Frequência da fonte de alimentação da nave espacial

Eu sei que as aeronaves às vezes empregam um sistema de CA de 400Hz para economizar peso nos transformadores, então eu imagino que a espaçonave possa empregar uma técnica semelhante. Gostaria de saber se alguém no campo aeroespacial pode confirmar a operação de frequência de 400Hz ou superior no espaço.

A situação com o Voyeager é mais complexa do que foi dito em outra resposta acima. Aqui estão os detalhes da NASA :

A energia dos geradores termoelétricos de radioisótopos é mantida a uma constante de 30 volts DC por um regulador de derivação. Os 30 volts são fornecidos diretamente a alguns equipamentos da espaçonave e são trocados por outros no subconjunto de distribuição de energia. O inversor de energia principal também recebe os 30 volts DC para conversão em CA de onda quadrada de 2,4 kHz usada pela maioria dos subsistemas de naves espaciais. Novamente, a energia CA pode ser fornecida diretamente ao equipamento ou pode ser ligada ou desligada por relés de energia.

Entre os usuários de energia CC, além do inversor, estão o subsistema de rádio, giroscópios, válvulas de isolamento de propulsão, alguns instrumentos científicos, a maioria dos aquecedores de controle de temperatura e os motores que implantaram as antenas de radioastronomia planetária. Outros elementos da espaçonave usam a energia CA.

Existem dois inversores de potência idênticos de 2,4 kHz - principal e em espera. O inversor principal está ligado desde o lançamento e permanece ligado durante toda a missão. Em caso de mau funcionamento ou falha no inversor principal, a cadeia de energia, após um atraso de 1,5 segundo, é comutada automaticamente para o inversor de espera. Uma vez que a transição é feita, é irreversível.

Um sinal de sincronização e sincronização de 4,8 kHz do subsistema de dados de voo é usado como referência de frequência no inversor. A frequência é dividida por dois e a saída é de 2,4 kHz. O regulamento da CA é preciso em 0,004%. O sinal de temporização de 4,8 kHz é enviado, por sua vez, ao subsistema de comando do computador, que contém o relógio principal da espaçonave.

Então, eles usaram dois métodos de distribuição de energia paralela (CC e CA).

EDIT: E, sim, o AC era 50V RMS. Encontrei um diagrama em uma conferência posterior da NASA :

A partir dessa conferência, o Viking ficou ainda mais complexo com inversores adicionais de 400 Hz CA. Também é mencionada a coerência do Galileo com a mesma configuração de inversor redundante que a Voyager (mas nenhum outro detalhe, provavelmente porque estava apenas na fase de design).

De um documento de design da GE Voyager, parece que a Voyager foi inicialmente projetada como a Viking, com alguns barramentos de 400 Hz, mas foi revisada para usar apenas 2,4 KHz CA na última iteração. A razão para o uso de equipamentos de 400 Hz é óbvia, ou seja, o compartilhamento de peças com equipamentos de aviação. Suponho que o equipamento de 2,4 KHz tenha sido razoavelmente facilmente derivado do anterior (como a frequência é múltipla), mas ainda não encontrei a justificativa para o 2,4 KHz CA explicado em nenhum lugar ainda.

Aqui estão os detalhes do Viking , confirmando o uso de alguns barramentos de 400 Hz:

O VO possuía fontes de energia monofásicas de 2,4 kHz, trifásicas de 400 Hz, CC regulada (30 V e 56 V) e CC não regulamentada (25 V a 50 V). Também foi fornecida energia CC não regulamentada para o VLC. Matrizes de células fotovoltaicas dispostas em quatro painéis solares dobráveis ​​de seção dupla fornecem energia primária para todas as operações orientadas a sol. Duas baterias de níquel-cádmio idênticas foram usadas como fonte secundária de energia para operações fora do sol e para compartilhar a carga quando a demanda de energia exceder a capacidade do painel solar. As funções redundantes de condicionamento e distribuição de energia foram fornecidas com dois carregadores de bateria, dois reguladores de reforço, dois inversores de 2,4 kHz, dois inversores trifásicos de 400 Hz, dois conversores de 30 Vcc e lógica de fonte de energia associada e funções de controle e comutação. (Veja o diagrama de blocos simplificado na fig. 6.) O hardware, modos de operação e desempenho são descritos em detalhes na seção "Subsistema de energia". O barramento de força não regulamentado (bruto) do VO foi fornecido por painéis solares e baterias. Essas duas fontes de energia formaram um sistema dinâmico caracterizado por três modos de operação estáveis ​​em voo e um quarto modo de operação de curto prazo, como segue: [continua por algumas páginas, então eu recortei os modos]

Da tabela V na p. 21 em NASA-HDBK-4001 (1998) Galileo e Magellan (ambos 1989) foram os últimos projetos da NASA a usar 2,4 kHz CA; também a partir daí concluo que 2,4 kHz foi praticamente um padrão da NASA por três décadas; o primeiro uso mencionado lá é em Mariner-2 (1962). Depois de 1990, no entanto, o Hubble, o Mars Observer de 1992, a Cassini e assim por diante, usavam apenas DC.

Para investigar o uso de 400 Hz CA, vale a pena examinar um relatório do Mariner V :

O regulador de reforço foi projetado para operar com variações de tensão de entrada entre 25 e 50 V. O subsistema de energia incluía dois reguladores de reforço: (1) um regulador de reforço de manobra para alimentar um inversor monofásico de 2,4 kHz e um trifásico de 400 Hz inversor para controle de atitude e potência do giroscópio durante as manobras da espaçonave; e (2) um regulador de reforço principal que acionou um inversor monofásico de 2,4 KHz que forneceu energia a todas as espaçonaves e instrumentos científicos durante toda a missão.

Parece que 400 Hz (trifásicos) tinham algum uso, mas relativamente limitado, na nave da NASA: principalmente para giroscópios e controle de atitude, enquanto eles também usavam energia CA monofásica de 2,4 kHz para muitos outros subsistemas. Não consigo encontrar nenhuma menção a equipamentos de 400 Hz na documentação do Galileo / Magellan (que infelizmente é bastante difundida). Portanto, parece que o equipamento de 400 Hz CA, sendo mais nicho, foi eliminado primeiro, provavelmente na época da Voyager.

Criei cargas úteis para uma dúzia de fotos suborbitais e um satélite. A AC nunca foi usada. Como nossas missões não eram realmente viagens interplanetárias de longa duração, usamos conversores DC-DC disponíveis comercialmente, construídos segundo os padrões aeroespaciais. O satélite, acredito, ainda está funcionando após cerca de 6 ou sete anos. As frequências dos conversores foram, acredito, de cerca de 550 KHz.

O que a NASA faz por suas missões, eu não sei, embora eu espere que elas sejam suas.

A maioria das naves espaciais usa sistemas de distribuição de energia CC com conversores CC para CC de alta eficiência. Isso ocorre porque todas as fontes de energia da espaçonave são CC - matrizes solares, baterias, células de combustível, RTGs, etc. Em uma espaçonave, como sempre começa com o DC, não há sentido em convertê-lo em AC para distribuição, apenas para convertê-lo novamente em DC posteriormente. (Bem, as fontes de alimentação comutadas a convertem em CA e vice-versa internamente, mas não são distribuídas como CA). Assim como as fontes de alimentação de comutação comuns em computadores e outros produtos eletrônicos de consumo, os conversores CC para CC da nave espacial operam em altas frequências (kHz ou MHz) para economizar espaço. No entanto, em algum momento, há uma troca contra a troca de perdas.

As sondas Voyager tinham uma fonte de alimentação de onda quadrada de 50 V, 2,4 kHz, que exigia a filtragem dos dados de rádio em 2,4 kHz e 7,2 kHz (o próximo som mais significativo em uma onda quadrada). fonte