Un tracker solaire est un système conçu pour orienter les surfaces de travail des systèmes de production d'électricité ou des systèmes qui concentrent (générent) de l'énergie thermique installés sur le tracker vers le Soleil.
La surface de travail dans ce cas est :
— une batterie constituée de modules solaires photovoltaïques (panneaux) ;
— un miroir réflecteur parabolique qui concentre l'énergie solaire sur un moteur Stirling qui produit de l'électricité (Photo 2) ;
- un miroir réflecteur qui focalise l'énergie solaire sur tout autre récepteur d'énergie solaire, qui peut être un appareil ou un liquide de refroidissement, selon le type de système (Photo 3).
— dispositifs optiques, etc.
Une orientation précise des surfaces de travail des systèmes vers le Soleil est nécessaire pour atteindre leurs performances maximales. Dans ce cas, la tâche du tracker est de réduire l'angle d'incidence du soleil sur la surface de travail des panneaux solaires (modules PV, modules photovoltaïques à concentration CPV, systèmes CSP, systèmes HCPV, réflecteurs paraboliques, etc.).
Composition d'un tracker solaire
1. Structure porteuse constituée d'une partie fixe et mobile, la partie mobile présente un ou deux axes de rotation (Fig. 1) ;
2. Systèmes d'orientation (positionnement) pour la partie mobile du tracker, constitués d'actionneurs et de dispositifs de commande pour ceux-ci ;
3. Systèmes de sécurité, notamment :
- protection contre la foudre,
- protection de surcharge,
— une station météo conçue pour avertir le système des ouragans, de la grêle, de la neige, du verglas et des conditions météorologiques défavorables. En analysant les données de la station météorologique, le système réoriente le tracker vers une position dans laquelle les facteurs défavorables seront minimisés pendant leur période d'action et les surfaces de travail seront protégées de la destruction ou des dommages.
— les stabilisateurs ;
4. Systèmes de contrôle et interface conçus pour la configuration, la surveillance et la maintenance du système électrique ;
5. Systèmes d'accès à distance – pour la surveillance et la gestion du système à distance ;
6. Système de navigation - pour déterminer la position géographique du système, l'altitude au-dessus du niveau de la mer (pour les trackers sur base mobile). Sur les trackers stationnaires, la navigation n'est pas requise. Les paramètres de latitude, de longitude et d'altitude au-dessus du niveau de la mer de l'emplacement où le tracker est installé sont saisis par le fournisseur lors de l'installation du système.
7. Onduleur - convertit la tension continue provenant de la charge utile du tracker (modules PV, etc.) en tension alternative 220 V (110 V) et la transmet au consommateur ou à la station de réception, alimentant simultanément le tracker. Le nombre d'onduleurs sur le tracker peut aller de un à trois. Les onduleurs sont fabriqués en version protégée (version terrain) ou dans un boîtier installé à l'intérieur. Les schémas de connexion des onduleurs dans le système peuvent être différents.
La nécessité d'emballer entièrement un tracker n'est pas toujours réalisable économiquement ; cela dépend du type de tracker, de son objectif et d'autres facteurs, donc dans la pratique, bon nombre des composants ci-dessus du tracker sont souvent manquants.
Types de trackers solairesSystèmes d'orientation des panneaux solaires
La partie mobile du tracker peut changer de position à l'aide d'un entraînement manuel ou à l'aide de 1 à 2 actionneurs - des actionneurs fabriqués sur des moteurs électriques.
La tâche du tracker est de régler les angles d'inclinaison de la surface de travail de la charge, en l'orientant strictement vers le soleil. En termes simples, les rayons du soleil doivent tomber perpendiculairement au plan du panneau solaire.
Riz. 1 
Dans le premier cas, le dispositif de commande des actionneurs, à l'aide de plusieurs photodétecteurs, analyse l'éclairage à différentes positions du tracker et transmet des signaux de commande aux actionneurs jusqu'à ce que le flux lumineux sur toutes les photocellules soit le même. Le déséquilibre du système dû au mouvement du soleil donnera une impulsion pour activer un nouveau mouvement, vers le soleil. Les schémas de circuits de ces appareils sont simples et peu coûteux. Mais ils présentent un inconvénient majeur. Par temps nuageux, précipitations et contamination des photodétecteurs, le système est inopérant.
Vous pouvez réorienter le système manuellement ou en contrôlant les actionneurs en fournissant des signaux de commande à l'aide de commutateurs. Mais cette méthode est acceptable principalement pour l'orientation saisonnière des trackers, lorsque l'angle d'inclinaison correspondant est défini pour une certaine période de temps (sur l'image, cet angle est désigné par Zénith (angle zénithal du soleil (Fig. 1.)). La précision de l'orientation est faible, l'opérateur ne peut pas toujours être localisé près du tracker, cette méthode n'est donc pas répandue, mais elle est tout à fait adaptée à l'orientation saisonnière des systèmes à petit budget.
Le contrôle du mouvement du tracker le long des angles azimut et zénith est possible avec un dispositif de contrôle comprenant une minuterie. Dans ce cas, les actionneurs commencent leur travail selon le programme horaire journalier (si nécessaire, et selon le programme annuel). La précision de l'orientation n'est pas grande, car le soleil change constamment d'heure, de lieu de lever et de coucher du soleil et d'angle zénithal tout au long de l'année.
Par exemple, en été, sous nos latitudes, l'angle zénithal est petit, et en hiver, le soleil traverse l'horizon et l'angle zénithal est grand. Cette méthode est acceptable pour les systèmes peu coûteux.
La méthode la plus efficace est devenue le contrôle des actionneurs à l'aide d'un programme qui calcule l'emplacement du soleil à certains intervalles de temps. Selon l'horloge interne de l'appareil, le programme de l'unité de contrôle fournira des informations sur la valeur des angles azimut et zénith (Fig. 1), en tenant compte de l'emplacement du tracker (latitude, longitude, altitude au-dessus du niveau de la mer ), après quoi l'actionneur produit la réorientation correspondante du tracker vers la position calculée. Ce programme de calcul de la position du soleil s'appelle SPA (Solar Position Algorithm).
Les dispositifs de contrôle des trackers peuvent être réalisés sur des ordinateurs sécurisés, des automates programmables ou sous la forme de dispositifs complets séparés programmés par le fournisseur lors de la livraison du tracker, en référence à l'emplacement de son produit. Un groupe de trackers peut être contrôlé par un seul ordinateur, ce qui réduit le coût de la centrale électrique.
Caractéristiques de conceptionLa conception du tracker doit garantir sa capacité à résister à de fortes charges de vent lorsqu’il fonctionne dans le cadre du système électrique. Avec une augmentation de la taille de la surface de travail de la charge utile, la dérive du complexe augmente. Le poids de la charge utile compte également. Par conséquent, les concepteurs doivent souvent redistribuer la charge sur le tracker dans leurs décisions, augmentant ainsi les dimensions du système (Photo 4 ; 5). La fiabilité est ici le facteur déterminant.
Vous pouvez acheter un tracker solaire. Choisissez parmi les trackers de production à un ou deux axes.
