Проблемы с питанием МКС: из-за чего NASA перенесло запуск SpaceX Dragon

NASA отложило следующую миссию SpaceX Dragon по снабжению Международной космической станции из-за проблемы с коммутационными блоками главной шины станции (Main Bus Switching Units) — компонентом системы электроснабжения американского сегмента МКС. Запуск CRS-17 перенесли на двое  суток, на пятницу 3 мая.

Изначально пуск был запланирован на утро 1-го мая на ракете Falcon 9 с площадки SLC-40 на мысе Канаверал.

MBSU — это, по сути, электрические распределительные щиты для орбитальной станции. Всё дело в том, что стыковка грузового Dragon производится при помощи роботизированного манипулятора Canadarm2. А из-за проблем с энергосистемой Canadarm2 оказался с одним каналом питания. По правилам NASA для важных операций (например, работ с космическим кораблём) манипулятор должен иметь исправный запасной канал питания.

В MBSU уже были поломки, в 2017-м году проблемы возникли на каналах 2A и 2B. Работы по их замене проводились с использованием SSRMS, системы удалённого управления манипуляторами МКС.

Электрическое питание американского сегмента станции обеспечено восемью крыльями солнечных батарей (SAW) при постоянном токе 160 В. Система называется «первичнный источник питания». От каждого из восьми SAW первичное питание поступает в соответствующий блок коммутации постоянного тока (DCSU).

Когда SAW находятся под солнечным светом (т.е. генерируют энергию), DCSU отправляют некоторую мощность непосредственно одному из четырех MBSU, а некоторую мощность соответствующему блоку зарядки/разрядки батареи (BCDU), который, в свою очередь, заряжает батареи SAW для использования в то время, когда станция скрывается в тени.

Во время орбитальной темноты, когда солнечные панели не генерируют энергию, DCSU отправляют питание от батареи непосредственно на один из четырех MBSU через Utility Transfer Assembly (UTA), что облегчает передачу энергии через систему ориентации солнечных панелей (SARJ). На МКС есть две UTA — одна для SARJ, расположенной на левом борту, а другая — для SARJ на правом борту.

Слева правый борт, справа — левый.

Как только ток прошёл UTA, каждый из четырех блоков MBSU на ISS получает питание от двух блоков DCSU, и поэтому четыре блока MBSU между ними распределяют напряжение от всех восьми блоков DCSU и связанных с ними SAW. Эти источники питания DCSU называются «каналами» и обозначаются как 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B и 4A, 4B — так же, как и их соответствующие SAW (то есть SAW 1A передает канал 1A).

В информации о состоянии станции отмечается: «Произошла потеря связи между модулем коммутации основной шины (MBSU) 3 — в MBSU 3 случился критический отказ шины, что привело к снижению нагрузки на каналах 3A и 3B. Это повлияло на следующее оборудование на станции: транспондеры Ku-диапазона, магнитный альфа-спектрометр и на систему удалённого управления манипуляторами».

Последняя система является ключевой для захвата грузового корабля Dragon и стыковки его со станцией. Именно из-за временного отсутствия дублирующей системы питания NASA было вынуждено перенести запуск и заняться решением проблемы.

Предыдущая замена MBSU происходила в прямом эфире NASA. Это скриншот с той трансляции.

При этом исправление — нетривиальная задача. Блоки MBSU распределяют ток от каждого из двух своих входных каналов DCSU в системе преобразования постоянного тока (DDCU) через изоляторы удаленной шины (RBI). DDCU, вторичные источники питания, переводят первичное питание (160 вольт, иногда колеблется на +/- 10 вольт) в стабильное напряжение 124 В.

От вторичных источников питания ток напряжением 124 В  отправляется на шины питания USOS, откуда он проходит через автоматические выключатели модуля удаленного управления питанием (RPCM). И уже из этой системы ток, наконец, может быть доступен для пользовательских нагрузок на станции.

Некоторые MBSU также отправляют первичное питание от американского сегмента к российским преобразовательным блокам (ARCU), которые преобразуют первичное напряжение 160 В USOS в стандартное напряжение для российского сегмента — 28 В, которая, в свою очередь, распределяется по всем российским модулям в дополнение к мощности российских солнечных батарей (кстати, 18-й американский выход в космос включал маршрутизацию силовых кабелей от MBSU к российскому сегменту — для использования будущим модулем МЛМ «Наука», который до сих пор не запущен). При необходимости MBSU можно подключить в перекрёстном режиме, что позволит эффективно перенастроить архитектуру питания USOS.

С пространственной точки зрения, все четыре коробчатых MBSU установлены на ферме S0 — они оставались там со времени запуска фермы S0 более 16-ти лет назад на STS-110, в апреле 2002 года. Кроме того, MBSU были разработаны так, чтобы их можно было заменить во ВКД (внекорабельной деятельности) космонавтов. Это часть философии модульного дизайна станции.

По сообщению NASA, «Поиск и устранение неисправностей не увенчались успехом, и команды оценивают вероятность сбоя блока питания. Планируется замена блока».

