Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék Űrkutató Csoport Szabó József A fedélzeti energiaellátás kérdései: architektúrák, energiaegyensúly. Űrtechnológia Budapest, 2014. március 19.

Űrtechnológia 2014. március 19. Műholdfedélzeti energiaellátás / 2 Műholdfedélzeti rendszerek Felügyeleti, telemetria és telekommand rendszer Kommunikáció, adatkezelés (parancs, adat és telemetria vonalak) Energiaellátás (generálás, tárolás, kezelés, szabályozás és szétosztás) Pálya és helyzet koordináció (szenzorok, aktuátorok, antenna és kamera platformok) Termikus szabályozás (passzív, aktív) Struktúra és mechanika (konfiguráció) Meghajtás (korrekciós hajtóművek)

Űrtechnológia 2014. március 19. Műholdfedélzeti energiaellátás / 3 Műholdfedélzeti rendszerek Adó antenna Vevő antenna Software Hajtómű Antenna helyzet Kommunikáció Napelem Napelem helyzet Helyzet vezérlés Vezérlés és adatkezelés Energiaellátó rendszer Helyzet érzékelők Terhelések Fedélzeti érzékelők Általános műholdfedélzeti rendszerek Kiegészítő rendszerek (komplex tervezés)

Űrtechnológia 2014. március 19. Műholdfedélzeti energiaellátás / 4 Az energia ellátó alrendszer architektúráját meghatározó tényezők. 1. Missziós célok: 2. Missziós célokhoz illeszkedő pályák: 3. Missziós célokhoz illeszkedő műhold orientáció 4. Missziós célberendezések követelményei - Rendszerplatform elemei - Célberendezések

Űrtechnológia 2014. március 19. Műholdfedélzeti energiaellátás / 5 Az energia ellátó alrendszer architektúráját meghatározó tényezők. 1. Missziós célok: Tudományos kutató programok (Föld, Hold, bolygók/holdjaik, kisbolygók, Nap és egyéb égitestek) "Földünk a világűrből" programok (távérzékelés, erőforrás kutatás, környezetvédelem, időjárás) Kommunikációs és navigációs programok Technológiai kísérleti programok (Föld, Hold) Emberes űrrepülési programok Rakéta fejlesztő programok

Űrtechnológia 2014. március 19. Műholdfedélzeti energiaellátás / 6 Az energia ellátó alrendszer architektúráját meghatározó tényezők. 2. Missziós célokhoz illeszkedő pályák: Föld körüli pályák Geoszinkron (geostacionárius, 1-2 óra Föld árnyék, Hold árnyék) HEO (Molniya, Föld árnyék, Hold árnyék) LEO (napszinkron, 1/2 óra Föld árnyék, Hold árnyék) Nap körüli pályák Speciális pályák 3. Missziós célokhoz illeszkedő műhold orientáció (gravitációs, mágneses, spin, három tengely)

Űrtechnológia 2014. március 19. Műholdfedélzeti energiaellátás / 7 Pályák és árnyék viszonyok évszakok szerinti változása

Űrtechnológia 2014. március 19. Műholdfedélzeti energiaellátás / 8 Pályák és árnyék viszonyok évszakok szerinti és napi változása

Űrtechnológia 2014. március 19. Műholdfedélzeti energiaellátás / 9 Az energiaellátó alrendszer architektúráját meghatározó tényezők. 4. Missziós célberendezések követelményei (elektromos, termikus, mechanikus, sugárzási, informatikai) Platform rendszerelemek meghatározási szempontok: Fellövés, pályára állás és működés környezete Megbízhatóság (meghibásodás, PA követelmények ) Gazdasági környezet (technológia) Platform rendszerelemek kiválasztása: Vezérlő és adatkezelő Kommunikáció (földi vezérlő állomás(ok)) Energia ellátó (generálás, tárolás, kezelés, szétosztás) Mozgás koordináció (műhold, antenna, napelem, spec.)

