ความถี่แหล่งจ่ายไฟของยานอวกาศ

ฉันรู้ว่าเครื่องบินบางครั้งใช้ระบบ AC 400Hz เพื่อประหยัดน้ำหนักให้กับหม้อแปลงดังนั้นฉันคิดว่ายานอวกาศอาจใช้เทคนิคที่คล้ายกัน ฉันสงสัยว่าทุกคนในสาขาอวกาศสามารถยืนยันการทำงานด้วยความถี่ 400Hz หรือสูงกว่าในอวกาศได้หรือไม่

สถานการณ์กับวอยเอเจอร์นั้นซับซ้อนกว่าที่กล่าวไว้ในคำตอบอื่นข้างต้น นี่คือรายละเอียดจาก NASA :

พลังงานจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าด้วยความร้อนไอโซโทปรังสีมีค่าคงที่ 30 โวลต์ DC โดยตัวควบคุม shunt 30 โวลต์จะจ่ายโดยตรงไปยังอุปกรณ์ยานอวกาศบางส่วนและจะเปลี่ยนไปยังคนอื่น ๆ ในชุดย่อยการกระจายอำนาจ อินเวอร์เตอร์พาวเวอร์หลักยังจ่ายกระแสไฟ 30 โวลต์ DC สำหรับการแปลงเป็น 2.4 kHz square wave AC ที่ใช้โดยระบบย่อยของยานอวกาศส่วนใหญ่ อีกครั้งไฟฟ้ากระแสสลับอาจจ่ายโดยตรงไปยังอุปกรณ์หรือสามารถเปิดหรือปิดโดยรีเลย์ไฟฟ้า

ในบรรดาผู้ใช้ไฟฟ้ากระแสตรงนอกเหนือจากอินเวอร์เตอร์เป็นระบบย่อยวิทยุ, ไจโร, วาล์วแยกแรงขับเครื่องมือวิทยาศาสตร์บางส่วนเครื่องทำความร้อนควบคุมอุณหภูมิและมอเตอร์ส่วนใหญ่ที่ใช้เสาอากาศวิทยุดาราศาสตร์ดาวเคราะห์ องค์ประกอบอื่น ๆ ของยานอวกาศใช้พลังงาน AC

มีอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าสองตัวที่เหมือนกัน 2.4 kHz - หลักและสแตนด์บาย อินเวอร์เตอร์หลักเปิดตัวจากการเปิดตัวและยังคงอยู่ตลอดภารกิจ ในกรณีที่เกิดความผิดพลาดหรือความล้มเหลวในอินเวอร์เตอร์หลักโซ่ไฟหลังจากหน่วงเวลา 1.5 วินาทีจะถูกเปลี่ยนเป็นอินเวอร์เตอร์สแตนด์บายโดยอัตโนมัติ เมื่อมีการสลับการทำงานจะไม่สามารถย้อนกลับได้

สัญญาณซิงค์และสัญญาณกำหนดเวลา 4.8 kHz จากระบบย่อยข้อมูลการบินใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงความถี่ในอินเวอร์เตอร์ ความถี่จะถูกหารด้วยสองและเอาท์พุทคือ 2.4 kHz กฎระเบียบ AC นั้นแม่นยำถึงร้อยละ 0.004 สัญญาณช่วงเวลา 4.8 kHz จะถูกส่งไปยังระบบย่อยคำสั่งคอมพิวเตอร์ซึ่งมีนาฬิกาหลักของยานอวกาศ

ดังนั้นพวกเขาจึงใช้วิธีการกระจายพลังงานแบบขนานสองวิธี (DC และ AC)

แก้ไข: และใช่ACคือ 50V RMS พบไดอะแกรมในการประชุมของนาซาในภายหลัง :

จากการประชุมนั้นไวกิ้งนั้นซับซ้อนยิ่งขึ้นด้วยการเพิ่มอินเวอร์เตอร์ AC 400 Hz เพิ่มเติม นอกจากนี้ยังมีการกล่าวถึงใน coference ของกาลิเลโอที่มีการกำหนดค่าอินเวอร์เตอร์ซ้ำซ้อนเช่นเดียวกับวอยเอเจอร์ (แต่ไม่มีรายละเอียดอื่น ๆ น่าจะเป็นเพราะมันอยู่ในขั้นตอนการออกแบบเท่านั้น)

