Fréquence d'alimentation de l'engin spatial

Je sais que les avions utilisent parfois un système CA à 400 Hz pour réduire le poids des transformateurs, alors j'imagine que les engins spatiaux pourraient utiliser une technique similaire. Je me demande si quelqu'un dans le domaine de l'aérospatiale peut confirmer un fonctionnement à 400 Hz ou plus dans l'espace.

La situation avec Voyeager est plus complexe que ce qui a été dit dans une autre réponse ci-dessus. Voici les détails de la NASA :

La puissance des générateurs thermoélectriques de radio-isotopes est maintenue à un courant continu de 30 volts par un régulateur shunt. Les 30 volts sont fournis directement à certains équipements d'engins spatiaux et sont commutés à d'autres dans le sous-ensemble de distribution d'énergie. L'onduleur principal est également alimenté en 30 volts CC pour la conversion en CA à onde carrée de 2,4 kHz utilisé par la plupart des sous-systèmes d'engins spatiaux. Là encore, l'alimentation CA peut être fournie directement à l'équipement ou peut être activée ou désactivée par des relais d'alimentation.

Parmi les utilisateurs de l'alimentation CC, en plus de l'onduleur, se trouvent le sous-système radio, les gyroscopes, les vannes d'isolement de propulsion, certains instruments scientifiques, la plupart des radiateurs de contrôle de la température et les moteurs qui ont déployé les antennes de radioastronomie planétaire. D'autres éléments du vaisseau spatial utilisent le courant alternatif.

Il existe deux onduleurs 2,4 kHz identiques - principal et de secours. L'onduleur principal est allumé depuis le lancement et reste allumé tout au long de la mission. En cas de dysfonctionnement ou de panne de l'onduleur principal, la chaîne de puissance, après un délai de 1,5 seconde, bascule automatiquement sur l'onduleur de secours. Une fois le basculement effectué, il est irréversible.

Un signal de synchronisation et de synchronisation de 4,8 kHz provenant du sous-système de données de vol est utilisé comme référence de fréquence dans l'onduleur. La fréquence est divisée par deux et la sortie est de 2,4 kHz. La régulation AC est précise à 0,004%. Le signal de synchronisation de 4,8 kHz est envoyé, à son tour, au sous-système de commande de l'ordinateur, qui contient l'horloge maître du vaisseau spatial.

Ils ont donc utilisé deux méthodes de distribution d'énergie parallèle (DC et AC).

EDIT: Et, oui, le CA était 50V RMS. Trouvé un diagramme lors d'une conférence ultérieure de la NASA :

De cette conférence, Viking était encore plus complexe avec des onduleurs CA supplémentaires de 400 Hz. Il y a également mention dans cette coférence de Galileo ayant la même configuration d'onduleur redondant que Voyager (mais pas d'autres détails, probablement parce qu'il n'était qu'à l'étape de conception à l'époque).

D'après un document de conception de GE Voyager, il semble que Voyager ait été initialement conçu comme Viking, avec quelques bus à 400 Hz, mais a été révisé pour n'utiliser que 2,4 KHz CA lors de la dernière itération. La raison de l'utilisation d'équipements 400 Hz est évidente, c'est-à-dire le partage de pièces avec des équipements aéronautiques. Je suppose que l'équipement à 2,4 KHz était raisonnablement dérivé de l'ancien (car la fréquence est un multiple), mais je n'ai encore trouvé explicitement la raison d'être de 2,4 KHz AC.

Voici les détails sur Viking , confirmant l'utilisation de quelques bus d'alimentation 400 Hz:

Le VO avait des sources d'alimentation monophasées de 2,4 kHz, triphasées de 400 Hz, à courant continu régulé (30 V et 56 V) et à courant continu non régulé (25 V à 50 V). Une alimentation CC non régulée a également été fournie pour le VLC. Des réseaux de cellules photovoltaïques disposées sur quatre panneaux solaires pliants à double section ont fourni l'énergie principale pour toutes les opérations orientées vers le soleil. Deux batteries au nickel-cadmium identiques ont été utilisées comme source d'énergie secondaire pour les opérations hors soleil et pour partager la charge lorsque la demande d'énergie dépassait la capacité des panneaux solaires. Les fonctions de redondance de conditionnement et de distribution de l'alimentation ont été fournies avec deux chargeurs de batterie, deux régulateurs de surpression, deux onduleurs de 2,4 kHz, deux onduleurs triphasés de 400 Hz, deux convertisseurs 30 V CC, et la logique de source d'alimentation et les fonctions de commande et de commutation associées. (Voir le schéma de principe simplifié de la fig. 6.) Le matériel, Les modes de fonctionnement et les performances sont décrits en détail dans la section "Sous-système d'alimentation". Le bus d'alimentation VO non régulé (brut) était alimenté par des panneaux solaires et des batteries. Ces deux sources d'énergie ont formé un système dynamique caractérisé par trois modes de fonctionnement en vol stables et un quatrième mode de fonctionnement à court terme comme suit: [il continue pendant quelques pages, j'ai donc coupé les modes]

D'après le tableau V à la p. 21 dans NASA-HDBK-4001 (1998) Galileo et Magellan (tous les deux 1989) étaient les derniers projets de la NASA à utiliser 2,4kHz AC; de là aussi, je conclus que 2,4 kHz était à peu près une norme de la NASA pendant trois décennies; la première utilisation mentionnée ici est sur Mariner-2 (1962). Cependant, après 1990, Hubble, l'observateur de Mars 1992, Cassini, etc., n'utilisaient plus que DC.

Pour étudier l'utilisation de 400 Hz AC, il vaut la peine de consulter un rapport Mariner V :

Le surpresseur a été conçu pour fonctionner avec des variations de tension d'entrée entre 25 et 50 V. Le sous-système d'alimentation comprenait deux surpresseurs: (1) un surpresseur de manœuvre pour alimenter un onduleur monophasé de 2,4 kHz et un triphasé de 400 Hz onduleur pour le contrôle d'attitude et la puissance gyroscopique lors des manœuvres de l'engin spatial, et (2) un régulateur de surpression principal qui a piloté un onduleur monophasé de 2,4 kHz qui a alimenté tous les engins spatiaux et les instruments scientifiques tout au long de la mission.

Il semble donc que 400 Hz (triphasé) avait une utilisation, mais relativement limitée, dans les vaisseaux de la NASA: principalement pour les gyroscopes et le contrôle d'attitude, alors qu'ils utilisaient également une alimentation CA monophasée de 2,4 kHz pour de nombreux autres sous-systèmes. Je ne trouve aucune mention d'équipement 400 Hz dans la documentation Galileo / Magellan (qui est malheureusement assez répandue). Il semble donc que les équipements à 400 Hz en courant alternatif, étant plus spécialisés, aient été supprimés en premier, probablement à l'époque de Voyager.

J'ai construit des charges utiles pour une douzaine de plans suborbitaux et un satellite. La climatisation n'a jamais été utilisée. Comme nos missions n'étaient pas des voyages interplanétaires de longue durée, nous avons utilisé des convertisseurs DC-DC disponibles dans le commerce construits selon les normes aérospatiales. Le satellite, je crois, fonctionne toujours après environ six ou sept ans. Les fréquences des convertisseurs étaient, je crois, d'environ 550 kHz.

Ce que la NASA fait pour ses missions, je ne sais pas, même si je m'attends à ce qu'elles s'en sortent.

La plupart des engins spatiaux utilisent des systèmes de distribution d'énergie CC avec des convertisseurs CC / CC à haute efficacité. En effet, toutes les sources d'énergie sur les engins spatiaux sont à courant continu - panneaux solaires, batteries, piles à combustible, RTG, etc. Sur un vaisseau spatial, car il commence toujours par DC, il ne sert à rien de le convertir en AC pour distribution juste pour le reconvertir en DC plus tard. (Eh bien, les alimentations à découpage le convertissent en CA et inversement en interne, mais il n'est pas distribué en CA). Tout comme les alimentations à découpage courantes dans les ordinateurs et autres appareils électroniques grand public, les convertisseurs CC / CC des engins spatiaux fonctionneront à des fréquences élevées (kHz ou MHz) pour économiser de l'espace. Cependant, il y a un compromis à un moment donné contre les pertes de commutation.

Les sondes Voyager avaient une alimentation en onde carrée de 50 V à 2,4 kHz, ce qui nécessitait un filtrage des données radio à 2,4 kHz et 7,2 kHz (la deuxième tonalité la plus importante dans une onde carrée). la source