Les perspectives de développement de la radioastronomie, de l'énergie solaire, des communications spatiales, de l'exploration de la surface de la Terre et d'autres planètes sont directement liées à la possibilité de lancer des structures de grande taille dans l'espace. Actuellement, des recherches sont menées en Russie et à l'étranger visant à créer des structures de différentes classes dans l'espace de grandes dimensions : télescopes et antennes spatiaux, plates-formes énergétiques et scientifiques, panneaux solaires de grande taille (SB), etc.
L'un des domaines importants et en développement rapide dans le domaine de la création de structures spatiales de grande taille est le développement de panneaux solaires déroulants, ainsi que d'antennes installées sur des engins spatiaux (SC) à diverses fins.
À mesure que la taille et la complexité des engins spatiaux augmentent, la nécessité de placer l’engin spatial sous le carénage des lanceurs devient une sérieuse limitation de conception. Cela a conduit à la création d’engins spatiaux ayant différentes configurations pendant le transport et en état de fonctionnement en orbite. Le vaisseau spatial comprend des structures transformables de diverses antennes, des tiges pliantes sur lesquelles sont installés des instruments et des capteurs, des panneaux de sécurité et autres, qui s'ouvrent dans l'espace et prennent la forme nécessaire au fonctionnement en orbite. Ainsi, les vaisseaux spatiaux modernes sont un ensemble de corps reliés les uns aux autres d'une certaine manière. En règle générale, le vaisseau spatial comporte un bloc principal massif auquel sont fixées des structures transformables (Fig. B1).
1 - batterie solaire ; 2 - capteur d'orientation solaire ; 3 - antenne omnidirectionnelle en bande S ; 4 - Antenne bande C (diamètre 1,46 m) ; 5 - antenne multicanal (émetteur d'antenne réseau à commande de phase); 6 - antenne orientable (accès unique en bande K-S, bande K pour liaison de communication espace-espace) (diamètre 4,88 m) ; 7 - direction du vecteur vitesse orbitale ; 8 - direction vers la Terre ; Antenne réseau phasée en bande S à 9 - 30 éléments (ligne de communication multicanal) ; 10 - antenne contrôlée en bande K (ligne de communication espace-Terre) (diamètre 1,98 m) ; 11 - Antenne bande K (diamètre 1,13 m)
Par conséquent, pour qu'un vaisseau spatial moderne puisse s'insérer sous le carénage d'un lanceur, toutes les structures transformables doivent être posées d'une certaine manière dans une position de transport compacte. Une fois le vaisseau spatial lancé sur une certaine orbite, toutes les structures transformables sont déployées selon un programme donné. Dans le cas général, le nombre d'étapes de mise en position de travail des structures transformables peut être assez important (Fig. B2).
1 - configuration initiale des éléments avant déploiement ; 2 - découplage et déploiement de panneaux solaires ; 3 - fixation des tiges des batteries solaires ; 4 - déploiement de l'antenne de la ligne de communication espace-Terre ; 5 - déploiement de l'antenne bande C ; 6 - compartiment du remorqueur interorbital IDS ; 7 - déploiement des tiges d'antenne à accès unique et rotation des antennes ; 8 - configuration finale après déploiement de tous les éléments
Lors du mouvement des éléments de structures transformables, ils sont fixés dans une certaine position, tandis que le mouvement s'effectue à la fois à l'aide d'entraînements électriques et grâce à l'énergie de déformation de divers types de ressorts.
Ainsi, le problème de la création de systèmes montés à des fins fonctionnelles spéciales avec des dimensions dépassant les dimensions de l'engin spatial se résume au développement de structures pliables qui satisfont à des exigences contradictoires telles qu'un poids et un volume minimum à l'état de transport plié, une grande fiabilité de déploiement depuis le état de transport jusqu'à la position de travail et fonctionnement en orbite, surface de travail maximale à l'état ouvert, caractéristiques de performance stables dans des conditions de charge. Les performances de telles structures sont principalement déterminées par l'intensité des forces qui s'y produisent lors de l'ouverture. Par conséquent, garantir leur ouverture fiable est associé à la résolution de problèmes mécaniques complexes.
Malgré des progrès significatifs dans la conception de telles structures, la tâche consistant à assurer une ouverture fluide et fiable des grandes structures tout en assurant leur fonctionnement ultérieur reste importante.
Les tendances actuelles dans le développement de la technologie spatiale dictent la nécessité de créer des engins spatiaux dotés d'une alimentation électrique élevée et d'une durée de vie prolongée - 15 ans ou plus. Une augmentation de l'alimentation électrique d'un engin spatial entraîne une augmentation de la surface utile de l'aile SB (Fig. B3).
Dans le même temps, ils doivent être placés dans la zone de charge utile des lanceurs d'engins spatiaux existants en orbite. Dans ces conditions, une seule issue est évidente : construire une aile SB, en augmentant le nombre de panneaux, qui sont pliés en un ensemble rationnel au stade de la mise en orbite du vaisseau spatial. Dans les expériences au sol, il n'est pas possible de reproduire suffisamment les conditions réelles du processus de déploiement du SB et ainsi de confirmer pleinement la fiabilité et les performances du système de déploiement. Une défaillance ou un fonctionnement anormal du système de divulgation du système de sécurité entraîne presque toujours des situations d'urgence. L'utilisation de méthodes de modélisation mathématique détermine de manière significative la qualité, réduit le temps et le coût de développement des SB multi-liens pliables. Cela offre la possibilité d'un support d'informations détaillé tout au long de la période de développement, de fabrication, de tests expérimentaux et d'exploitation du SB, y compris l'analyse de la fiabilité, la prévision des pannes et des situations d'urgence.
Dans la construction de maisons de campagne, de maisons de campagne, de serres et de divers bâtiments agricoles, des systèmes d'alimentation électrique autonomes ont de plus en plus commencé à être utilisés. Les panneaux solaires assurent l'indépendance des réseaux électriques généraux. Et dans les villes du secteur privé, vous pouvez souvent voir des panneaux solaires de centrales électriques domestiques sur les toits des maisons.
Ces panneaux peuvent être constitués de structures en silicium mono- et polycristallin, peuvent être construits sur la base de batteries fabriquées selon la technologie amorphe ou micromorphique, et peuvent même utiliser des cellules solaires fabriquées selon la technologie « Moth Eye ». De plus, chaque bâtiment est construit de telle manière que les panneaux solaires sont installés dans un endroit qui reçoit le maximum de soleil.
L'efficacité des systèmes modernes à l'hélium ne dépasse en moyenne pas 18 % à 20 %. Les meilleurs échantillons peuvent atteindre une efficacité de 25 %. En 2014, des scientifiques du Centre australien de l'UNSW pour les photovoltaïques avancées ont rapporté qu'ils avaient atteint un rendement des cellules solaires de 40 %.
Il faut comprendre que la valeur d'efficacité est mesurée lorsque le panneau d'hélium est éclairé par le soleil à angle droit. Si la batterie solaire est fixée de manière permanente, alors pendant la journée, lorsque le soleil se déplace dans le ciel, la période d'éclairage direct de la batterie par le soleil sera relativement courte. Et par conséquent, l’efficacité des panneaux solaires, même les plus avancés, diminuera.
