Почему космический корабль «Аполлон» использовал оборудование как переменного, так и постоянного тока? Все еще используется в настоящих и будущих проектах?

Почему космический корабль «Аполлон» использовал как постоянный, так и переменный ток, требуя тяжелых инверторов? Было ли непрактично проектировать все для работы только от постоянного тока? Почему? Используются ли источники переменного и постоянного тока в современных и будущих космических аппаратах?

В этом отчете НАСА представлен хороший обзор электрической системы, но в нем не приводится явное обоснование двойной системы переменного и постоянного тока. В нем действительно говорится, что большая часть переменного тока использовалась для питания «двигателей насосов на топливных элементах». ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19740011403.pdf
Спасибо, я просмотрел некоторые документы Аполлона, но, как вы сказали, не всегда есть обоснование. В то время были доступны двигатели постоянного тока, а бесщеточные конструкции были реализованы в 60-х годах ... Нужен ли радарным системам переменный ток? Является ли один инвертор меньшей массой, чем разработка приборов для работы с постоянным током? :/
Топливные элементы в СМ и батареи в СМ обеспечивали постоянный ток. Но электронике нужны были разные напряжения постоянного тока, а не только одно. Для обеспечения нескольких различных напряжений постоянного тока использование инверторов было лучшим решением во времена Аполлона и сегодня. Но есть некоторые устройства, которым нужен переменный ток вместо постоянного, например, гироскопы, используемые для навигации. Радар нуждается в ВЧ переменного тока, если для генерации ВЧ использовались магнетронные трубки, требовалось высокое постоянное напряжение, которое генерировалось инвертором.
Шаттл использовал оба; 3-фазный переменный ток частотой 400 Гц предназначался в первую очередь для насосов и двигателей. Его использовали несколько других устройств (управляющие компьютеры SSME).
Аполлон также использовал 400 Гц. В самолетах использовалась частота 400 Гц до того, как были построены космические корабли.
@Uwe были ли системы 28 В постоянного тока также распространены в самолетах в 60-х годах?
Если в самолетах 60-х все еще использовались электронные лампы для радио и т. Д., 400 Гц переменного тока лучше генерировать высокое напряжение для ламп. Не могу ничего сказать о системах на 28 В постоянного тока.
Инверторы Apollo CM также генерировали 3-фазный переменный ток частотой 400 Гц. В приборном и контрольном освещении используются электролюминесцентные фольги или провода, такие источники света работают только от сети переменного тока. Регулировка яркости производилась с помощью переменных трансформаторов, очень простой и надежный метод.
Но кроме радара, о котором я ничего не знаю, я думаю, есть версии DC для всего. Для питания подсветки может понадобиться небольшой инвертор, но я не думаю, что это разумное оправдание для больших инверторов. Похоже, что шины переменного тока сильно усложняют электрическую систему, поэтому должна быть какая-то серьезная причина (опять же, радар - единственное, о чем я могу думать, если только я не упустил из виду что-то с использованием двигателей постоянного тока)
@Innovine Без использования переменного тока несколько различных малых и больших напряжений постоянного тока не могут быть эффективно генерированы только из одного источника постоянного тока. Для повышения устойчивости к электрическим помехам лучше использовать независимые и изолированные источники постоянного тока для чувствительных цепей, даже если используется одинаковое номинальное напряжение. Использование множества разных аккумуляторов для разного напряжения плохо сказывается на надежности. Вам потребуются резервные батареи для каждого важного напряжения постоянного тока. Шины переменного тока не усложняют электрическую систему, они упрощают ее.
Краткий ответ: потому что разработка космических кораблей в значительной степени происходит / заимствует у авиационной техники из-за многочисленных общих проблем и ограничений; самолеты имеют долгую и устоявшуюся историю использования переменного тока 400 Гц и постоянного тока 28 В по практическим причинам. Более высокое напряжение просто более практично/эффективно как способ передачи большой мощности на большее расстояние - экономит массу проводника (что складывается). Используется частота 400 Гц, а не 50 или 60 Гц, поскольку трансформаторы могут быть меньше и легче.
@Innovine Bounty включает и вас!
Я не знаю подробностей об Аполлоне, но некоторые из тех же соображений применимы и к шаттлу. Один из наших новых студентов-астронавтов очень заинтересовался тем, почему контроллеры SSME питались от переменного тока — он чувствовал, что это делало их излишне подверженными определенным проблемам с электричеством. Как и в случае со многими оригинальными конструктивными решениями шаттлов, причины этого были довольно туманными. Но он продолжал копать и, используя немного астро-силы, сумел связаться с некоторыми из первых дизайнеров. Оказалось, что было несколько обменов, но, возможно, самым важным было то, что выходное напряжение топливного элемента не регулировалось должным образом.
...другое заключалось в том, что проводка для конструкции постоянного тока весила на несколько сотен фунтов больше.
Проводка для низковольтной конструкции будет весить намного больше, чем для системы среднего и высокого напряжения той же максимальной мощности. Низкое напряжение приводит к высокому току для передачи той же мощности. Большой ток требует более толстой проводки. Это верно для систем переменного и постоянного тока. Для очень длинных кабелей передачи на Земле система постоянного тока требует меньшего веса, чем система переменного тока. Вот почему системы передачи постоянного тока высокого напряжения используются, чтобы избежать дополнительных потерь, вызванных реактивной мощностью.

