Tần số cung cấp năng lượng tàu vũ trụ


26

Tôi biết rằng máy bay đôi khi sử dụng hệ thống AC 400Hz để tiết kiệm trọng lượng cho máy biến áp, vì vậy tôi tưởng tượng rằng tàu vũ trụ có thể sử dụng một kỹ thuật tương tự. Tôi tự hỏi liệu có ai trong lĩnh vực hàng không vũ trụ có thể xác nhận hoạt động tần số 400Hz hoặc cao hơn trong không gian.


1
Trong hải quân Hoa Kỳ, máy bay thường có thể thực hiện 3 pha 440 V. Và được tiêu chuẩn hóa nếu có thể (ví dụ f-18, c-130 ..).
soái ca thủ công

Câu trả lời:


16

Tình huống với Voyeager phức tạp hơn những gì đã nói trong một câu trả lời khác ở trên. Dưới đây là chi tiết từ NASA :

Nguồn điện từ các máy phát nhiệt điện đồng vị được giữ ở mức 30 volt DC không đổi bởi một bộ điều chỉnh shunt. 30 volt được cung cấp trực tiếp cho một số thiết bị tàu vũ trụ và được chuyển sang các thiết bị khác trong bộ phận phân phối điện. Biến tần nguồn chính cũng được cung cấp DC 30 volt để chuyển đổi thành AC sóng vuông 2,4 kHz được sử dụng bởi hầu hết các hệ thống con tàu vũ trụ. Một lần nữa, nguồn AC có thể được cung cấp trực tiếp cho thiết bị hoặc có thể được bật hoặc tắt bằng rơle nguồn.

Trong số những người sử dụng nguồn DC, ngoài biến tần, còn có hệ thống con vô tuyến, con quay, van cách ly đẩy, một số dụng cụ khoa học, hầu hết các bộ điều khiển nhiệt độ và động cơ triển khai ăng-ten thiên văn vô tuyến hành tinh. Các yếu tố khác của tàu vũ trụ sử dụng nguồn điện xoay chiều.

Có hai bộ biến tần nguồn 2,4 kHz giống hệt nhau - chính và dự phòng. Biến tần chính được bật từ khi khởi động và vẫn duy trì trong suốt nhiệm vụ. Trong trường hợp có sự cố hoặc hỏng trong biến tần chính, chuỗi nguồn, sau độ trễ 1,5 giây, sẽ tự động được chuyển sang biến tần dự phòng. Một khi việc chuyển đổi được thực hiện, nó là không thể đảo ngược.

Tín hiệu đồng bộ và thời gian 4,8 kHz từ hệ thống con dữ liệu chuyến bay được sử dụng làm tham chiếu tần số trong biến tần. Tần số được chia cho hai và đầu ra là 2,4 kHz. Các quy định AC là chính xác đến 0,04 phần trăm. Lần lượt, tín hiệu thời gian 4,8 kHz được gửi đến hệ thống con lệnh máy tính, chứa đồng hồ chủ của tàu vũ trụ.

Vì vậy, họ đã sử dụng hai phương pháp phân phối điện song song (DC và AC).

EDIT: Và, vâng, AC là 50V RMS. Tìm thấy một sơ đồ trong một hội nghị sau này của NASA :

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Từ hội nghị đó, Viking thậm chí còn phức tạp hơn khi có thêm bộ biến tần AC 400 Hz. Cũng có đề cập đến việc Galileo có cấu hình biến tần dự phòng tương tự như Voyager (nhưng không có chi tiết nào khác, có lẽ vì nó mới chỉ ở giai đoạn thiết kế).

Từ một tài liệu thiết kế GE Voyager, có vẻ như Voyager ban đầu được thiết kế mô phỏng theo Viking, có khoảng 400 Hz, nhưng đã được sửa đổi để chỉ sử dụng 2,4 KHz AC trong lần lặp cuối cùng. Lý do cho việc sử dụng thiết bị 400 Hz là rõ ràng, tức là chia sẻ các bộ phận với thiết bị hàng không. Tôi đoán thiết bị 2,4 KHz khá dễ dàng có nguồn gốc từ trước đây (vì tần số là bội số), nhưng tôi chưa tìm thấy lý do cho 2,4KHz AC nói rõ ràng ở bất cứ đâu.