Afin de minimiser la diminution de l'efficacité des systèmes à hélium, des panneaux solaires devraient être installés sur des modules rotatifs, ce qui permettra aux batteries d'être orientées vers le soleil tout au long de la journée. Un tel dispositif rotatif, sur lequel est fixée une structure de support avec un ou plusieurs panneaux solaires, est appelé tracker.
Il est conçu pour surveiller le soleil et, en fonction de sa position, orienter le panneau solaire vers lui. Cet appareil, selon la version, comprend un ou deux capteurs de suivi solaire, ainsi qu'un mécanisme rotatif. Le tracker doit être installé dans un endroit bien éclairé au sol, sur un support fixe ou sur un mât qui élèvera le tracker à une hauteur telle que la batterie solaire soit toujours éclairée par le soleil.
Tracker avec quatre panneaux solaires sur un mât
Même le dispositif rotatif le plus simple doté d'un système de suivi solaire vous permet d'obtenir une efficacité maximale des batteries au gel. Des études ont montré qu'en l'absence d'une bonne orientation des panneaux solaires vers le soleil, jusqu'à 35 % de l'énergie est perdue. Par conséquent, pour atteindre la puissance prévue dans le cas d’un montage fixe de photocellules, il est nécessaire d’installer un plus grand nombre de panneaux.
Le principe de construction de systèmes de contrôle de rotation de panneaux solaires
L'industrie produit plusieurs types de systèmes de contrôle de rotation des panneaux solaires. Ce sont des appareils assez coûteux (jusqu'à 100 000 roubles) qui peuvent contrôler la position de plusieurs panneaux d'hélium à la fois.
Étant donné que le soleil se déplace non seulement horizontalement mais aussi verticalement pendant la journée, ces systèmes de contrôle surveillent à la fois les changements de position et, en fonction des informations reçues, émettent des commandes pour faire pivoter le panneau autour des axes horizontal ou vertical. Dans le cas général, un tel système de contrôle se compose d'un capteur solaire, d'un convertisseur de signal (P) de ce capteur, d'un amplificateur de signal (U), d'un microcontrôleur (MC), d'un dispositif de contrôle du moteur (ECD), du moteur lui-même et , enfin, le cadre lui-même sur lequel il est monté, un panneau à hélium.
Circuit de contrôle du traqueur
Il est caractéristique que le même circuit soit utilisé pour contrôler la rotation dans les deux axes. Seuls les capteurs de position solaire et les moteurs sont différents. Le capteur de position solaire le plus simple est constitué de deux photodiodes séparées par une cloison opaque.
Selon le mouvement surveillé par ce capteur, la cloison est installée horizontalement ou verticalement, mais doit être orientée strictement vers le soleil. Tant que les deux photodiodes sont éclairées de la même manière, les signaux qui en proviennent sont égaux. Dès que le soleil bouge au point qu'une des photodiodes se trouve dans l'ombre de la cloison, un déséquilibre des signaux se produit et le système de contrôle génère une commande correspondante pour faire tourner le panneau solaire.
Circuit du capteur de position du soleil
En règle générale, des moteurs pas à pas ou des moteurs à valve à réluctance sont utilisés comme moteurs pour le plateau tournant. Dans de tels systèmes de contrôle, des capteurs de suivi sont installés sur la même plate-forme et tournent avec elle, assurant ainsi une orientation précise du panneau d'hélium vers le soleil. Pour un fonctionnement fiable du capteur, il est nécessaire de le protéger de la contamination, de l’accumulation de neige et de l’ombrage des optiques par des objets aléatoires.
Il existe des systèmes de contrôle dans lesquels les capteurs de suivi sont retirés de la plate-forme rotative de support et sont situés dans un endroit protégé de telles influences. Dans ce cas, le signal des capteurs est envoyé à l'émetteur du synchroniseur. En orientant le capteur de suivi vers le soleil, l'émetteur synchro transmet l'action de commande au récepteur synchro, qui fait tourner la plate-forme de support, la pointant exactement vers le soleil.
Système de contrôle de rotation de panneau solaire basé sur un mécanisme d'horloge
Les installations industrielles - centrales à hélium entièrement équipées avec modules rotatifs biaxiaux - sont assez coûteuses. Par exemple, le tracker industriel UST-AADAT coûte environ un million et demi de roubles. Le désir naturel de tous les propriétaires de centrales solaires est d’augmenter la production d’électricité tout en réduisant les coûts. En conséquence, des appareils faits maison sont apparus, originaux dans leur conception, utilisant des matériaux de récupération. Et ces appareils contrôlent avec succès l’orientation des panneaux vers le soleil.
L'une des options pour un tel dispositif est un système de contrôle de l'orientation des panneaux d'hélium, construit sur la base d'un mécanisme d'horloge. Pour suivre le soleil, il n'est pas du tout nécessaire d'utiliser des appareils récepteurs de lumière. Pour ce faire, prenez simplement une horloge murale mécanique ordinaire. Même les vieux marcheurs feront l’affaire. On sait qu'en une heure le soleil parcourt le ciel d'est en ouest selon une trajectoire correspondant à un déplacement angulaire de 15°. Un tel déplacement angulaire n'étant pas particulièrement critique pour un panneau à hélium, il suffit d'allumer le mécanisme de rotation une fois par heure.
Suivre le mouvement du soleil par horloge
Un dispositif permettant de faire tourner un panneau d'hélium autour d'un axe vertical peut ressembler à ceci. Un contact fixe est établi dans le cadran à une distance de la longueur de l'aiguille des minutes du centre, à l'endroit correspondant à 12 heures. Le contact mobile se trouve au bout de l’aiguille des minutes.
Ainsi, toutes les 60 minutes, les contacts se fermeront et le moteur s'allumera, faisant tourner le panneau solaire. Le moteur peut être arrêté de différentes manières, par exemple à l'aide d'un interrupteur de fin de course ou d'un relais temporisé. Si vous installez un autre contact fixe sur le cadran à l'endroit correspondant à 6 heures, alors la position du panneau sera corrigée toutes les demi-heures.
Dans ce cas, les dispositifs d'arrêt du moteur doivent être réglés pour faire pivoter la plate-forme porteuse selon un angle de 7,5°.
De plus, si vous le souhaitez, ici, sur ce mécanisme, à l'aide d'un autre groupe de contacts, mais dans le sens des aiguilles d'une montre, vous pouvez assembler un circuit permettant de ramener automatiquement le panneau solaire à sa position d'origine. Sur la base de la même aiguille dans le sens des aiguilles d'une montre, vous pouvez assembler un système de contrôle permettant de faire tourner le panneau autour de l'axe horizontal. Tandis que l'aiguille des heures se déplace vers 12 heures, le cadre porteur se lève avec le soleil. Après 12 heures, le moteur à axe horizontal s'inverse et le panneau solaire commence à tourner dans le sens opposé.
Principe de l'horloge à eau dans le système de contrôle de rotation des panneaux solaires
Ce système a été inventé par Eden Full, étudiante canadienne de dix-neuf ans. Il est conçu pour contrôler un tracker à axe unique. Le principe de fonctionnement est le suivant. La rotation s'effectue autour d'un axe horizontal. Le panneau solaire est installé dans la position initiale de manière à ce que les rayons du soleil soient perpendiculaires au plan du panneau.