จากเอกสารการออกแบบของ GE Voyager ดูเหมือนว่า Voyager ได้รับการออกแบบเบื้องต้นให้คล้ายกับ Viking โดยมีบัส 400 Hz แต่ได้รับการแก้ไขให้ใช้ 2.4 KHz AC ในการทำซ้ำครั้งล่าสุด เหตุผลในการใช้งานอุปกรณ์ 400 Hz นั้นชัดเจนเช่นใช้ชิ้นส่วนร่วมกับอุปกรณ์การบิน ฉันคาดเดาว่าอุปกรณ์ 2.4 KHz นั้นมาจากความสะดวกสบายในอดีต (เนื่องจากความถี่มีหลายความถี่) แต่ฉันยังไม่พบเหตุผลสำหรับ 2.4KHz AC ที่กล่าวอย่างชัดเจนทุกที่

นี่คือรายละเอียดเกี่ยวกับ Vikingยืนยันการใช้งานรถบัสไฟฟ้า 400 Hz:

VO มีเฟสเดียว 2.4-kHz, 400-Hz สามเฟส, dc แบบกำหนดค่า (30 V และ 56 V) และ dc แบบไม่ควบคุม (25 V ถึง 50 V) มีการจ่ายไฟ dc แบบไม่ควบคุมสำหรับ VLC ด้วย แผงเซลล์สุริยะจัดเรียงอยู่บนแผงโซลาร์เซลล์แบบพับได้สี่ส่วนซึ่งมีพลังงานหลักสำหรับการใช้งาน Sunoriented ทั้งหมด แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมที่เหมือนกันสองก้อนถูกใช้เป็นแหล่งพลังงานสำรองสำหรับการใช้งานนอกดวงอาทิตย์และเพื่อแบ่งปันภาระเมื่อความต้องการพลังงานเกินขีดความสามารถของอาเรย์แสงอาทิตย์ ฟังก์ชันการปรับพลังงานและการกระจายซ้ำซ้อนมีให้กับเครื่องชาร์จแบตเตอรี่สองเครื่อง, บูสเตอร์สองตัว, อินเวอร์เตอร์ 2.4-kHz สอง, อินเวอร์เตอร์สามเฟส 400-Hz สองตัว, ตัวแปลง dc 30-V สองตัว, และตรรกะแหล่งพลังงานที่เกี่ยวข้อง (ดูแผนภาพบล็อกที่เรียบง่ายในรูปที่ 6) ฮาร์ดแวร์ โหมดการทำงานและประสิทธิภาพจะอธิบายรายละเอียดในหัวข้อ "ระบบย่อยพลังงาน" รถบัสพาวเวอร์ VO แบบไม่ควบคุม (ดิบ) จัดทำโดยแผงโซล่าร์เซลล์และแบตเตอรี่ แหล่งพลังงานทั้งสองนี้สร้างระบบแบบไดนามิกที่โดดเด่นด้วยโหมดการทำงานบนเครื่องบินที่เสถียรสามโหมดและโหมดการทำงานระยะสั้นแบบที่สี่ดังต่อไปนี้: [มันทำงานต่อไปอีกสองสามหน้า

จากตาราง V บนหน้า 21 ใน NASA-HDBK-4001 (1998) Galileo และ Magellan (ทั้ง 1989) เป็นโครงการสุดท้ายของนาซ่าที่ใช้ 2.4kHz AC; จากที่นั่นฉันสรุปได้ว่า 2.4 kHz เป็นมาตรฐานของ NASA มาเกือบสามทศวรรษ การใช้งานครั้งแรกที่กล่าวถึงในนั้นคือใน Mariner-2 (1962) อย่างไรก็ตามหลังจากปี 1990 ฮับเบิลผู้สังเกตการณ์ดาวอังคารปี 1992 แคสสินีและอื่น ๆ ล้วนใช้ DC เท่านั้น

หากต้องการตรวจสอบการใช้ 400 Hz AC เป็นเรื่องน่าอ่านรายงาน Mariner V :