Dưới đây là chi tiết về Viking , xác nhận việc sử dụng một số xe buýt điện 400 Hz:

VO có các nguồn điện một pha 2,4 kHz, ba pha 400 Hz, được điều chỉnh dc (30 V và 56 V) và các nguồn điện dc (25 V đến 50 V) không được kiểm soát. Nguồn dc không được kiểm soát cũng được cung cấp cho VLC. Các mảng của các tế bào quang điện được bố trí trên bốn tấm pin mặt trời gấp đôi, được trang bị năng lượng chính cho tất cả các hoạt động của Sunoriented. Hai pin niken-cadmium giống hệt nhau được sử dụng làm nguồn năng lượng thứ cấp cho các hoạt động ngoài Mặt trời và để chia sẻ tải khi nhu cầu năng lượng vượt quá khả năng của mảng mặt trời. Các chức năng phân phối và điều hòa năng lượng dự phòng được cung cấp với hai bộ sạc pin, hai bộ điều chỉnh tăng áp, hai bộ biến tần 2,4 kHz, hai bộ biến tần ba pha 400 Hz, hai bộ chuyển đổi dc 30 V và các chức năng điều khiển và chuyển đổi nguồn điện liên quan. (Xem sơ đồ khối đơn giản hóa trong hình 6.) Phần cứng, các chế độ hoạt động và hiệu suất được mô tả chi tiết trong phần "Hệ thống phụ năng lượng." Xe buýt điện không được kiểm soát VO (thô) được cung cấp bởi các tấm pin mặt trời và pin. Hai nguồn năng lượng này tạo thành một hệ thống động đặc trưng bởi ba chế độ vận hành trên máy bay ổn định và chế độ vận hành ngắn hạn thứ tư như sau: [nó tiếp tục trong một vài trang, vì vậy tôi đã cắt các chế độ]

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Từ bảng V trên p. 21 trong NASA-HDBK-4001 (1998) Galileo và Magellan (cả năm 1989) là những dự án cuối cùng của NASA sử dụng AC 2,4kHz; cũng từ đó tôi kết luận rằng 2,4 kHz gần như là một tiêu chuẩn của NASA trong ba thập kỷ; việc sử dụng đầu tiên được đề cập trong đó là trên Mariner-2 (1962). Tuy nhiên, sau năm 1990, Hubble, Người quan sát Sao Hỏa năm 1992, Cassini, v.v ... tất cả chỉ sử dụng DC.

Để điều tra việc sử dụng 400 Hz AC, cần xem xét báo cáo của Mariner V :

Bộ điều chỉnh tăng áp được thiết kế để hoạt động với các biến đổi điện áp đầu vào giữa 25 và 50 V. Hệ thống phụ trợ điện bao gồm hai bộ điều chỉnh tăng áp: (1) bộ điều chỉnh tăng áp cơ động để cấp nguồn cho biến tần một pha 2,4 kHz và một pha ba pha 400 Hz biến tần để điều khiển thái độ và năng lượng con quay hồi chuyển trong quá trình điều khiển tàu vũ trụ, và (2) một bộ điều chỉnh tăng áp chính điều khiển biến tần một pha 2,4 KHz cung cấp năng lượng cho tất cả các tàu vũ trụ và dụng cụ khoa học trong suốt nhiệm vụ.

Vì vậy, dường như 400 Hz (ba pha) có một số, nhưng sử dụng tương đối hạn chế trong chế tạo của NASA: chủ yếu là cho con quay và điều khiển thái độ, trong khi họ cũng sử dụng nguồn điện xoay chiều một pha 2,4 kHz cho nhiều hệ thống con hơn. Tôi không thể tìm thấy bất kỳ đề cập nào về thiết bị 400 Hz trong tài liệu Galileo / Magellan (không may là khá phổ biến). Vì vậy, có vẻ như thiết bị AC 400 Hz, được nhiều người thích hợp hơn đã bị loại bỏ trước tiên, có lẽ là vào khoảng thời gian của Voyuber.