Un récipient contenant de l'eau est suspendu d'un côté du panneau et une charge est suspendue du côté opposé, qui est en équilibre avec le récipient rempli d'eau. Un petit trou est pratiqué au fond du récipient pour que l'eau s'écoule goutte à goutte de ce récipient. La taille de ce trou est choisie expérimentalement. Au fur et à mesure que l'eau s'écoule, le navire devient plus léger et le contrepoids fait lentement tourner le cadre avec le panneau.
Traqueur d'horloge à eau
La préparation du tracker au fonctionnement consiste à verser de l'eau dans le récipient vide et à placer le panneau solaire dans sa position d'origine.
Ces deux exemples n'épuisent pas les options possibles pour construire des modules rotatifs. Avec un peu d'imagination, vous pouvez obtenir un appareil simple mais très efficace qui garantira d'augmenter l'efficacité de votre centrale électrique à hélium domestique.
Le système de rotation de la batterie solaire contient un boîtier, un arbre creux avec une bride pour connecter la batterie solaire, un entraînement pour sa rotation, des collecteurs de puissance et de courant télémétrique. L'arbre de sortie est fonctionnellement divisé en une bride de puissance et un arbre avec un collecteur de courant de puissance. Le collecteur de courant télémétrique est installé sur son arbre et relié à l'arbre de sortie. La bride de l'arbre de sortie est installée dans le boîtier du système de rotation de la batterie solaire sur un palier de support avec précharge ou sa compression à travers le palier de support jusqu'au boîtier du système de rotation de la batterie solaire par des ressorts. La fiabilité augmente et le poids et les dimensions de l'appareil diminuent. 1 salaire f-ly, 1 malade.
L'invention concerne la technologie spatiale et peut être utilisée dans la conception d'un système de rotation de panneaux solaires (SPSB).
La présente invention est destinée à faire tourner une batterie solaire (SB) et à transmettre l'énergie électrique des batteries solaires à un vaisseau spatial.
Un système bien connu pour batteries solaires rotatives (SPBS), brevet américain n° 4076191, se compose d'un boîtier, d'un arbre avec deux brides pour relier deux ailes de batteries solaires, d'un entraînement et de collecteurs de courant. De puissance, transmettant l'énergie électrique, et télémétrique, transmettant des commandes et des informations télémétriques, des collecteurs de courant sont situés sur l'arbre, tandis que l'entraînement fait tourner les deux ailes du SB. Cette invention est prise comme prototype.
L'inconvénient de cet appareil est la présence d'un lecteur non redondant et, par conséquent, la capacité de survie réduite de l'appareil. Le deuxième inconvénient est la conception massive de l'arbre, due au respect de l'exigence de rigidité à la flexion requise de l'arbre. De plus, un grand diamètre d'arbre entraîne une friction et une usure accrues des collecteurs de courant.
L'objectif technique de l'invention est d'augmenter la fiabilité du système, de réduire le poids de la structure et d'augmenter la fonctionnalité.
La tâche est réalisée grâce au fait que dans un SPBS comportant un boîtier, un entraînement et un arbre, l'arbre de sortie de l'appareil est creux avec une bride de puissance à son extrémité. Dans ce cas, le collecteur de courant de puissance est situé sur l'arbre de sortie à l'extérieur et le dispositif télémétrique est installé sur son propre arbre. Le dispositif de collecte de courant télémétrique est connecté à l'arbre de sortie du SPBS. La bride de l'arbre de sortie est montée sur un roulement de support à bagues plates ou plaquée contre le carter par des ressorts. La section de l'arbre de sortie avec le collecteur de courant de puissance installé est exclue de la conception rigide et présente des dimensions optimales pour garantir un poids minimum et la durée de vie requise du collecteur de courant.
L'essence de l'invention est illustrée par le dessin, où la figure 1 montre une vue générale du dispositif revendiqué avec une coupe.
Le système de rotation de batterie solaire se compose d'un boîtier 1, d'un entraînement 2, d'un arbre de sortie 3 monté sur un roulement de support 4, d'un collecteur de courant de puissance 6 situé sur l'arbre de sortie 3 et d'un collecteur de courant télémétrique 7 monté sur son arbre. Le dispositif télémétrique de collecte de courant 7 peut être installé dans la cavité interne de l'arbre de sortie 3 ou extérieurement et connecté à celui-ci. Une rigidité accrue des structures est obtenue en appuyant constamment l'arbre 3 contre le boîtier 1 en raison de la précharge du roulement de support ou de la compression par des ressorts à disque 8. Une précision accrue de la position de l'axe de rotation de l'arbre de sortie 3 est obtenue par un roulement de support avec des bagues de support plates 9. La roue dentée 10 est montée sur l'arbre 5 de l'entraînement 2. Le pignon 11 est installé sur l'arbre de sortie 3.
Lorsque le SPSB fonctionne, l'entraînement 2 transmet la rotation à l'arbre de sortie 3. La rotation de l'entraînement à l'arbre de sortie 3 est transmise par un train d'engrenages avec les engrenages 10, 11.
Les collecteurs de courant 6 et 7 transmettent l'énergie électrique, les commandes et les signaux du générateur solaire rotatif au vaisseau spatial à la fois lorsqu'il tourne et lorsqu'il est arrêté. Une pression constante de l'arbre de sortie 3 sur le boîtier 1 à travers le palier de support 4 est assurée par des disques ressorts 8 aussi bien pendant la rotation que lorsque l'arbre de sortie s'arrête.
La capacité de survie accrue du vaisseau spatial est assurée par l'utilisation d'un SPSB pour chaque aile SB. Même en cas de panne du système d'alimentation électrique d'une aile, l'appareil recevra l'énergie électrique de l'autre aile et assurera le fonctionnement des principaux consommateurs.
La réduction de poids de la structure est assurée par le fait que l'arbre de sortie 3 est fonctionnellement divisé en une bride de puissance jusqu'au palier de support 4 et un arbre collecteur de courant de puissance. La bride de puissance peut être située à la fois à l'intérieur du boîtier SPSB et à l'extérieur, comme le montre la Fig. 1. L'arbre a des dimensions plus petites, un poids inférieur et une rigidité à la flexion accrue en raison de la fermeture directe du circuit de puissance de la structure à partir de la bride de l'arbre de sortie. au boîtier à travers le palier de support.
La force de poussée du palier d'appui (ou la précharge du palier d'appui à quatre points) est choisie parmi la condition suivante de non-ouverture de l'articulation sous charges de fonctionnement :
P>2·K·M/D, où
P - force de poussée du roulement de support, Nm ;
M - moment de flexion réduit en fonctionnement normal, N ;
La réduction du poids des dispositifs collecteurs de courant et l'augmentation de leur durée de vie sont obtenues grâce au fait que la section de l'arbre avec le dispositif collecteur de courant de puissance installé est exclue de la structure rigide et a des dimensions optimales pour le dispositif collecteur de courant. appareil. Un dispositif collecteur de courant télémétrique de type capsule est installé sur son arbre, par exemple à l'intérieur de l'arbre de sortie ou est connecté extérieurement et présente une masse minimale. La durée de vie accrue des collecteurs de courant est obtenue grâce à la possibilité de les réaliser avec un diamètre minimum de bagues coulissantes et, par conséquent, un frottement réduit.
