Космический эксперимент «Трубка»: автоматизированное управление и система измерений температуры

Розглянуто стан робіт з підготовки наукової апаратури для проведення космічного експерименту «Трубка», зокрема системи автоматизованого керування експериментом та точного вимірювання температури дослідних теплових труб. Отримані результати дозволять успішно виконати завдання експерименту на борту ро...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2008
Hauptverfasser: Косторнов, А.Г., Сурду, М.Н., Фролов, Г.А., Ламеко, А.Л., Шаповал, А.А., Еланский, Ю.А., Тихий, В.Г., Гусарова, И.А., Шаповал, И.В.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2008
Schriftenreihe:Проблемы управления и информатики
Schlagworte:
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/209138
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Космический эксперимент «Трубка»: автоматизированное управление и система измерений температуры / А.Г. Косторнов, М.Н. Сурду, Г.А. Фролов, А.Л. Ламеко, А.А. Шаповал, Ю.А. Еланский, В.Г. Тихий, И.А. Гусарова, И.В. Шаповал // Проблемы управления и информатики. — 2008. — № 3. — С. 127-132. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-209138
record_format dspace
spelling irk-123456789-2091382025-11-16T01:04:54Z Космический эксперимент «Трубка»: автоматизированное управление и система измерений температуры Космічний експеримент «Трубка»: автоматизоване керування і система вимірювань температури Space experiment "Trubka": automatic control and system of temperature measurement Косторнов, А.Г. Сурду, М.Н. Фролов, Г.А. Ламеко, А.Л. Шаповал, А.А. Еланский, Ю.А. Тихий, В.Г. Гусарова, И.А. Шаповал, И.В. Космические информационные технологии и системы Розглянуто стан робіт з підготовки наукової апаратури для проведення космічного експерименту «Трубка», зокрема системи автоматизованого керування експериментом та точного вимірювання температури дослідних теплових труб. Отримані результати дозволять успішно виконати завдання експерименту на борту російського сегмента МКС. Questions of development of the scientific equipment for realization of space experiment «Trubka» are considered. The system of automated control of experiment and system of exact measurements of temperature of pilot heat pipes is created and tested. Scientific results received while creation of system of automated control and temperature measurement are presented. These results will allow to solve problems of space experiment which will be carried out on board of the international space station. 2008 Article Космический эксперимент «Трубка»: автоматизированное управление и система измерений температуры / А.Г. Косторнов, М.Н. Сурду, Г.А. Фролов, А.Л. Ламеко, А.А. Шаповал, Ю.А. Еланский, В.Г. Тихий, И.А. Гусарова, И.В. Шаповал // Проблемы управления и информатики. — 2008. — № 3. — С. 127-132. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0572-2691 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/209138 523.036:621.396.69 10.1615/JAutomatInfScien.v40.i5.50 ru Проблемы управления и информатики application/pdf Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Космические информационные технологии и системы
Космические информационные технологии и системы
spellingShingle Космические информационные технологии и системы
Космические информационные технологии и системы
Косторнов, А.Г.
Сурду, М.Н.
Фролов, Г.А.
Ламеко, А.Л.
Шаповал, А.А.
Еланский, Ю.А.
Тихий, В.Г.
Гусарова, И.А.
Шаповал, И.В.
Космический эксперимент «Трубка»: автоматизированное управление и система измерений температуры
Проблемы управления и информатики
description Розглянуто стан робіт з підготовки наукової апаратури для проведення космічного експерименту «Трубка», зокрема системи автоматизованого керування експериментом та точного вимірювання температури дослідних теплових труб. Отримані результати дозволять успішно виконати завдання експерименту на борту російського сегмента МКС.
format Article
author Косторнов, А.Г.
Сурду, М.Н.
Фролов, Г.А.
Ламеко, А.Л.
Шаповал, А.А.
Еланский, Ю.А.
Тихий, В.Г.
Гусарова, И.А.
Шаповал, И.В.
author_facet Косторнов, А.Г.