1
Tôi không biết những gì Liên Xô đã làm, nhưng tôi nghi ngờ công nghệ vũ trụ của họ có thể đã theo một sự tiến hóa tương tự (có lẽ chậm hơn). Thật không may, loại thông tin phân phối điện này không đủ "gợi cảm" để đi vào các nguồn thứ cấp và tôi không thực sự giỏi đọc các nguồn chính của Nga (ngay cả khi chúng trực tuyến, thậm chí có thể không phải là trường hợp.)
Fizz

30

Tôi đã xây dựng trọng tải cho hàng tá ảnh chụp phụ và một vệ tinh. AC không bao giờ được sử dụng. Vì các nhiệm vụ của chúng tôi không thực sự là các chuyến đi liên hành tinh dài hạn, chúng tôi đã sử dụng các bộ chuyển đổi DC-DC có bán trên thị trường được chế tạo theo tiêu chuẩn hàng không vũ trụ. Vệ tinh, tôi tin rằng, vẫn hoạt động sau khoảng 6 hoặc 7 năm. Tần số chuyển đổi là, tôi tin rằng, khoảng 550 KHz.

Những gì NASA làm cho các nhiệm vụ của mình, tôi không biết, mặc dù tôi mong họ tự lăn lộn.


26

Hầu hết các tàu vũ trụ sử dụng hệ thống phân phối điện DC với bộ chuyển đổi DC sang DC hiệu quả cao. Điều này là do tất cả các nguồn năng lượng trên tàu vũ trụ là DC - mảng năng lượng mặt trời, pin, pin nhiên liệu, RTG, v.v. Máy bay sử dụng máy phát điện được kết nối với động cơ để cung cấp năng lượng, vì vậy sử dụng AC là đơn giản. Trên tàu vũ trụ, vì nó luôn bắt đầu với DC, không có điểm nào trong việc chuyển đổi nó thành AC để phân phối chỉ để chuyển đổi nó trở lại DC sau này. (Chà, chuyển đổi nguồn cung cấp năng lượng để chuyển đổi nó thành AC và trở lại bên trong, nhưng nó không được phân phối như AC). Giống như các bộ nguồn chuyển đổi thông thường trong máy tính và các thiết bị điện tử tiêu dùng khác, bộ chuyển đổi DC sang DC trên tàu vũ trụ sẽ hoạt động ở tần số cao (kHz hoặc MHz) để tiết kiệm không gian. Tuy nhiên, có một sự đánh đổi tại một số điểm chống lại tổn thất chuyển đổi.


4
Nếu ai đó muốn tìm thông tin sao lưu câu trả lời này (mà tôi tin là chính xác), Máy chủ Báo cáo Kỹ thuật của NASA tại ntrs.nasa.gov là nơi nên đến. Công việc của NASA chủ yếu được tài trợ bằng tiền của chính phủ và do đó hầu hết các báo cáo đều được công khai. Hãy thử các tìm kiếm như "phân phối năng lượng tàu vũ trụ" hoặc thứ gì đó có chất lượng đó và giới hạn các tìm kiếm của bạn trong các chủ đề liên quan đến điện tử, sử dụng tìm kiếm nâng cao.
cá ngựa vằn 14/2/2015

2
Zebonaut thân mến, tôi đang chịu trách nhiệm cá nhân cho bạn trong vô số giờ của cuộc đời tôi, tôi sẽ dành thời gian để duyệt liên kết đó, cảm ơn bạn, tôi nghĩ vậy.
databus

@dataBus Heh. Đó chính xác là lý do tại sao tôi giới hạn nỗ lực của mình trong một nhận xét ngắn lần này và đã không đi xa đến mức tìm kiếm tất cả các loại hệ thống năng lượng khác nhau được sử dụng trong lịch sử du hành vũ trụ, đưa chúng vào một câu trả lời đầy đủ.
cá ngựa vằn 16/2/2015

12

Các đầu dò Voyager có nguồn cung cấp năng lượng 2,4 kHz sóng 50 V vuông cần phải lọc ra khỏi dữ liệu radio ở 2,4 kHz và 7,2 kHz (âm bội quan trọng nhất tiếp theo trong sóng vuông). nguồn


Yup - tiếng ồn / độ tự cảm là một lý do thực sự tốt khác để gắn bó với DC trong suốt.
Dewi Morgan

Sự thật thú vị. Có ai biết tại sao họ chọn giải pháp phân phối điện bất thường này không?
Fizz

Ngoài ra, không có điện áp được chỉ định trong nguồn mà bạn đã trích dẫn (chỉ freq.) Và Wikipedia cho biết 30V DC (không phải 50V) cho chính RTG.
Fizz

@RespawnedFluff Tôi đã nhận được nó từ đóở đó
Michel Rouzic
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.