运载火箭上面级供配电一体化相关设计

田童 陈玉波 历震儒

摘要：基础级运载火箭的各电气系统的可用性和分布如何，不仅造成设备重复和成本增加，而且整个系统的兼容性差，可靠性低。为此，提出了与主体等控制系统的电气系统和配电的集成设计，并与提供上层运载导弹供配的设计相结合。通过一体化设计和配电，可以进一步提高整个上层电气系统的集成度和可靠性，并有效降低成本。

关键词：上面级;一体化设计;供配电;电气系统;运载火箭;控制系统

1.前言

上面级一般系统设备主要具有多次发射轨道联合起动、长距离一段时间连续轨道工作、自主机动控制轨道飞行等多种功能综合特点，具备多次运载卫星发射轨道联合发射和同时完成多次轨道机动、轨道分离任务综合部署的一种综合适应能力。

上面级以运载火箭系统控制电气系统设计技术为控制核心，采取完全系统功能一体化的火箭系统技术控制管理思想，在运载火箭系统技术领域率先展开探索如何建立一种高性能运行率低效率、高可靠、低成本、高技术性和通用性的完全功能统一化的火箭控制供配电气元器件系统体系，合理进行组织资源分配和有效节约综合利用系统资源，避免系统重复增加设备研发投资以至于大大降低运载火箭系统测试设备研发造价，减少火箭系统测试中间环节以大大提高系统设备运行效率可靠性和火箭系统测试工作效率，最终有效率地缩短运载火箭综合发射系统任务测试周期并大大提高运载火箭综合发射系统任务测试成功率。

2.供配电一体化设计的思想

上面级电气系统由主动电源控制系统管理功能系统、测量自动控制管理系统、主动电源热控制等功能系统三大部分设计组成：

2.1以控制系统为主体进行一体化设计

以电气控制管理系统为设计主体可以实现一体化系统设计，主要理由是因为电气控制管理系统一直是上面级电气系统的一个核心组成部分，主要的电源发射控制节点都是被安排在电气控制管理系统，并且电气控制管理系统的软硬件设计技术成熟，系统的集成性及系统自动化应用程度均较高。以电气控制管理系统为设计主体，实现上面级各电气系统的电源集中自动供配电，能大大减少蓄电池、脱落电源连接器和其他地面备用电源线的数量，大大简化控制系统结构设计，提高系统发射机的可靠性，并大大降低系统成本。

2.2基于供电品质要求的一体化设计

根据中国供电系统品质规定要求，将使用供电负载驱动设备一般分为2类：一类的所指的主要是对使用直流供电驱动设备技术品质本身整体要求较高的电流驱动控制、测量管理控制系统电源驱动装置设备;另一类的则主要是对使用直流供电驱动设备技术，本身整体要求不高的热量管理监控控制系統电源驱动装置设备以及火工品和使用组的电磁阀。为了电池能够长期维持大量的电流电压脉冲波动输出，电池组的直流电压脉冲波动幅度较高，这些都对供电驱动设备本身供电不利。

2.3基于标准接口的一体化设计

各控制系统设备用电控制可以通过采用标准的控制电源接口与正在控制中的系统设备进行网络连接，各系统用电控制设备只要注意保证标准电源接口不变，设备控制功能人员可根据自身实际需求随时进行其自适应性能的修改。这样既大大简化了控制系统间的网络连接，同时它又可以大大缩短系统研制设备周期、降低设备研制过程成本、从而在整体上大大优化控制系统设备性能。

3.供配电一体化设计方案

3.1供配电需求

传统的我国基础级运载火箭轨道飞行持续时间一般在1030min，上面级级别要求能够长时间保持在轨火箭飞行，飞行持续时间一般在7h以上。随着我国在轨火箭运行持续时间的不断增加，上面级各供电系统的综合供配电能力需求也大幅提高。

3.2设计方案

地面上层电源仅由电源控制系统供电，箭头电源仅由控制系统电池I和电池II供电。考虑到整个供配电系统的重量，上层在设计电池I、电池II均由单个电池供电;箭头完成单一配电，完成装置和设备的连续供电，以及烟火产品和电磁阀的供电。因此，整个上层电气系统地面上的电源和电池大大减少，电缆和电源柜减少，系统成本大大降低。电缆系统控制系统将主电源发送到每个电子设备，并将系统之间的信号和指令有机地连接起来，以便将楼上的系统连接到电网中。上述供电和配电原理图如图1所示。

4.详细设计

4.1基于磁保持继电器的多母线供配电设计

由于大型电磁继电器自身的供电功率高，而且使用于飞行真空和高空间环境的大型电磁供电效率低，会直接影响造成大型继电器自身温升过高而导致供电系统失效，这些都不有利于飞行设备能够实现上面层各级长时间工作飞行时间和较高可靠性的连续供配电。因此，上面级一般设备选用磁电源保持式的电磁继电器，只需在外部自动控制线的外包处一次性地安装接通大型电磁供电器的外部激励电磁信号电源即可，然后通过内部一个永久性采用电磁复合钢的磁力耦合自动作用系统即可进行连续自动化供电保持。

4.2统一供配电、转电设计

上面级各控制系统由箭上控制保护系统统一进行供配电，统一进行转电，转电前电源统一由箭上控制保护系统内的地面箭上电源统一供电，转电后由箭上的蓄电池统一供电。上面级通过箭上配电器内的大型继电器和箭上转电保护继电器构成，实现对各控制系统保护仪器的统一供配电，如图3所示，其中kp1一kp4为大型地面箭上供电保护继电器，kz1一kz4为箭上转电保护用磁继电器，电阻电流r1一r10和二极管电阻v1一v10组成磁继电器的脉冲消反峰控制电路。

结论

本文详细介绍了电气系统供电配电的一体化设计方法。通过集成电源设计和分配，可靠性、电磁兼容性和经济性可以进一步提高。上层电气系统供配电一体化设计已应用于系列运载火箭的上层阶段，为后续运载火箭电气系统集成设计的发展奠定了良好的技术基础。

参考文献

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