Сурду, М.Н.
Фролов, Г.А.
Ламеко, А.Л.
Шаповал, А.А.
Еланский, Ю.А.
Тихий, В.Г.
Гусарова, И.А.
Шаповал, И.В.
author_sort Косторнов, А.Г.
title Космический эксперимент «Трубка»: автоматизированное управление и система измерений температуры
title_short Космический эксперимент «Трубка»: автоматизированное управление и система измерений температуры
title_full Космический эксперимент «Трубка»: автоматизированное управление и система измерений температуры
title_fullStr Космический эксперимент «Трубка»: автоматизированное управление и система измерений температуры
title_full_unstemmed Космический эксперимент «Трубка»: автоматизированное управление и система измерений температуры
title_sort космический эксперимент «трубка»: автоматизированное управление и система измерений температуры
publisher Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
publishDate 2008
topic_facet Космические информационные технологии и системы
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/209138
citation_txt Космический эксперимент «Трубка»: автоматизированное управление и система измерений температуры / А.Г. Косторнов, М.Н. Сурду, Г.А. Фролов, А.Л. Ламеко, А.А. Шаповал, Ю.А. Еланский, В.Г. Тихий, И.А. Гусарова, И.В. Шаповал // Проблемы управления и информатики. — 2008. — № 3. — С. 127-132. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
series Проблемы управления и информатики
work_keys_str_mv AT kostornovag kosmičeskijéksperimenttrubkaavtomatizirovannoeupravlenieisistemaizmerenijtemperatury
AT surdumn kosmičeskijéksperimenttrubkaavtomatizirovannoeupravlenieisistemaizmerenijtemperatury
AT frolovga kosmičeskijéksperimenttrubkaavtomatizirovannoeupravlenieisistemaizmerenijtemperatury
AT lamekoal kosmičeskijéksperimenttrubkaavtomatizirovannoeupravlenieisistemaizmerenijtemperatury
AT šapovalaa kosmičeskijéksperimenttrubkaavtomatizirovannoeupravlenieisistemaizmerenijtemperatury
AT elanskijûa kosmičeskijéksperimenttrubkaavtomatizirovannoeupravlenieisistemaizmerenijtemperatury
AT tihijvg kosmičeskijéksperimenttrubkaavtomatizirovannoeupravlenieisistemaizmerenijtemperatury
AT gusarovaia kosmičeskijéksperimenttrubkaavtomatizirovannoeupravlenieisistemaizmerenijtemperatury
AT šapovaliv kosmičeskijéksperimenttrubkaavtomatizirovannoeupravlenieisistemaizmerenijtemperatury
AT kostornovag kosmíčnijeksperimenttrubkaavtomatizovanekeruvannâísistemavimírûvanʹtemperaturi
AT surdumn kosmíčnijeksperimenttrubkaavtomatizovanekeruvannâísistemavimírûvanʹtemperaturi
AT frolovga kosmíčnijeksperimenttrubkaavtomatizovanekeruvannâísistemavimírûvanʹtemperaturi
AT lamekoal kosmíčnijeksperimenttrubkaavtomatizovanekeruvannâísistemavimírûvanʹtemperaturi
AT šapovalaa kosmíčnijeksperimenttrubkaavtomatizovanekeruvannâísistemavimírûvanʹtemperaturi
AT elanskijûa kosmíčnijeksperimenttrubkaavtomatizovanekeruvannâísistemavimírûvanʹtemperaturi
AT tihijvg kosmíčnijeksperimenttrubkaavtomatizovanekeruvannâísistemavimírûvanʹtemperaturi
AT gusarovaia kosmíčnijeksperimenttrubkaavtomatizovanekeruvannâísistemavimírûvanʹtemperaturi
AT šapovaliv kosmíčnijeksperimenttrubkaavtomatizovanekeruvannâísistemavimírûvanʹtemperaturi
AT kostornovag spaceexperimenttrubkaautomaticcontrolandsystemoftemperaturemeasurement
AT surdumn spaceexperimenttrubkaautomaticcontrolandsystemoftemperaturemeasurement
AT frolovga spaceexperimenttrubkaautomaticcontrolandsystemoftemperaturemeasurement
AT lamekoal spaceexperimenttrubkaautomaticcontrolandsystemoftemperaturemeasurement
AT šapovalaa spaceexperimenttrubkaautomaticcontrolandsystemoftemperaturemeasurement