Des pertes par frottement plus faibles des collecteurs de courant permettent de réduire la puissance d'entraînement, ce qui entraîne une réduction du poids de la partie d'entraînement du SPSB.
Actuellement, l'entreprise a publié la documentation de conception pour le SPSB de la conception déclarée et a effectué des tests expérimentaux au sol du système. Les tests ont montré une réduction significative du poids du système, une augmentation de la durée de vie, une augmentation des caractéristiques de rigidité et de fiabilité du système.
1. Système de rotation de batterie solaire comportant un boîtier, un arbre creux avec une bride pour connecter la batterie solaire, un entraînement pour sa rotation, des dispositifs de collecte de puissance et de courant télémétrique, caractérisé en ce que l'arbre de sortie est fonctionnellement divisé en une bride de puissance et un arbre avec un dispositif collecteur de courant électrique et un dispositif télémétrique, le dispositif collecteur de courant est installé sur son arbre et relié à l'arbre de sortie, tandis que la bride de l'arbre de sortie est installée dans le boîtier du système de rotation de la batterie solaire sur un palier de support avec précharge ou sa précharge à travers le palier de support jusqu'au boîtier du système de rotation de la batterie solaire par des ressorts.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la précharge ou force de précharge du palier d'appui est choisie parmi la condition suivante de non-ouverture du joint sous charges de fonctionnement :
P>2·K·M/D,
où P est la précharge ou la force de précharge du roulement de support, Nm ;
K - facteur de sécurité pour les charges externes ;
M - moment de flexion réduit en fonctionnement normal, N ;
D - diamètre de travail du roulement de support (par billes), m.
Brevets similaires :
L'invention concerne les équipements d'engin spatial (SV) et en particulier les éléments structurels mobiles de l'engin spatial qui présentent une connexion électrique avec le système de commande de l'engin spatial, par exemple des batteries solaires (SB), des antennes, des capots mobiles, etc.
L'invention concerne le contrôle de l'orientation d'un engin spatial (SV) à panneaux solaires (SB) fixes par rapport au corps de l'engin spatial. .
L'invention concerne le domaine de la technologie spatiale et peut être utilisée pour déterminer et contrôler les paramètres intégraux du transfert de chaleur radiante de la planète autour de laquelle l'engin spatial (SV) orbite.
L'invention concerne la technologie spatiale et peut être utilisée dans la conception de structures distantes d'engins spatiaux, principalement des antennes et des panneaux solaires. Le support de batterie solaire contient un mécanisme à deux maillons, sur les deux maillons communs de l'axe duquel est installé un ressort de torsion avec dispositifs d'armement. Un maillon est installé sur le cadre du panneau solaire et l'autre sur le corps du vaisseau spatial. Une tige à ressort est située perpendiculairement à l'axe sur l'un des maillons pour la fixation en position finale. A l'extrémité de la tige à ressort, est installé un culbuteur avec possibilité de rotation, aux deux extrémités duquel sont rigidement fixés des roulements, interagissant avec les rainures coniques des copieurs, montés rigidement sur le maillon opposé au ressort- tige chargée. Les maillons du mécanisme à deux maillons comportent des trous pour un dispositif de fixation de la position initiale des maillons, fixé au moyen d'une connexion filetée. EFFET : fiabilité accrue du fonctionnement du support et simplification du processus d'installation de la batterie solaire sur le corps de l'engin spatial. 13 malades.
L'invention concerne des systèmes d'alimentation électrique pour engins spatiaux (SC) utilisant des panneaux solaires (SB). La méthode consiste à déterminer un angle donné du SB, à mesurer son angle actuel et à calculer l'angle calculé à partir de la vitesse angulaire du SB et du temps de sa rotation. Les angles d'accélération (αASG) et de freinage (αBREAK) SB sont déterminés. Le SB tourne jusqu'à ce que le seuil de libération soit atteint (αOTP ≈ αTORM), lorsque l'inadéquation entre les angles SB spécifiés et calculés s'arrête. Avant de démarrer le contrôle, l'angle spécifié est mémorisé et la valeur initiale de l'angle calculé est prise comme valeur fiable de l'angle actuel. Le seuil de désadaptation (αPR) de ces angles est fixé en fonction des angles αRAZG et αTORM, ainsi que des courants SB minimum admissibles et maximum possibles. Le cercle du capteur d'angle est divisé en secteurs discrets (DS) égaux de taille σ sous la condition : α ACCÉLÉRATION + αBRACK< σ < αПР. Биссектрисы ДС принимают за измеряемые значения. Задают период определения достоверного значения текущего угла на порядок и более превышающим максимальную длительность сбоя информации датчика и менее минимального интервала следования сбоев. Разбивают данный период на четыре равных интервала, и из анализа измеренных и запомненных значений на этих интервалах сбрасывают или формируют сигнал достоверности. В последнем случае вращают СБ до достижения рассогласованием между расчетным и заданным углами значения αОТП и тогда запоминают новое значение заданного угла. Техническим результатом изобретения является повышение живучести и эффективности системы управления ориентацией СБ при кратковременных сбоях информации, поступающей от датчика угла СБ. 4 ил.
L'invention concerne des systèmes d'alimentation électrique pour un engin spatial (SC) utilisant des panneaux solaires (SB). Le procédé consiste à déterminer les angles d'orientation spécifiés et actuels du satellite et la vitesse angulaire (ωSV) du satellite. L'angle calculé est également calculé et, avant de commencer à contrôler le SB, on lui attribue la valeur de l'angle mesuré, qui est mémorisée. Faites pivoter le SB dans le sens de diminuer l’inadéquation entre les angles donnés et calculés. Les temps et angles d'accélération (tARG, αARG) et de décélération (tBREAK, αBREAK) de l'alimentation sont déterminés, ainsi que l'angle maximum admissible (αMAX) de la déviation de l'alimentation, sur la base des valeurs minimale et maximale autorisées. courants possibles de l’alimentation. À ces angles, le seuil de réponse (αCP) est défini, lorsqu'il est dépassé, le décalage spécifié se forme. Ce dernier n'est pas pris en compte en dessous du seuil de déclenchement (αOTP), dès qu'il est atteint, la rotation du SB est arrêtée. L'angle calculé du SB est ajusté dans un secteur discret (DS) du cercle de rotation du SB. L'amplitude du DS dépend des angles αRAZG, αTORM et αCP. En fonction de αCP et ωSB, la valeur seuil du temps de surveillance de la continuité des changements d'informations sur la position angulaire du SB est fixée. Ce temps de surveillance est compté si l'angle mesuré actuel diffère de l'angle stocké de plus d'un DS, et est arrêté dans le cas contraire. Réglez le temps seuil pour contrôler le sens de rotation du SB en fonction de tRAZG, tBREAK, αMAX, ωSB et de la valeur du DC. Ce temps est compté au temps de contrôle de continuité zéro, si le signe de l'écart entre les angles mesurés et mémorisés du SB ne correspond pas au sens de rotation spécifié du SB. Dans le cas contraire, le compte à rebours est arrêté et le temps de contrôle du sens de rotation est remis à zéro. Dans ce cas, au moment de modifier l'angle mesuré actuel d'un DS, l'angle calculé est réglé sur la valeur de la limite entre le DS et l'angle stocké se voit attribuer une nouvelle valeur de l'angle mesuré. Si le temps de contrôle de continuité ou le temps de contrôle de sens de rotation dépasse sa valeur seuil, alors un signal de défaillance est généré et le contrôle du SB est arrêté. Le résultat technique de l'invention est d'augmenter la capacité de survie et l'efficacité du système de contrôle d'attitude SB. 3 malades.