บูสเตอร์ regulator ถูกออกแบบมาให้ทำงานกับการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าอินพุตระหว่าง 25 และ 50 โวลต์ระบบย่อยกำลังรวมตัวควบคุมบูสเตอร์สองตัว: (1) ตัวควบคุมบูสเตอร์ maneuver เพื่อพลังงานอินเวอร์เตอร์เฟสเดียว 2.4 kHz และ 400-Hz สามเฟส เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าสำหรับควบคุมทัศนคติและพลังงานไจโรในระหว่างการซ้อมรบยานอวกาศและ (2) เครื่องปรับแรงดันหลักที่ขับอินเวอร์เตอร์เฟสเดียวขนาด 2.4-KHz ที่ให้พลังงานแก่ยานอวกาศและเครื่องมือวิทยาศาสตร์ตลอดภารกิจ

ดังนั้นดูเหมือนว่า (สามเฟส) 400 เฮิร์ตซ์มีบางอย่าง แต่การใช้งานค่อนข้าง จำกัด ในงานฝีมือของนาซ่า: ส่วนใหญ่สำหรับไจโรและการควบคุมทัศนคติในขณะที่พวกเขายังใช้ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว 2.4 kHz สำหรับระบบย่อยอื่น ๆ อีกมากมาย ฉันไม่พบการพูดถึงอุปกรณ์ 400 Hz ใด ๆ ในเอกสารของ Galileo / Magellan ดังนั้นดูเหมือนว่าอุปกรณ์ AC 400 Hz การมีช่องว่างมากกว่านั้นจะค่อย ๆ หมดไปก่อนอาจเป็นเวลาของ Voyager

ฉันได้สร้าง payloads สำหรับภาพ suborbital โหลและดาวเทียมหนึ่งดวง AC ไม่เคยใช้ เนื่องจากภารกิจของเราไม่ใช่ทริประหว่างดาวเคราะห์ระยะยาวเราจึงใช้ตัวแปลง DC-DC ที่มีวางจำหน่ายทั่วไปตามมาตรฐานการบินและอวกาศ ฉันเชื่อว่าดาวเทียมยังคงทำงานหลังจากผ่านไปประมาณ 6 หรือเจ็ดปี ฉันเชื่อว่าความถี่ตัวแปลงอยู่ที่ประมาณ 550 KHz

สิ่งที่นาซ่าทำเพื่อภารกิจของฉันฉันไม่รู้ถึงแม้ว่าฉันคาดหวังว่าพวกเขาจะม้วนพวกเขาเอง

ยานอวกาศส่วนใหญ่ใช้ระบบจ่ายพลังงาน DC ที่มีตัวแปลง DC เป็น DC ประสิทธิภาพสูง นี่เป็นเพราะแหล่งพลังงานทั้งหมดในยานอวกาศคือ DC - แผงโซล่าร์เซลล์, แบตเตอรี่, เซลล์เชื้อเพลิง, RTG เป็นต้นเครื่องบินใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับเครื่องยนต์เพื่อใช้พลังงานดังนั้นการใช้ AC จึงเป็นเรื่องง่าย บนยานอวกาศเนื่องจากมันมักจะเริ่มต้นด้วย DC ไม่มีจุดในการแปลงเป็น AC เพื่อการกระจายเพียงเพื่อแปลงมันกลับเป็น DC ในภายหลัง (การเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟทำหน้าที่แปลงเป็น AC และกลับเข้าสู่ภายใน แต่ไม่ได้ถูกแจกจ่ายเป็น AC) เช่นเดียวกับแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์ทั่วไปในคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ตัวแปลง DC เป็น DC บนยานอวกาศจะทำงานที่ความถี่สูง (kHz หรือ MHz) เพื่อประหยัดพื้นที่ อย่างไรก็ตามมีการแลกเปลี่ยนในบางจุดกับการสูญเสียการเปลี่ยน

ยานสำรวจ Voyager มีแหล่งจ่ายไฟ 50 V square wave 2.4 kHz ซึ่งจำเป็นต้องกรองออกจากข้อมูลวิทยุที่ 2.4 kHz และ 7.2 kHz (overtone สำคัญต่อไปในคลื่นสี่เหลี่ยม) แหล่ง