AT elanskijûa spaceexperimenttrubkaautomaticcontrolandsystemoftemperaturemeasurement
AT tihijvg spaceexperimenttrubkaautomaticcontrolandsystemoftemperaturemeasurement
AT gusarovaia spaceexperimenttrubkaautomaticcontrolandsystemoftemperaturemeasurement
AT šapovaliv spaceexperimenttrubkaautomaticcontrolandsystemoftemperaturemeasurement
first_indexed 2025-11-16T02:06:09Z
last_indexed 2025-11-17T02:08:55Z
_version_ 1849001598105157632
fulltext © А.Г. КОСТОРНОВ, М.Н. СУРДУ, Г.А. ФРОЛОВ, А.Л. ЛАМЕКО, А.А. ШАПОВАЛ, Ю.А. ЕЛАНСКИЙ, В.Г. ТИХИЙ, И.А. ГУСАРОВА, И.В. ШАПОВАЛ, 2008 Проблемы управления и информатики, 2008, № 3 127 КОСМИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ УДК 523.036:621.396.69 А.Г. Косторнов, М.Н. Сурду, Г.А. Фролов, А.Л. Ламеко, А.А. Шаповал, Ю.А. Еланский, В.Г. Тихий, И.А. Гусарова, И.В. Шаповал КОСМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ «ТРУБКА»: АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ И СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ Одной из основных идей проведения украинско-российского космического эксперимента (КЭ) «Трубка» на борту Международной космической станции (МКС) «Альфа» является исследование влияния уровня гравитации на теплофи- зические параметры тепловых труб (ТТ) — сверхвысокотеплопроводных тепло- передающих устройств, используемых в системах охлаждения и термостабилиза- ции космической аппаратуры [1, 2]. Блоки исследуемых тепловых труб в составе разработанной научной аппарату- ры «Трубка» должны быть подвергнуты комплексным испытаниям; сначала — в на- земных условиях, затем (после транспортировки и монтажа на борту МКС) — в условиях космического пространства. Анализ и сопоставление полученных сис- тематизированных результатов исследований ТТ в условиях земной гравитации и космической микрогравитации должны дать ответ на вопрос, существуют ли за- метные отличия теплофизических характеристик ТТ для указанных условий. Предварительный анализ известных из литературы исследований кипения крио- генных жидкостей на гладких технических поверхностях [3] в условиях микро- гравитации свидетельствует о возможности отличий теплофизических процессов в ТТ, протекающих в условиях Земли и Космоса. Очевидно, что для реализации идеи необходима специальная высокоточная измерительно-управляющая научная аппаратура (НА), позволяющая решать сле- дующие технические задачи проведения КЭ «Трубка»: 1) высокоточные измерения температуры поверхности исследуемых ТТ в конт- рольных точках, а также температуры окружающего ТТ воздуха; 2) управление тепловыми потоками, подводимыми к исследуемым ТТ; 3) защита (отключение) ТТ в критических случаях; 4) запись получаемой в ходе эксперимента информации в память бортового компьютера (ПК); 5) полуавтоматизированный процесс проведения КЭ «Трубка» при мини- мальном участии в КЭ оператора-космонавта. Такая научная аппаратура в на- стоящее время создана и прошла предварительные испытания. Комплекс НА для реализации КЭ «Трубка», входящий в состав летно-экспе- риментальной установки (ЛЭУ-ТТ2), располагаемой на борту российского сег- мента МКС, состоит из комплекта наземного оборудования (КНО-Тр) и комплек- та бортового оборудования (КБО-Тр). В процессе разработки состав и работа НА согласованы с российскими предприятиями — постановщиком и участниками КЭ. В состав комплекта бортового оборудования КЭ «Трубка» входит блок измерения 128 ISSN 0572-2691 температуры, управления и сигнализации (БИУ), контроля параметров блока теп- ловых труб (БТТ), сигнализации и управления процессом КЭ. Функциональная (монтажная) схема расположения НА «Трубка» (в наземных и космических усло- виях) представлена на рис. 1. БИУ    БТТ 8 к ЭВМ 9 к сети электропитания 7 6 4 5 3 2 1 Рис. 1 Примечание: 1 — тепловые трубы; 2 — электронагреватели; 3 — места установки датчиков температуры; 4 — вентиляторы; 5 — радиаторы воздушного охлаждения; 6 — основание для мон- тажа узлов блока; 7 — съемные крепежные винты; 8 — БИУ; 9 — платформа монтажная (ПМ). БИУ, выполненный в виде конструкции прямоугольной формы, внутри кото- рой расположены элементы и детали блока (входящие в состав многоканальной многофункциональной измерительно-управляющей системы), устанавливается на монтажной платформе (ПМ) при монтаже на Земле и подлежит замене на запасный блок (из комплекта запасного инвентаря и принадлежностей (ЗИП) в случае выхода основного блока из строя. К блоку БТТ, сети электропитания и бортовому вычисли- тельному комплексу БИУ подсоединяется с помощью коммутационных устройств (коммутаторов), разъемов и кабелей. Многофункциональная измерительно-управ- ляющая система предназначена для измерения электрического сопротивления и на- пряжения датчиков температуры (термометров сопротивления). БИУ изготавлива- ется для работы в автономном автоматическом режиме на орбите и функционирует в комплекте с персональным компьюте- ром. В состав БИУ входят: 1) генератор Г1 прямоугольных импульсов; 2) внутренний образцовый резистор ;0R 3) защитный уси- литель DA1; 4) аналого-цифровой преобра- зователь (АЦП); 5) микропроцессорный контроллер (МК). Структурная схема БИУ в режиме измерения сопротивления датчиков или эталонных мер сопротивления приведе- на на рис. 2. Основой, на которой базируется процесс измерения сопротивления в БИУ, является измерение отношения двух напря- жений, действующих на выводах последова- тельно соединенных внутреннего эталонно- го резистора и сопротивления датчика при пропускании через них тока, вырабатывае- мого генератором (Г1). Высокие параметры температурной и временнóй стабильности характеристик АЦП, а также эталонного ре- зистора определяют соответственно высо- кую точность измерения сопротивления дат- чиков температуры. Результаты измерений температуры выдаются в виде значений сопротивлений подключенных датчиков и в виде значений измеряемой величины, рассчитанных в соответствии с предвари- тельно введенными оператором параметрами датчиков. DA1A R0 Rx U0 Ux Г1 АЦП МК ПК RS232 Рис. 2 Проблемы управления и информатики, 2008, № 3 129 После загрузки файла данных или проведения ряда измерений главное окно на экране монитора ПК принимает вид, представленный на рис. 3. Схема подклю- чения БИУ к БТТ показана на рис. 4 101( xx  — информационные величины). Коммутатор обеспечивает многоканальное подключение датчиков по четырех- проводной схеме. При измерении параметров резистивных датчиков такое под- ключение позволяет исключить влияние сопротивления соединительных прово- дов и коммутаторов на результат измерения. Для точного измерения температуры принят ряд мер для уменьшения термо-электродвижущей силы (э.д.с.) в коммута- торе. Известно, что в коммутаторах горячими и холодными спаями являются мес- та припайки выводов микросхем, точки подключения проводов, наконец, сами коммутаторы обладают остаточной термо-э.д.с. Для снижения термо-э.д.с. в ком- мутаторе использованы специальные термовыравниватели, представляющие со- бой алюминиевые плиты толщиной до 10 мм. Использование термовыравнивате- лей позволило снизить термо-э.д.