Заявка на проведение космического эксперимента на Российском сегменте МКС

1. ЗАЯВКА на проведение космического эксперимента (КЭ) на Российском сегменте МКС

Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования «Московский
авиационный институт (национальный исследовательский
университет)»
ЗАЯВКА
на проведение космического эксперимента (КЭ)
на Российском сегменте МКС
Москва 2017

2. Исходные данные

1. Наименование КЭ
«Исследование и разработка средств создания и методик проверки работоспособности
преобразователей напряжения систем электропитания космических аппаратов с малыми
габаритно – массовыми характеристиками в реальном масштабе времени». Шифр
эксперимента «Преобразователь Н»
2. Полное наименование и реквизиты предприятия-поставщика КЭ (почтовый адрес,
финансовые реквизиты, телефон, факс, адрес электронной почты)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)»
Волоколамское шоссе, д. 4, г. Москва, A-80, ГСП-3, 125993
Тел. +7 499 158-92-09
Факс: +7 499 158-29-77
Электронная почта: [email protected]
3. Наименование тематической секции КНТС, к направлению которой заявитель относит свой
КЭ.
Секция 7
4. Данные о научном руководителе КЭ (Ф.И.О., место работы, должность, ученая степень и звание,
почтовый адрес, телефон, факс, адрес электронной почты).
Жуков А. А., Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)»
Зав. кафедрой, д.т.н., доц., 109240 г.Москва, Берниковская наб., д.14. [email protected].
Ответственные исполнители : д.т.н., профессор, академик МАЭН Школьников В.М., к.т.н.
Богатырев В.Н.

3. Исходные данные (продолжение)

5. Головной исполнитель (поставщик) (Ф.И.О., место работы, должность, ученая степень и звание,
почтовый адрес, телефон, факс, адрес электронной почты).
Жуков А.А., Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский
университет)» д.т.н., доц., 109240 г.Москва, Берниковская наб., д.14. [email protected]
6. Соисполнители (Ф.И.О., место работы, должность, ученая степень и звание).
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)»,
Школьников В.М., д.т.н., профессор.
Крит Б.Л., д.т.н., профессор.
Невровский, д.т.н., профессор.
Эпельфельд А.В.,, д.т.н., профессор.
Борисов А. М., д.ф.-м.н., профессор.
Богатырев В.Н.,
руппа компаний «Электрон – инвест».
Бономорский Павел Олегович, генеральный директор – главный конструктор
7. Желательные и технически возможные сроки проведения КЭ.
11.2017 – 11.2020

4. Краткое описание КЭ

Цель работы
Использование возможностей российского сегмента Международной космической станции для изучения
физических явлений в преобразователях напряжения систем электропитания для космических аппаратов с
длительными сроками активного существования и малыми габаритно-массовыми характеристиками в
реальных условиях открытого космического пространства (на геостационарных орбитах) при воздействии
совокупности внешних факторов космического пространства.
Задачи работы
- определение облика преобразователей напряжения систем электропитания космических аппаратов
с малыми габаритно – массовыми характеристиками (включая выбор конструкции ФЭП, например,
ФЭП на арсениде галлия из-за лучшего КПД и диапазона температур),
- тепловые расчеты в части выбора материалов для электроизоляционных подложек электронных
компонентов и теплоотвода излучением в космос для крышек микросборок (керамико-подобное
МДО-покрытие, HTCC, LTCC);
- макетирование элементов микросборок и экспериментальное подтверждение целесообразности
применения черных и/или белых керамико-подобных МДО-покрытий, HTCC, и LTCC в выбранном
конструктивно-технологическом варианте исполнения:
- разработка, моделирование и оптимизация параметров на структурном и схемном уровне и
изготовление гибридно-пленочных преобразователей напряжения (включая плату и конструкцию с
применением черных и/или белых керамико-подобных МДО-покрытий, HTCC, и LTCC ) на основе
экспериментальной ЭКБ (БИС управления), изготовленной на отечественных структурах кремний на
сапфире, и с применением высокоскоростных трансформаторов, драйверов и силовых ключей;
- разработка блока регистрации параметров и методик их оценки;
-исследование работоспособности, устойчивости к внешним воздействиям ДФКП и эффективности
работы экспериментальной ЭКБ во времени (в течении года) и на основе полученного достаточного
количества информации
- оптимизация и выбор конструкторско-технологических решений перспективной ЭКБ и
экспериментальной РЭА космического назначения,
- разработка и внедрение в учебный процесс разделов курсов лекций по дисциплинам направлений
подготовки «Нанотехнологии и микросистемная техника» и «Приборостроение» и учебнометодических пособий по преобразователям напряжения систем электропитания космических
аппаратов с малыми габаритно – массовыми характеристиками.

