Цифровые интеллектуальные системы энергоснабжения космических аппаратов нового поколения разрабатывают в ТУСУРе

Система энергоснабжения – одна из ключевых бортовых систем космического аппарата, от надежности и эффективности которой зависит функционирование всей бортовой аппаратуры и научного оборудования. Это сложный энергопреобразующий комплекс, включающий первичные и вторичные источники, силовые преобразователи, а также автоматику контроля и управления. При проектировании СЭС необходимо учитывать множество факторов, таких как возмущения нагрузки, колебания параметров батарей, их деградация в процессе эксплуатации. Система управления СЭС должна обеспечить стабильное напряжение питания бортовых систем в течение всего срока активного существования КА в условиях этих возмущений.

НИИ КТ уже более десяти лет занимается разработкой систем энергоснабжения космических аппаратов, и накопленный за это время опыт коллектив применяет для решения новых задач.

«В основном мы занимаемся малыми космическими аппаратами, которые находятся на низких орбитах на высоте 300–500 км. Для таких аппаратов особенно важен удельно-массовый показатель, который позволяет доставить на орбиту больше полезной нагрузки и снизить стоимость запуска. Поэтому была поставлена задача создать надежное легкое устройство», — рассказал руководитель проекта, директор НИИ КТ Максим Сухоруков.

В рамках этого проекта ученым предстоит создать образцы силовых преобразователей на основе транзисторов GaN технологии, обеспечивающих высокоэффективное преобразование энергии солнечных и аккумуляторных батарей с цифровой системой управления, позволяющей получить требуемое качество выходного напряжения, питающего бортовую аппаратуру малого космического аппарата во всех режимах его работы.

«К настоящему времени нам уже удалось за счет применения схемотехнических решений добиться существенного роста эффективности преобразования энергии, так, согласно расчетам, КПД силового преобразователя составит 97–98% при КПД аналогов около 93%, — привел пример Максим Сухоруков. — При этом применяемые нами подходы позволили изменить всю структуру СЭС. В частности, применение 3-портовых структур преобразователей позволяет обеспечить преобразование энергии как солнечных, так и аккумуляторных батарей одним преобразователем, что существенно экономит массу прибора».

Кроме того, внедрение цифровой системы энергоснабжения позволит реализовать сложные алгоритмы адаптивного управления, прогнозирования отказов и оптимизацию энергопотребления. Цифровое управление позволяет автоматически адаптировать режимы работы для максимального продления срока службы компонентов, а система предупреждает о потенциальных рисках. Важным преимуществом для промышленности является значительное сокращение сроков настройки и испытаний СЭС, что крайне важно при организации серийного производства космических аппаратов.

На данный момент макетные образцы уже проходят лабораторные исследования, а к 2027 году ученые планируют завершить создание экспериментального образца системы энергоснабжения космического аппарата с цифровым управлением, после чего будет создана линейка таких систем. После успешных испытаний будет развернуто создание целой линейки таких систем для различных типов космических аппаратов.

Работы соответствуют целям и задачам национального проекта «Космос», направленного на развитие отечественной космической отрасли и создание конкурентоспособных технологий.

Отмечается, что реализация таких проектов мотивирует университет пересматривать образовательный процесс подготовки инженеров, способных создавать новые технологии и новые знания. В основе их обучения сегодня лежат междисциплинарные знания максимально ориентированные на практику.