с. до пренебрежимо малой величины. Рис. 3 x6 x3 x1 Измеритель Компьютер К о м м у та то р Объект Объект Объект Объект Объект Объект Объект Объект Блок питания x4 x3 x1 x2 x4 x5 x7 x8 x9 x10 Рис. 4 130 ISSN 0572-2691 При разработке коммутатора электронагревателей ТТ учитывалось, что мощ- ность, подводимая к каждой ТТ, должна изменяться от нуля до 50 Вт. Рассматри- вались и макетировались два типа регуляторов: с аналоговым регулированием мощности и с дискретным. Теоретический анализ и соответствующее макетиро- вание показали, что оба подхода к построению регулятора практически равноцен- ны (и имеют одинаковые недостатки). Положительным свойством аналоговых ре- гуляторов является то, что они практически не создают помех для процесса изме- рения температуры. Регулятор с дискретным регулированием мощности основан на использовании инерционных свойств нагревателя. В таком нагревателе ток Ih нагрева, постоянный по амплитуде, подается на нагреватель в виде импульсов с периодом Тh и длительностью . Некоторым недостатком дискретного регулятора является высокий уровень создаваемых им помех. Эффективный метод борьбы с ними — «весовая фильтрация», которая облегчается тем, что частота этих помех хорошо известна. Именно такая фильтрация и используется в измерительных ка- налах. Для отработки алгоритмов управления изготовлен блок управления нагрева- телями, структурная схема которого приведена на рис. 5 (Г — генератор; K — коммутационное устройство; Н — нагреватель; ГИ — генератор импульсов). Данное устройство предусматривает параллельное ручное управление мощностью трех нагревателей посредством трех раздельных широтно-импульсных (ШИМ)- регуляторов. Дискретность регулирования мощности нагревателей равна 0,5 %, а диапазон регулирования — от 0 до 95 %. Для управления нагревателями и вен- тилятором системы воздушного охлаждения (при отводе тепла от каждой ТТ в процессе КЭ) разработано соответствующее программное обеспечение. Проведены предварительные испытания технологического образца НА «Трубка» с блоком измерения и управления в целях определения эксплуатаци- онных параметров тепловых труб. Исследуемые ТТ имели прямоугольный про- филь (13  7,5); жидкость-теплоноситель — ацетон. Каждая ТТ была снабжена отдельным нагревателем, который крепился на одном конце трубы, и имела об- щую систему охлаждения — алюминиевый радиатор с вентилятором, установ- ленную на противоположных концах ТТ. Использован радиатор с вентилятором типа «LA7-150-12V» фирмы «Fisher Elektronik». Блок измерения и управления для технологического образца НА «Трубка» изготовлен на Государственном научно- производственном предприятии «Спецавтоматика». Испытания технологического образца НА «Трубка» проводились на установке, структурная схема которой представлена на рис. 6. ГЗ ГИ2 ГИ1 ГИ3 K1 K2 K3 Н1 Н2 Н3 0В 28В28 В 0 В Г3 ГИ1 ГИ2 ГИ3 K1 K2 K3 H1 H2 H3 Рис. 5 Проблемы управления и информатики, 2008, № 3 131 Нагреватель Радиатор 1. АЦП СА-320М 2. Прецизионный термометр СА-320 3. ЭВМ (ПК) Устройство для подвода напряжения Т-4 Т-3 Т-2 Т-1 Рис. 6 На одном конце ТТ устанавливался радиатор с вентилятором, на другом — на- греватель, обеспечивающий нагрев ТТ до заданной температуры. К поверхности ТТ подключены датчики температуры «HEL-705-U-1-12-00» (Т-1, Т-2, Т-3, Т-4) в четырех контрольных точках (см. рис. 6). Пятый датчик необходим для опреде- ления температуры окружающей среды. Сигнал с датчиков температуры подается через АЦП (1) на прецизионный термометр (2), который поочередно, автоматиче- ски, с помощью коммутатора включает датчики в измерительную цепь, измеряет их сопротивление и обеспечивает выдачу