Операторам удалось оперативно перебросить мощности и восстановить полную подачу питания как на Ku-транспондер, так и на магнитный альфа-спектрометр. После этого наземная команда принялась за замену неисправного MBSU:

«Экипаж и наземные команды координировали установку Y-образной перемычки на первом узле и запасной перемычки того же узла. Потом произошло снятие изоляции каналов 2 и 3 на первом узле. Новая конфигурация перемычек восстановила все нагрузки, кроме тех, что на DDCU P13A».

В четверг началась ключевая работа — замена вышедшего из строя MBSU запасным, которая тоже прошла успешно. После замены MBSU роботизированным манипулятором, систему ещё раз проверили, а затем переключили все перемычки в стандартную конфигурацию. Это позволило полностью восстановить питание на станции и обеспечить Canadarm2 запасным источником.

Работа по замене MBSU без необходимости выхода в открытый космос стала второй успешной подобной операцией. Отработка таких важных задач позволяет NASA и странам партнёрам подготовиться к возможным будущим проблемам и не минимизировать риск для астронавтов там, где их работу можно выполнить удалённо при помощи роботов.

Источник информации: NSF.

Трансляцию запуска Spacex Dragon CRS-17 на ракете-носителе Falcon 9 можно будет посмотреть на нашем канале. А подробная информация о грузах доступна здесь.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

13
Войдите, чтобы читать и оставлять комментарии.
Сергій Воліков
Участник
Сергій Воліков

Цитата «… при постоянном токе 160 В». Опечатка. Нужно «… при постоянном напряжении 160 В»

Oleg Lo
Участник
Oleg Lo

В электро- и радиотехнике используются термины «постоянный и переменный ток», когда речь идёт о том, какого рода ток выдаёт источник питания. Так что со смыслом в статье всё в порядке.
Но соглашусь с тем, что формулировка «Электрическое питание американского сегмента станции обеспечено восемью крыльями солнечных батарей (SAW) при постоянном токе 160 В.» выглядит, мягко выражаясь, не очень корректно.
ИМХО, правильнее было бы как-то так: Электропитание американского сегмента станции осуществляется восемью солнечными батареями(SAW),вырабатывающими постоянный ток напряжением 160(+/-10) вольт.

Сергій Воліков
Участник
Сергій Воліков

Ток не измеряется в вольтах (160 В), а в амперах. Напряжение в вольтах. При чем тут «В электро- и радиотехнике используются термины»? Аналогично можно было бы сказать вес ракеты 100 метров. А после утверждать что в космонавтике используется и длина и масса.

Oleg Lo
Участник
Oleg Lo

Уважаемый Сергій Воліков!
1. Успокойтесь.
2. Перечитайте мой коммент, включите голову и постарайтесь понять смысл.
3. Откройте школьный учебник физики, где и найдёте обороты «постоянный /переменный/ ток напряжением ХХХ вольт».
Успехов!

Evgeny aka JekaM
Участник
Evgeny aka JekaM

1. Матчасть в статье описана очень подробно. Приходится медленно и внимательно вчитываться, чтобы всё это осмыслить 🙂 Но это очень хорошо. Спасибо Павел!
2. Меня заинтересовал один момент, который в статье не раскрыт — работа по замене MBSU без необходимости выхода в открытый космос. А именно про запасные блоки MBSU — где они хранятся? Получается запасные блоки прикреплены и хранятся там же, на фермах в открытом космосе? Ведь если бы они были внутри на станции, то как их достали наружу без ВКД? Не думаю, что манипулятором можно доставать предметы из шлюза. Но тогда разве не «стареют» материалы корпусов запасных блоков в открытом космосе?

Evgeny aka JekaM
Участник
Evgeny aka JekaM

Нашёл запись трансляции предыдущей замены MBSU в 2017 году — https://www.youtube.com/watch?v=4rI2a5RYU9E
Выходит, что запасные блоки хранятся снаружи станции, в открытом космосе. Замена происходит с помощью манипулятора Dextre (SPDM).

Далее, кому интересно, таймлайн процесса замены MBSU:
0:00 манипулятор подводят к неисправному блоку
1:42 начинается процесс снятия неисправного блока
2:37 видим запасной блок, который уже подготовлен и закреплён в специальном держателе манипулятора Dextre. Запасной блок извлекают из держателя
3:19 ранее снятый неисправный блок отводят в сторону
3:30 — 4:16 видим сразу оба блока, удерживаемых манипулятором
4:30 — 5:21 процесс утановки нового блока
5:23 — 7:33 неисправный блок устанавливают в специальный держатель на манипуляторе (где до этого был запасной блок) и закрепляют. Затем отводят манипулятор в сторону
8:35 — 9:15 неисправный блок вместе с держателем открепляют от манипулятора. Затем отводят манипулятор в сторону
10:12 — 11:20 неисправный блок вместе с держателем закрепляют снаружи на корпусе станции (видимо на этом месте и хранился ранее запасной блок)

Показать скрытые комментарии

[скрыть] Последние комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

[X]
Если не получается зайти отсюда, попробуйте по ссылке.