L'invention concerne des systèmes d'alimentation électrique pour un engin spatial (SC) utilisant des panneaux solaires (SB). Le procédé consiste à déterminer un angle d'orientation donné du panneau solaire par rapport au Soleil à partir de la position angulaire mesurée de la normale par rapport à la surface de travail du panneau solaire et à calculer l'angle calculé par rapport à la position spécifiée de la normale. Faites pivoter le SB dans le sens de diminuer l’inadéquation entre les angles donnés et calculés. Les angles d'accélération (αASG) et de freinage (αBREAK) SB sont déterminés. L'angle calculé est ajusté aux moments où les valeurs du capteur d'angle changent de la valeur du secteur discret (DS) de rotation du SB. Les seuils d'actionnement (αSR) et de déclenchement (αOTP) sont définis, arrêtant la rotation du SB si l'écart entre les angles donnés et actuels commence à augmenter, mais pas plus que αSR. La vitesse angulaire de rotation du SB est définie comme étant d'un ordre de grandeur supérieure à la vitesse angulaire maximale de rotation de l'engin spatial autour de la Terre, et la valeur de DS est inférieure à αCP. Régler l'angle de travail (αRAB) SB à partir de la condition : αSR< αРАБ < (αГОР - 2·(αРАЗГ + αТОРМ)). Присваивают заданному углу значение углового положения ближайшего к нему луча угла αРАБ, если направление на Солнце в проекции на плоскость вращения указанной нормали находится вне αРАБ. Если угловое положение данной нормали находится вне αРАБ, изменяясь в направлении увеличения угла относительно ближайшего к нему луча угла αРАБ, то формируют сигнал отказа и прекращают управление СБ. Техническим результатом изобретения является исключение заклинивания и поломки панели СБ или бортового оборудования КА, при обеспечении максимально возможного тока в условиях ограничений на углы поворота СБ (напр., от 90° до 180°). 3 ил.
L'invention concerne le domaine de l'électrotechnique, en particulier les dispositifs permettant de générer de l'énergie électrique par conversion du rayonnement lumineux en énergie électrique, et peut être utilisée dans la création et la production d'engins spatiaux de petite taille équipés de batteries solaires (SB). Le résultat technique de l'invention est : l'augmentation de la résistance de l'alimentation électrique aux chocs thermiques, aux effets des charges mécaniques et thermomécaniques, l'augmentation de la fabricabilité de la conception, l'augmentation de la durée de vie active des alimentations électriques d'engins spatiaux, l'augmentation de la fonctionnalité par expansion de la température. plage de fonctionnement et optimisation de la conception de l'alimentation électrique, simplification du système de commutation, obtenue en augmentant la résistance de la connexion des diodes shunt et des cellules solaires, augmentant la reproductibilité du processus de fabrication des panneaux solaires des engins spatiaux en optimisant la technologie de fabrication de diodes shunt et de cellules solaires, ainsi que des bus de commutation reliant les cellules solaires et les diodes shunt, qui sont multicouches. Une batterie solaire pour petit engin spatial contient : des panneaux avec des modules sur lesquels sont collées des cellules solaires (SC), une diode shunt ; des barres omnibus de commutation reliant les côtés avant et arrière de la diode shunt à la cellule solaire, tandis que la diode shunt est installée dans une découpe dans le coin de la cellule solaire, tandis que les barres omnibus de commutation sont constituées de plusieurs couches, constituées d'une feuille de molybdène, des deux côtés dont une couche de vanadium ou de titane, une couche de nickel et une couche d'argent respectivement. 2 n. et 5 salaire f-ly, 4 ill., 3 tableaux.
L'invention concerne la commande du mouvement d'un engin spatial (SC) à l'aide de forces de pression du rayonnement solaire réparties sur les zones de travail du SC. Ces derniers se présentent sous la forme de flux de gouttelettes plats parallèles optiquement transparents. La distance entre les gouttes de rayon R dans chaque écoulement le long de celui-ci (Sx) et dans sa direction frontale-transversale (Sy) est un multiple. Le nombre de fils est. En déplaçant les flux les uns par rapport aux autres dans le sens de leur déplacement à distance, les flux du feuillet de gouttelettes se forment en nombre. Chacun de ces flux est déplacé par rapport au précédent dans le sens frontal-transversal d'une certaine distance. Cela crée une opacité dans le sens frontal-transversal et une transparence dans le sens du plan perpendiculaire à l'écoulement. La force unitaire distribuée de pression légère est régulée en modifiant le rayon et le nombre de gouttes arrivant au point de son application par unité de temps. L'ampleur de l'impact total est ajustée en modifiant le nombre de jets goutte à goutte. Le résultat technique de l'invention vise à augmenter l'efficacité de l'utilisation de forces de pression légère externes distribuées en réduisant leur effet perturbateur sur le mouvement relatif de l'engin spatial. 3 ill., 1 onglet.
L'invention concerne la commande du mouvement d'un engin spatial (SV), sur lequel se trouvent un radiateur émetteur de chaleur et une batterie solaire (SB). Le procédé consiste à effectuer un vol de vaisseau spatial en orbite autour d'une planète avec le système solaire tournant vers une position correspondant à l'alignement de la normale à la surface de travail du satellite avec la direction vers le Soleil. L'orientation orbitale du vaisseau spatial est construite, dans laquelle le plan de rotation SB est parallèle au plan orbital du vaisseau spatial et le SB est situé par rapport au plan orbital du côté du Soleil. L'altitude de l'orbite de l'engin spatial et l'angle entre la direction du Soleil et le plan de l'orbite de l'engin spatial sont déterminés. Déterminer la valeur (β*) de cet angle pour laquelle la durée de la partie d'ombre du virage est égale au temps nécessaire au dégagement de chaleur par le radiateur sur le virage. Les orbites orbitales sur lesquelles la valeur actuelle d'un angle donné est supérieure à β* sont déterminées. Lors de ces virages, le SB tourne autour des axes de rotation transversal et longitudinal jusqu'à ce que les conditions d'ombrage du radiateur SB soient remplies. En même temps, ils garantissent une déviation minimale de l’orientation de la surface de travail du système solaire vers le Soleil. Le vol orbital du vaisseau spatial s'effectue sur une orbite quasi circulaire avec une altitude ne dépassant pas une certaine valeur calculée. Le résultat technique de l'invention est d'augmenter l'efficacité du radiateur en créant des conditions pour son refroidissement naturel lorsque le système solaire est ombragé dans n'importe quelle position de l'engin spatial sur l'orbite. 3 malades.
L'invention concerne la technologie spatiale et peut être utilisée dans la conception d'un système de rotation de batterie solaire.
Le philosophe romain Sénèque a dit : « Si une personne ne sait pas où elle navigue, alors il n’y a pas de vent favorable pour elle. » En fait, à quoi cela nous sert-il si nous ne connaissons pas la position de l’appareil dans l’espace ? Cette histoire parle d'appareils qui nous permettent de ne pas nous perdre dans l'espace.
