Новый узел контактного кольца соответствует высоким требованиям

Суровые условия космоса требуют от космических инженеров поиска специализированных компонентов и материалов для прочных и надежных спутников. Среди этих многочисленных специализированных компонентов особый интерес представляет узел контактных колец, который исключает сбои проводки во вращающемся спутнике.

Недавно исследователи из Швейцарского центра плазмы (SPC) Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) объявили о новой разработке узла контактных колец, способного выдерживать более высокие напряжения спутников, работающих на солнечной энергии. В этой статье мы обсудим узлы контактных колец, их роль в спутниках и новые исследования SPC.

Во многих электромеханических устройствах, особенно вращающихся, одной из серьезных проблем с надежностью является проводка. Например, в устройстве со стационарными датчиками, установленными на вращающейся поверхности, провода, обеспечивающие питание датчиков и операции ввода-вывода, скорее всего, перекрутятся и в конечном итоге сломаются в нормальной конфигурации. Узлы контактных колец являются важными компонентами для решения этой проблемы.

Узел контактных колец — это электромеханическое устройство, предназначенное специально для подачи энергии и сигналов от неподвижной конструкции к вращающемуся устройству. Стандартный узел контактных колец состоит из ряда цельных металлических колец вокруг вращающегося вала. Когда кольца вращаются, ряд щеточных контактов, которые подключены к входным проводам стационарного устройства, поддерживают постоянное соединение с кольцами, обеспечивая передачу электрических сигналов. Затем каждое кольцо соединяется с выходными проводами, которые также могут вращаться на валу.

Чтобы спутники могли правильно работать и связываться с Землей, им необходимо сохранять одинаковую ориентацию относительно Земли. Поскольку спутники находятся на орбите, их ориентация, естественно, будет меняться со временем. Чтобы решить эту проблему, большинство спутников вращаются через регулярные промежутки времени, чтобы сохранять ориентацию.

Узлы контактных колец позволяют сателлиту свободно вращаться без риска выхода из строя внутренних кабелей. В спутнике контактное кольцо в основном используется для обеспечения электропитания между бортовой солнечной батареей системы и другими компонентами, такими как бортовой компьютер, датчики или системы двигателей.

Узел контактных колец работает при относительно низких напряжениях; как только контактное кольцо достигает напряжения 200 В, вероятность возникновения дуги значительно возрастает. Теперь, когда спутники становятся все более мощными и нуждаются в более высоком напряжении, Европейское космическое агентство запустило программу APRIOM (усовершенствованное контактное кольцо для механизма высокого напряжения), чтобы побудить инженеров найти лучшее решение для контактных колец.

На этой неделе исследователи из SPC в сотрудничестве с Beyond Gravity и при поддержке Европейского космического агентства успешно разработали новую сборку контактных колец, способную выдерживать более высокие напряжения, необходимые для спутников. Утверждается, что новое кольцо повысит диапазон напряжений сателлитных контактных колец с нынешнего состояния 28–100 В до 300–600 В. Кольцо уже функционировало в пределах 400–500 В и 8 А.

Помимо высокого напряжения, узел контактных колец от SPC также продемонстрировал высокие характеристики при низких давлениях, что привело к передаваемой мощности до 40 кВт. Компания SPC еще не обнародовала подробную информацию о конкретных методах проектирования, используемых в новой технологии контактных колец.

Помимо удовлетворения растущей потребности в более высоком напряжении на спутниках, работа команды SPC над этим узлом контактных колец направлена ​​на преодоление риска электрического пробоя в космосе — события, которое может привести к образованию плазмы, которая может нанести критический ущерб спутнику.

Спутники претерпевают огромные изменения давления от запуска до глубокого космического вакуума, что существенно влияет на электрические компоненты, работающие в условиях вакуума. Хотя предыдущие решения основывались на сложных конфигурациях электрических цепей для управления этим давлением, эти цепи могут мешать работе спутника. Новый узел контактных колец может работать от чрезвычайно низких давлений (10-5 мбар) до критических значений давления (~ 1 мбар), решая эту проблему.