результатов измерений на экран мони- тора ПК (3) и в файл данных (с привязкой по времени). ПК выполняет функции управления процессом измерения, обработки, визуализации и хранения данных, а также обеспечивает управление прецизионным термометром СА-320. Результаты измерений выдаются в виде значений измеряемой величины, ко- торой в данном случае является температура в контрольных точках ТТ, рассчи- танных в соответствии с предварительно введенными оператором параметрами датчиков. Часть результатов представлена на рис. 7 в виде зависимости темпера- туры контрольной точки ТТ от времени. Тепловая труба в горизонтальном положении 29 0:50 1:08 1:26 1:44 2:02 2:20 2:38 2:56 3:14 3:32 3:50 4:08 4:26 4:44 5:02 5:20 Время, ч Т ем п ер ат у р а,  С Точка 5 (температура в помещении) Точка 1 (термопара расположена перед нагревателем) Точка 2 (за нагревателем) Точка 3 (перед радиатором) Точка 4 (за радиатором) 27 25 23 21 19 17 15 Рис. 7 Таким образом: 1) разработана научная аппаратура, необходимая для реали- зации научно-технических задач проведения КЭ «Трубка» в наземных и космиче- ских условиях; 2) выполнено необходимое макетирование узлов измерения тем- пературы и управления, разработано программное обеспечение для управления нагревателями и вентилятором, изготовлен технологический образец БИУ, кото- рый прошел предварительные испытания с блоком тепловых труб; 3) предвари- 132 ISSN 0572-2691 тельные исследования технологического образца НА «Трубка» с блоком измере- ния и управления показали, что все устройства технологического образца НА «Трубка», включая БИУ, во время испытаний функционируют нормально и обес- печивают решение сложных задач совместного украинско-российского космиче- ского эксперимента «Трубка». А.Г. Косторнов, М.М. Сурду, Г.О. Фролов, О.Л. Ламеко, А.А. Шаповал, Ю.А. Єланський, В.Г. Тихий, І.О. Гусарова, І.В. Шаповал КОСМІЧНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ «ТРУБКА»: АВТОМАТИЗОВАНЕ КЕРУВАННЯ І СИСТЕМА ВИМІРЮВАНЬ ТЕМПЕРАТУРИ Розглянуто стан робіт з підготовки наукової апаратури для проведення косміч- ного експерименту «Трубка», зокрема системи автоматизованого керування ек- спериментом та точного вимірювання температури дослідних теплових труб. Отримані результати дозволять успішно виконати завдання експерименту на борту російського сегмента МКС. А.G. Kostornov, М.N. Surdu, G.А. Frolov, А.L. Lameko, А.А. Shapoval, Yu.А. Elanskiy, V.G. Tikhiy, I.А. Gusarova, I.V. Shapoval SPACE EXPERIMENT «TRUBKA»: AUTOMATIC CONTROL AND SYSTEM OF TEMPERATURE MEASUREMENT Questions of development of the scientific equipment for realization of space ex- periment «Trubka» are considered. The system of automated control of experiment and system of exact measurements of temperature of pilot heat pipes is created and tested. Scientific results received while creation of system of automated control and temperature measurement are presented. These results will allow to solve problems of space experiment which will be carried out on board of the inter- national space station. 1. Фаворский О.Н., Каданер Я.С. Вопросы теплообмена в космосе. — М. : Высш. шк., 1972. — 280 с. 2. Goncharov K.A., Barantsevich V.I., Orlov A.A. Experience of development of heat pipe applied in Russian spacecrafts. Heat pipes, heat pumps, refrigerators // Proc. of the V Minsk Intern. Seminar, Belarus, 8–11 Sept., 2003. — P. 5–20. 3. Веркин Б.И., Кириченко Ю.А., Русанов К.В. Теплообмен при кипении в полях массовых сил различной интенсивности. — Киев : Наук. думка, 1988. — 256 с. Получено 26.11.2007