1 (en) Method determining earth albedo
Grey et al. Analytic model for low earth orbit satellite solar power
RU2354591C2 (en) Method of determining spacecraft solar battery maximum output
RU2353920C1 (en) Method for determination of earth albedo
RU2376615C2 (en) Method of determining ground albedo in subsatellite points of spacecraft orbit (versions)
RU2655561C1 (en) Method for monitoring performance of solar cell of spacecraft on shadowless orbits
CN116507858A (en) Single-axis solar tracker management method and solar energy device for implementing same
Kucharski et al. The Impact of Solar Irradiance on AJISAI's Spin Period Measured by the Graz 2-kHz SLR System
RU2706643C2 (en) Method for monitoring performance of solar battery of spacecraft with inertial actuators
RU2624885C2 (en) Spacecraft solar batteries maximum output power determination method
Killeen et al. Modeling and prediction of density changes and winds affecting spacecraft trajectories
Allasio et al. GOCE mission: design phases and in-flight experiences
RU2679094C1 (en) Equipped with solar batteries spacecraft control method
Cardell et al. The design and operation of the Dawn power system
RU2679101C1 (en) Equipped with solar batteries spacecraft control method