Les progrès technologiques ont rendu les systèmes de contrôle d’attitude petits, bon marché et accessibles. Désormais, même un microsatellite étudiant peut se targuer d'un système d'orientation dont les pionniers de l'astronautique ne pouvaient que rêver. Des opportunités limitées ont donné lieu à des solutions ingénieuses.
Réponse asymétrique : pas d’orientation
Les premiers satellites et même les stations interplanétaires volaient sans orientation. La transmission des données vers la Terre s'effectuait via un canal radio, et plusieurs antennes, afin que le satellite puisse être en contact dans n'importe quelle position et dans n'importe quelle chute, pesaient beaucoup moins que le système de contrôle d'attitude. Même les premières stations interplanétaires ont volé sans orientation :
Luna 2, la première station à atteindre la surface lunaire. Quatre antennes sur les côtés assurent la communication dans n'importe quelle position par rapport à la Terre
Aujourd’hui encore, il est parfois plus facile de couvrir toute la surface d’un satellite avec des panneaux solaires et d’installer plusieurs antennes que de créer un système de contrôle d’attitude. De plus, certaines tâches ne nécessitent pas d'orientation : par exemple, les rayons cosmiques peuvent être détectés dans n'importe quelle position du satellite.
Avantages :
- Simplicité et fiabilité maximales. Un système d’orientation manquant ne peut pas échouer.
- Actuellement adapté principalement aux microsatellites qui résolvent des problèmes relativement simples. Les satellites « sérieux » ne peuvent plus se passer d’un système de contrôle d’attitude.
Capteur solaire
Au milieu du XXe siècle, les photocellules étaient devenues une chose familière et maîtrisée, il n'est donc pas surprenant qu'elles soient allées dans l'espace. Le Soleil est devenu un phare évident pour de tels capteurs. Sa lumière vive tombait sur l'élément photosensible et permettait de déterminer la direction :
Différents schémas de fonctionnement des capteurs solaires modernes, en bas se trouve une matrice photosensible
Autre option de conception, ici la matrice est courbe
Capteurs solaires modernes
Avantages :
- Simplicité.
- Bas prix.
- Plus l’orbite est haute, plus la zone d’ombre est petite et plus le capteur peut fonctionner longtemps.
- La précision est d'environ une minute d'arc.
- Ne travaillez pas à l’ombre de la Terre ou d’un autre corps céleste.
- Peut être soumis à des interférences provenant de la Terre, de la Lune, etc.
Le vaisseau spatial Vostok a intelligemment utilisé un capteur solaire : l'axe du Soleil a été utilisé lors de la construction de l'orientation pour décélérer le vaisseau. En outre, les capteurs solaires étaient très demandés sur les stations interplanétaires, car de nombreux autres types de capteurs ne peuvent pas fonctionner en dehors de l'orbite terrestre.
En raison de leur simplicité et de leur faible coût, les capteurs solaires sont désormais très courants dans la technologie spatiale.
Infrarouge vertical
Les véhicules qui volent en orbite terrestre doivent souvent déterminer la verticale locale, c'est-à-dire la direction vers le centre de la Terre. Les photocellules visibles ne sont pas très adaptées à cela - du côté nuit, la Terre est beaucoup moins éclairée. Mais heureusement, dans le domaine infrarouge, la Terre chaude brille presque de la même manière dans les hémisphères diurnes et nocturnes. Sur les orbites basses, les capteurs déterminent la position de l'horizon ; sur les orbites hautes, ils scrutent l'espace à la recherche du cercle chaud de la Terre.Structurellement, en règle générale, les constructeurs verticaux infrarouges contiennent un système de miroirs ou un miroir à balayage :
Ensemble vertical infrarouge avec volant d'inertie. L'unité est conçue pour une orientation précise vers la Terre pour les satellites géostationnaires. Le miroir de numérisation est clairement visible
Un exemple du champ de vision de la verticale infrarouge. Cercle noir - Terre
Verticales infrarouges domestiques produites par JSC "VNIIEM"
Avantages :
- Capable de construire une verticale locale dans n’importe quelle partie de l’orbite.
- Fiabilité généralement élevée.
- Bonne précision -
- Orientation sur un seul axe.
- Pour les orbites basses, certaines conceptions sont nécessaires, pour les orbites hautes, d'autres.
- Dimensions et poids relativement importants.
- Uniquement pour l'orbite terrestre.
Le vaisseau Soyouz. Les capteurs SCI en double sont indiqués par des flèches
Gyroorbitant
Pour émettre une impulsion de freinage, il est nécessaire de connaître la direction du vecteur vitesse orbital. Le capteur solaire donnera l'axe correct environ une fois par jour. Ceci est normal pour les vols d'astronautes : en cas d'urgence, une personne peut orienter manuellement le navire. Mais les navires Vostok avaient des «frères jumeaux», les satellites de reconnaissance Zenit, qui devaient également émettre une impulsion de freinage pour renvoyer le film capturé de l'orbite. Les limites du capteur solaire étaient inacceptables, il a donc fallu inventer quelque chose de nouveau. Cette solution était le gyroorbitant. Lorsque la verticale infrarouge fonctionne, le vaisseau tourne car l'axe vers la Terre tourne constamment. La direction du mouvement orbital est connue, donc par la direction dans laquelle le navire tourne, sa position peut être déterminée :
Par exemple, si le navire roule constamment vers la droite, alors nous volons du côté droit vers l’avant. Et si le navire vole vers l'avant, il lèvera constamment le nez. A l'aide d'un gyroscope, qui tend à maintenir sa position, cette rotation peut être déterminée :
Plus la flèche est déviée, plus la rotation selon cet axe est prononcée. Trois de ces cadres vous permettent de mesurer la rotation le long de trois axes et de faire tourner le navire en conséquence.
Les gyroorbitants étaient largement utilisés dans les années 60 et 80, mais ils ont aujourd’hui disparu. De simples capteurs de vitesse angulaire permettaient de mesurer efficacement la rotation du véhicule, et l'ordinateur de bord pouvait facilement déterminer la position du navire à partir de ces données.
Capteur d'ions
C'était une bonne idée de compléter la verticale infrarouge avec un capteur d'ions. Sur les orbites terrestres basses, il existe des molécules atmosphériques qui peuvent être des ions, transportant une charge électrique. En installant des capteurs qui enregistrent le flux d'ions, vous pouvez déterminer de quel côté le navire avance en orbite - là, le flux sera maximum :
Équipement scientifique pour mesurer la concentration d'ions positifs
Le capteur d'ions a fonctionné plus rapidement - il a fallu presque une orbite entière pour construire une orientation avec un gyroorbitant, et le capteur d'ions a été capable de construire une orientation en environ 10 minutes. Malheureusement, dans la région de l'Amérique du Sud, il existe ce qu'on appelle un «puits d'ions», ce qui rend le fonctionnement du capteur d'ions instable. Selon la loi de la méchanceté, c'est dans la région de l'Amérique du Sud que nos navires doivent se concentrer sur le freinage pour atterrir dans la région de Baïkonour. Des capteurs ioniques ont été installés sur le premier Soyouz, mais ils ont été abandonnés assez tôt et ne sont désormais utilisés nulle part.