Űrtechnológia 2014. március 19. Műholdfedélzeti energiaellátás / 10 Szünet Our planet Earth

Űrtechnológia 2014. március 19. Műholdfedélzeti energiaellátás / 11 Műholdfedélzeti energia ellátó rendszer alapvető összefüggések Energia egyensúly: E napelem = E terhelés + E sönt BOL (hosszú idejű) E napelem = E terhelés EOL Pillanatnyi teljesítmény egyensúly: p forrás (t) = p terhelés (t) + p tárolás (t) Energia átalakító Teljesítmény szabályozás és vezérlés Energia elosztás és védelem Energia forrás Energia tároló

Űrtechnológia 2014. március 19. Műholdfedélzeti energiaellátás / 12 Energiaforrás kiválasztása (teljesítmény-missziós időtartam teljesítmény-tömeg, ciklikus energia egyensúly Teljesítmény-tömeg összefüggés Teljesítmény-missziós időtartam Energiaegyensúly egy körülfordulás alatt

Űrtechnológia 2014. március 19. Műholdfedélzeti energiaellátás / 13 Energiaellátó rendszer alapvető architektúrák Párhuzamos szabályozás (DET) I napelem = I sönt + I terhelés feszültség konstans Soros szabályozás (PPT) U napelem = U soros + U terhelés áram konstans Napelem Párhuzamos Terhelés Napelem Soros Terhelés I sa Konstans terhelés Napelem Párhuzamos szabályozás (DET) A és B pont P napelem = P terhelés C és D pont P napelem max = P terhelés + P sönt U sa

Űrtechnológia 2014. március 19. Műholdfedélzeti energiaellátás / 14 Energiaellátó architektúrák osztályozása Alaptípusok DET (párhuzamos) PPT (soros) Teljesen szabályozott Napfény szabályozott Szabályozott Szabályozatlan Söntszabályozás Sönt szabályozás akkumulátor-dióda Akkumulátor töltő Akkumulátor kisütő Akkumulátor

Űrtechnológia 2014. március 19. Műholdfedélzeti energiaellátás / 15 Teljesen szabályozott busz (DET) Technológiai energia bemenet földi ellenőrzéshez Busz Energia elosztó Terhelés Napelem Sönt szabályzó Töltő és kisütő szabályzó Hibajel Üzemmód vezérlő Akkumulátor Napfényes üzemmódok: SAD Solar Array Drive Akkumulátor BUSZ Sönt, töltés, kisütés Meghibásodáskor "bypass"

Űrtechnológia 2014. március 19. Buszfeszültség Műholdfedélzeti energiaellátás / 16 Üzemmód vezérlő

Űrtechnológia 2014. március 19. Műholdfedélzeti energiaellátás / 17 Napfény szabályozott busz (DET) Technológiai energia bemenet földi ellenőrzéshez Busz Energia elosztó Terhelés Napelem Sönt Töltés szabályzó Hibajel Üzemmód vezérlő SAD: Solar Array Drive Akkumulátor BUSZ Akkumulátor Napfényes üzemmódok: Sönt, töltés, kisütés Meghibásodáskor "bypass"

Űrtechnológia 2014. március 19. Műholdfedélzeti energiaellátás / 18 Napelem maximális teljesítményű munkaponti szabályozása (PPT) R be = f átalakító (D) * R szumma terhelés Napelem I sa U sa Max. teljesítmény szabályozás Terhelés impedancia átalakító D(t) kitöltési tényező Busz Töltés (kisütés) CV Töltés szabályozó I CC Terhelés Üzemmódok MPPT CC (konstans áram) CV (Li-Ion esetén konstans feszültség)

Űrtechnológia 2014. március 19. Műholdfedélzeti energiaellátás / 19 Az anyaghoz kapcsolódó kérdések Sorolja fel és röviden indokolja az energia ellátó rendszer architektúráját meghatározó fontosabb tényezőket! Rajzolja fel a műholdfedélzeti forrásenergia áramlás szabályozásának két alapvető elektronikus módszere blokkvázlatát napelemes rendszerben! Rajzolja fel a teljesen szabályozott energia busz blokkvázlatát napelemes rendszerben és röviden írja le a működését! Mi a különbség a teljesen szabályozott és a napfény szabályozott energiabusz működése között az egyes üzemmódokban? Rajzolja fel a napelemes műholdfedélzeti rendszer blokkvázlatát a maximális teljesítményű munkapont soros szabályozása esetén és röviden írja le a működését! Melyek a fontosabb üzemmódok? Magyarázza el a hosszú idejű energia egyensúly és a pillanatnyi teljesítmények egyensúlya jelentését, milyen a kapcsolat közöttük?