ЛИТЕРАТУРА
1. Зимин В. Н, Чаплыгин Ю. А, Шабратов Д В, Шелепин Н. А. Интегральные преобразователи давления на нормальный ряд от 0,04 до 30 МПа // Измерительная техника. — 1994. — № 2. — С. 35.
2. Зимин В. Н, Салахов Н. Э, Чаплыгин Ю. А., Шелепин Н. А. Прецизионные интегральные преобразователи давления // Измерительная техника. — 1995. — № 1. — С. 20—21.
3. Данилова Н. Л., Зимин В. Н., Панков В. В., Шелепин Н. А. Чувствительный элемент давления для прецизионных датчиков // Тез. док. на всерос. конф. с междунар. участием "СЕНСОР 2000". Сенсоры и микросистемы. — Санкт-Петербург, 2000.
4. Зимин В. Н., Смирнова В. Т., Панков В. В., Шмелев А. В. Тензомодули давления на базе металлостеклянных корпусов типа ТО-5 // Третья Междунар. научн.-техн. конф. "Электроника и информатика — XXI век". — М., 2000.
5. Амеличев В. В, Данилова Н. Л., Павлов А. Ю. и др. Разработка серии интегральных преобразователей давления // Оборонный комплекс — научно-техническому прогрессу России. — М.: ФГУП ВИМИ, 2007. — № 1.
6. <www.zaovip.ru> НПК ВИП Д0,6
7. Uncompensated pressure sensor MPX53, MPXV53GC series. — Freescale Semiconductor Inc., 2005.
8. Зимин В. Н., Лурье В. И, Панков В. В, Петров А. Ю. Метрологическое обеспечение преобразователей давления // Датчики и системы. — 1999. — № 4.
Николай Алексеевич Шелепин — д-р техн. наук, гл. конструктор ОАО "НИИМЭ и Микрон";
® (495) 229-71-07
E-mail: Shelepin@mikron.ru
Наталья Леонтьевна Данилова — ст. научн. сотрудник НПК "Технологический центр" Московского института электронной техники (МИЭТ);
E-mail: N.Danilova@tcen.ru
Владимир Владимирович Панков — ст. научн. сотрудник НПК "Технологический центр"МИЭТ;
Владимир Сергеевич Суханов — нач. лаборатории НПК "Технологический центр" МИЭТ.
® (495) 532-98-35 □
УДК 62-533.65.621.453/.457
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕРМОЧЕХЛОМ ГОЛОВНОГО ОБТЕКАТЕЛЯ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ
А. Б. Осипов, А. О. Скиба, А. В. Шерстюк
Описано устройство для автоматического регулирования температуры под головным обтекателем ракеты-носителя "Союз-2".
ВВЕДЕНИЕ
Одной из существенных задач на этапе предстартовой подготовки ракеты-носителя является поддержание заданной температуры под головным обтекателем (ГО), особенно в условиях зимних пусков ракет с полезной нагрузкой, критичной к низким температурам. В основном, к такой категории нагрузки относится исследовательская и другая специальная аппаратура, устанавливаемая на спутник. Для сохранения температуры под ГО нами разработан эластичный электротермоче-хол (ЭТЧ) из проводящей ткани общей площадью около 200 кв. м и мощностью до 15 кВт. Термочехол устанавливается на ГО при сборке ракеты-носителя в монтажно-испытательном комплексе, затем вместе с ракетой вывозится и устанавливается на старте (рис. 1). Время его штатной работы составляет пять—шесть часов. Это тот промежуток времени, когда подача теплого воздуха под ГО от термовагона установщика уже отключена, а внутренние системы обогрева еще не работают. ЭТЧ включается и его система управ-
ления должна поддерживать заданную температуру. Случаются и нештатные ситуации, например отложенный пуск, когда в силу каких-то причин ракета остается на старте в течение суток и более, а то и вовсе возвращается в монтажно-испытатель-ный комплекс. В таких случаях ЭТЧ также должен выполнять возложенные на него функции.
Последняя модернизация ракеты-носителя (увеличение диаметра ГО до 4,11 м) повлекла за собой и модернизацию ЭТЧ. В силу ряда технологических причин количество фрагментов чехла (секций) выросло до сорока восьми. Применявшаяся ранее тиристорная схема управления током оказалась неприемлемой из-за невозможности размещения тиристорных блоков с их радиаторами на опорном кольце, находившемся под нагревателем на ГО1.
1 Адамович И. М., Осипов А. Б., Скиба А. О, Посадский О. П., Шерстюк А. В. Термокон — система управления температурой космического аппарата на стартовой площадке // Приборы1 и системыI управления. — 1998. — № 7. — С. 24.
внизу. Последнее предназначено также для организации обмена данными с ноутбуком через СОМ-порт.
Таким образом осуществляется взаимодействие всех составных частей системы управления между собой, с одной стороны, а также взаимодействие с оператором, с другой.
Устройство связи с секциями включает в себя: микропроцессор; усилители и приемники для сигнальных линий связи устройства с блоками в секциях; преобразователь напряжения; схему обмена данными с устройством связи по длинной линии.