Capteur d'étoile
Un seul axe sur le Soleil ne suffit souvent pas. Pour la navigation, vous aurez peut-être besoin d'un autre objet brillant dont la direction, associée à l'axe vers le Soleil, donnera l'orientation souhaitée. L'étoile Canopus est devenue un tel objet - elle est la deuxième plus brillante du ciel et est située loin du Soleil. Le premier vaisseau spatial à utiliser une étoile pour s'orienter fut Mariner 4, lancé sur Mars en 1964. L'idée s'est avérée fructueuse, même si le capteur d'étoiles a bu beaucoup de sang du MCC - lors de la construction de l'orientation, il visait les mauvaises étoiles et il a fallu « sauter » par-dessus les étoiles pendant plusieurs jours. Après que le capteur ait finalement visé Canopus, il a commencé à le perdre constamment - les débris volant à côté de la sonde clignotaient parfois vivement et redémarraient l'algorithme de recherche d'étoiles.Les premiers capteurs d’étoiles étaient des photocellules dotées d’un petit champ de vision qui ne pouvaient viser qu’une seule étoile brillante. Malgré leurs capacités limitées, ils étaient activement utilisés sur les stations interplanétaires. Aujourd’hui, le progrès technologique a en fait créé une nouvelle classe d’appareils. Les capteurs d'étoiles modernes utilisent une matrice de photocellules, fonctionnent en tandem avec un ordinateur doté d'un catalogue d'étoiles et déterminent l'orientation de l'appareil en fonction des étoiles visibles dans leur champ de vision. De tels capteurs ne nécessitent pas de construction préalable d'une orientation approximative par d'autres appareils et sont capables de déterminer la position de l'appareil quelle que soit la zone du ciel vers laquelle ils sont envoyés.
Traqueurs d'étoiles typiques
Plus le champ de vision est grand, plus il est facile de naviguer
Illustration du fonctionnement du capteur - la direction de vue est calculée en fonction des positions relatives des étoiles selon les données du catalogue
Avantages :
- La précision maximale peut être inférieure à une seconde d'arc.
- N'a pas besoin d'autres appareils, peut déterminer la position exacte indépendamment.
- Travaillez sur toutes les orbites.
- Prix élevé.
- Ils ne fonctionnent pas lorsque l'appareil tourne rapidement.
- Sensible à la lumière et aux interférences.
Magnétomètre
Une direction relativement nouvelle est la construction de l'orientation en fonction du champ magnétique terrestre. Des magnétomètres permettant de mesurer le champ magnétique étaient souvent installés sur les stations interplanétaires, mais n'étaient pas utilisés pour tracer l'orientation.
Le champ magnétique terrestre vous permet de vous orienter le long des trois axes
Magnétomètre "scientifique" des sondes Pioneer-10 et -11
Le premier magnétomètre numérique. Ce modèle est apparu sur la station Mir en 1998 et a été utilisé dans l'atterrisseur Philae de la sonde Rosetta.
Avantages :
- Simplicité, bon marché, fiabilité, compacité.
- Précision moyenne, de quelques minutes d'arc à plusieurs secondes d'arc.
- Vous pouvez créer une orientation le long des trois axes.
- Sous réserve d'interférences, y compris et de l'équipement du vaisseau spatial.
- Ne fonctionne pas à plus de 10 000 km de la Terre.
Plateforme gyrostabilisée
Historiquement, les vaisseaux spatiaux volaient souvent sans orientation ou en mode rotation solaire. Ce n'est que dans la zone cible de la mission qu'ils ont activé les systèmes actifs, établi leur orientation selon trois axes et accompli leur tâche. Mais que se passe-t-il si nous devons maintenir une orientation volontaire pendant une longue période ? Dans ce cas, nous devons « nous souvenir » de la position actuelle et enregistrer nos virages et nos manœuvres. Et pour cela, l'humanité n'a rien trouvé de mieux que des gyroscopes (mesurant les angles de rotation) et des accéléromètres (mesurant les accélérations linéaires).Gyroscopes
La propriété d'un gyroscope de s'efforcer de maintenir sa position dans l'espace est bien connue :
Au départ, les gyroscopes étaient uniquement mécaniques. Mais les progrès technologiques ont conduit à l’émergence de bien d’autres types.
Gyroscopes optiques. Les gyroscopes optiques - laser et fibre optique - se distinguent par une très grande précision et l'absence de pièces mobiles. Dans ce cas, l'effet Sagnac est utilisé - un déphasage des ondes dans un interféromètre à anneau rotatif.
Gyroscope laser
Gyroscopes à ondes à semi-conducteurs. Dans ce cas, la précession d'une onde stationnaire d'un solide résonant est mesurée. Ils ne contiennent aucune pièce mobile et sont très précis.
Gyroscopes vibrants. Ils utilisent l'effet Coriolis pour le fonctionnement - les vibrations d'une partie du gyroscope lors de la rotation dévient la partie sensible :
Les gyroscopes vibrants sont produits en version MEMS, ils sont peu coûteux et de très petite taille avec une précision relativement bonne. Ce sont ces gyroscopes que l’on retrouve dans les téléphones, quadricoptères et équipements similaires. Un gyroscope MEMS peut également fonctionner dans l’espace et est installé sur des microsatellites.
La taille et la précision des gyroscopes sont claires :
Accéléromètres
Structurellement, les accéléromètres sont des balances - une charge fixe modifie son poids sous l'influence des accélérations et le capteur convertit ce poids en valeur d'accélération. Désormais, les accéléromètres, en plus des versions volumineuses et coûteuses, ont acquis des analogues MEMS :
Un exemple de "grand" accéléromètre
Micrographie d'un accéléromètre MEMS
La combinaison de trois accéléromètres et de trois gyroscopes vous permet d'enregistrer la rotation et l'accélération dans les trois axes. Un tel dispositif est appelé plate-forme gyrostabilisée. À l’aube de l’astronautique, elles n’étaient possibles que sur un cardan et étaient très complexes et coûteuses.
Plateforme gyrostabilisée Apollo. Le cylindre bleu au premier plan est un gyroscope. Vidéo de test de la plateforme
Le summum des systèmes mécaniques étaient les systèmes sans carte, lorsque la plate-forme restait immobile dans les flux de gaz. C'était de la haute technologie, le résultat du travail de grandes équipes, des appareils très coûteux et secrets.
La sphère au centre est une plateforme gyrostabilisée. Système de guidage ICBM Peacekeeper
Eh bien, maintenant, le développement de l'électronique a conduit au fait qu'une plate-forme précise adaptée aux satellites simples tient dans la paume de la main, elle est développée par des étudiants et même le code source est publié.
Les plateformes MARG sont devenues une innovation intéressante. Dans ceux-ci, les données des gyroscopes et des accéléromètres sont complétées par des capteurs magnétiques, ce qui permet de corriger l'erreur accumulée des gyroscopes. Le capteur MARG est probablement l'option la plus adaptée aux microsatellites : il est petit, simple, bon marché, ne comporte aucune pièce mobile, consomme peu d'énergie et fournit une orientation sur trois axes avec correction d'erreur.
Dans les systèmes « sérieux », les capteurs d'étoiles sont généralement utilisés pour corriger les erreurs d'orientation d'une plateforme gyrostabilisée.