Ответы (1)

Не было единого напряжения постоянного тока, полезного для всей электронной системы. Требовалось много разных напряжений, для очень чувствительных к шуму систем использовались специальные источники постоянного тока, чтобы избежать помех.

Использование трехфазного переменного тока частотой 400 Гц было хорошо зарекомендовавшим себя методом, использовавшимся ранее в самолетах. Обеспечение переменного тока частотой 400 Гц позволило использовать авиационные приборы на космическом корабле. Можно значительно уменьшить вес сердечников трансформатора, используя 400 Гц вместо 50 или 60 Гц, что примерно на 87 % меньше. С трехфазным переменным током можно использовать очень простые, прочные и надежные бесщеточные и бездуговые двигатели. Подсветка приборной панели также требует переменного тока. Регулировка яркости была сделана очень просто с помощью вариака.

Генерировать несколько напряжений постоянного тока из трехфазного переменного тока с частотой 400 Гц несложно и требует гораздо меньше фильтрации, чем однофазный переменный ток с частотой 50/60 Гц. Конденсаторы фильтров могут быть небольшими, если они вообще нужны. Большие мейнфреймы от CDC и Cray того времени также использовали трехфазные источники питания переменного тока с частотой 400 Гц не только в шестидесятых, но и в семидесятых и восьмидесятых годах.

Топливные элементы служебного модуля в любом случае нуждались в стабилизации, номинальное напряжение составляло 28 В постоянного тока, от 27 до 31 В постоянного тока при нормальной нагрузке, но при пиковой мощности возможны были 20,5 В, инверторы выдавали 115 ± 2 В. Для надежной резервной конструкции было 3 блока топливных элементов, переключаемых на 2 шины постоянного тока, и 3 инвертора, переключаемых на 2 шины переменного тока. Один инвертор был способен обеспечить весь переменный ток для транспортного средства. Но инверторы не были синхронизированы и не могли быть запараллелены без повреждений. Поэтому одновременно можно было использовать только два из трех инверторов.

После отделения от СМ система использовала батареи в командном модуле. После Apollo 13 к SM добавили дополнительную батарею на 400 Ач.

Шаттл также использовал 28 В постоянного тока от 3 блоков топливных элементов, 3 шин постоянного тока и 3 инверторов для 3 шин переменного тока с 3-фазным переменным током 115 В 400 Гц. Для каждой трехфазной системы использовалось 3 однофазных инвертора, всего 9 единиц.

Некоторые документы НАСА: 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 .

Почему космический корабль «Аполлон» использовал оборудование как переменного, так и постоянного тока? Все еще используется в настоящих и будущих проектах?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v