Устройство связи по длинной линии (совместно с предыдущим устройством в одном корпусе)
Рис. 1. Ракета-носитель с ГО в электротермочехле на стартовой площадке
ОБЩАЯ СХЕМА ТЕРМОЧЕХЛА И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Структурная схема системы управления ЭТЧ в целом показана на рис. 2. Модули управления отдельными секциями (рис. 3), по одному на каждую секцию термочехла, расположены каждый в своей секции. Модуль размещен в пластмассовом корпусе размером 110 х 80 х 30 мм, имеет три разъема (силовой и два сигнальных) и состоит из следующих основных частей: датчика температуры, микропроцессора, схемы коммутации, преобразователя напряжения.
Под управлением микропроцессора производится регулярное измерение температуры участка термоткани вне корпуса модуля (в непосредственной близости от поверхности ГО), сравнение с назначенной уставкой и включение/отключение напряжения нагрева секции. Кроме того, микропроцессор осуществляет обмен данными с устройством связи с секциями, передавая туда результаты измерений и принимая команды (например, уставки).
Устройство связи с секциями и устройство связи по длинной линии, находящиеся наверху, расположены в одном корпусе несколько большего размера, размещенном в кармане одной специальной (первой) секции термочехла. Указанные устройства предназначены для буферизации данных и связи между всеми блоками управления и длинной линией ствола, которая заканчивается устройством связи по длинной линии, находящимся
Модуль управления секции 1
Модуль управления секции 48
^...... ^
Устройство связи по длинной линии ствола ракеты (верхнее)
Устройство связи с 48 управляющими схемами
СТВОЛ
Устройство связи по длинной линии ствола ракеты (нижнее)
Переносной компьютер и программа обслуживания ЭТЧ
Рис. 2. Структура системы управления ЭТЧ
Сигнальный кабель наверх
Схема коммутации
Датчик (измеритель) температуры
Преобразователь напряжения
Микропроцессор
Силовой кабель
Сигнальный кабель вниз
Рис. 3. Модуль управления секции
34
Sensors & Systems • № 1.2007
содержит: микропроцессор; преобразователь напряжения; схему обмена данными с устройством связи с секциями; модем.
Подобным же образом выполнен и блок связи с длинной линией внизу, за исключением того, что он имеет схему согласования уровней с СОМ-портом, через который осуществляется связь с ноутбуком и оператором.
Основой модуля управления секции служит микропроцессор AT89S52, который, действуя согласно заложенной в его память программе, через определенные промежутки времени опрашивает датчик температуры типа DS1821. Связь процессора с датчиком осуществляется по одно-проводной линии через один из портов ввода-вывода. Управление токами нагрева производится через буферный согласующий элемент 293КП1А и электромагнитное реле 801Н-1С-С 12В. Обмен данными с верхним связным блоком происходит через несложную буферную логику на микросхемах серии 1533. Постоянные напряжения +5 и + 12 В для питания схемы получаются из силового переменного напряжения 42 В путем преобразования и стабилизации на элементах LM317.
Важная особенность связных блоков — использование модемов TDA5051 для приема/передачи данных по длинному стволовому кабелю ракеты (точнее, мачты обслуживания). В этом же кабельном рукаве проходят и силовые кабели, токи переключения в которых создают сильные электромагнитные поля. Для повышения помехозащищенности использованы модемы, передающие цифровой сигнал, модулированный частотой около 150 кГц.
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Программное обеспечение, обслуживающее систему, состоит из двух программ:
— программы микропроцессора, главные алгоритмы которой отражены в описании модуля управления;
— программы связи с оператором, предназначенной в случае надобности для работы с термочехлом на старте.
Программа микропроцессора выполнена на ассемблере A51 и работает автономно, исполняя возложенные на нее обязанности. Программа связи с оператором написана в среде MS Visual C и функционирует на портативном компьютере (ноутбуке) под управлением ОС Windows NT/2000/XP.
Вид окна программы связи с оператором приведен на рис. 4. В работе — два модуля в двух соседних секциях. Отмечается та секция, с которой программа пытается наладить контакт в данный момент.
Для обмена данными между двумя указанными программами, а также для промежуточного об-
Рис. 4. Вид окна программы связи с оператором:
а — нагрева нет (уставка достигнута); б — нагрев идет (уставка не достигнута)
мена данными между модулями управления и связными блоками, верхним и нижним, была разработана несложная система команд, которая себя оправдала на практике.
Система команд управления термочехлом.
• Рабочая последовательность (6 байтов) (табл. 1)
• Номера модулей. Модули управления имеют номера с 01 по 48-й. Связной блок — номер 00.
• Список команд (табл. 2). В списке команд приняты следующие обозначения: "MU nn" — модуль управления секции номер nn; LOWER — нижний связной блок.
• Формат данных. Температура (табл. 3). В байте данных бит D7 означает наличие/отсутствие тока в нагревателе, остальные биты — значение измеренной температуры.
Таблица 1
Рабочая последовательность (6 байтов)
Син-хробайт первый Откуда (номер модуля) Куда (номер модуля) Команда Данные Синхро-байт последний
'b' (98) 0...48 0...48 Согласно списку команд Согласно формату данных 'e' (101)
Таблица 2
Список команд
Команда Данные Задатчик Задание
SEND TEMP SEND NUM RCV TEMP RCV SETT RELE SW 0 x 00 0 x 00 Температура Уставка 0 - OFF; 1 - ON LOWER LOWER MU nn LOWER LOWER Выслать температуру Выслать свой номер Принять температуру Принять уставку Включить/выключить реле
Т
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.