5. Схема распределенной системы электропитания КА

В. Жданкин. Устойчивость гибридных DC/DС преобразователей к воздействию ионизирующих излучений космического
пространства . СТА 3/2005. С. 6-26

6. Упрощенная измерительная схема КЭ (1 вариант)

СБ+АБ
ПЭВМ
(ноутбук)
DC/DC
преобразователь
Модульные
приборы
Блок
согласования и
коммутации
Блок регистрации
параметров
вне ГО
внутри ГО

7. Упрощенная измерительная схема КЭ (2 вариант)

ПЭВМ
(ноутбук)
DC/DC
преобразователь
Модульные
приборы
Блок
согласования и
коммутации
Розетка 3А с напряжением
бортовой сети 27+7/-4 В
(или автономный
калибратор напряжения )
через четырехконтактный
соединитель
вне ГО
Блок питания и регистрации
Параметров
внутри ГО

8. Кооперация

DC/DC-преобразователь
Изготовитель
высокочастотных
обратноходовых
трансформаторов с частотами 400- 600 кГц
МССТАТОР.
Изготовитель гибридки и микромодулей – АО»Навис».
Изготовитель макетов солнечных батарей ОАО
«Квант».
Изготовитель кристаллов в схемотехнологическом
базисе КМОП КНС научно-исследовательский
институт измерительных систем НИИИС Нижний
Новгород.

9. Ожидаемые результаты

1. Результаты проверки работоспособности и эффективности функционирования преобразователей напряжения систем
электропитания КА, реализованных в схемотопологическом и технологическом базисе КМОП КНС с применением
элементов радиационностойких теплоотводящих корпусов с МДО-покрытиями.
2. Результаты оценки направлений развития устройств электропитания на основе предлагаемой электронной
компонентной базы на полностью отечественных КМОП КНС включая материаловедческо-технологические пути
развития применения материалов, пути развития схемотехнических решений и методологии проектирования.
3. Результаты разработки учебно-методических пособий
- по оценке работоспособности преобразователей напряжения систем электропитания космических аппаратов с
малыми габаритно – массовыми характеристиками в реальном масштабе времени,
- по влиянию ДФКП на составные части преобразователей напряжения систем электропитания космических
аппаратов.
4. Результаты разработки и внедрения в учебный процесс разделов курсов лекций по дисциплинам
направлений подготовки «Нанотехнологии и микросистемная техника» и «Приборостроение» и
учебно-методических пособий по преобразователям напряжения систем электропитания
космических аппаратов с малыми габаритно – массовыми характеристиками.
5. К работе планируется привлечь студентов и аспирантов МАИ (НИУ) и соискателей для подготовки и защиты не
менее 3 магистерских. 3 кандидатских и 1 докторской диссертации (Богатырев В.Н.).

10. Ожидаемые результаты (продолжение)

Сравнительные характеристики объекта разработки и известных аналогов
Характеристика
Объект разработки
Аналог зарубежный
Crane Aerospace &
Electronics, MSA
2808D
Аналог 1 отечественный,
Александр Электрик,
Серия мираж
МДМ – 7.5
Аналог 2 отечественный, ММП-Ирбис,
серия сапфир КНС, ВМП6-11
Габаритные размеры, мм
Диапазон входных
напряжений, В
Выходные напряжения(В) и
токи(А)
25х25х7
27х27х6
48х33х10
31,6-20,6х11
(18-36)
(16-40)
(18-36)
(18-36)
+5/-5
1.5
+5/-5
1
+5/5
0.5
5
1.5
(400-700)
(400-500)
<200
<200
(500-1000)
>100
<100
80
<30
<40
<50
<40
Частота коммутации, кГц
Стойкость:
по накопленной дозе, кRad
(si),
по ТЗЧ, МэВсм2/мг

11. Функции и параметры микросхем для ключевых регуляторов(стабилизаторов) понижающего типа

Фирма производитель и страна
Тип БИС
Технология изготовления
ОАО”НПП
Элтом”,Томил
ино, Россия
1114ЕУ1
Биполярная
ОАО ”ИнтегPeregrine
рал”, Минск, Рес. Semiconductor
Беларусь
Corp., USA
ЗАО”ПКК
Texas
Миландр”,Рос Instruments,
сия
USA
ФНПЦ «НИИС БИС
Ю.Е.Седакова”, преобразовате
Россия
ля, Россия
К1033ЕУ25р
PE99151
1310ПН1У
UC3843
НЕУ1501Т
ЭО
Биполярная
КМОП КНС
КМОП
Биполярная
КМОП
КМОП КНС
Выполняемые функции и режимы:
Формирование опорного напряжения
Усиление сигнала ошибки
Гальваническая развязка
ШИМ модуляция
Двухтактный выход
Однотактный выход
Токовая защита от перегрузки
Блокировка выхода
Внешняя синхронизация
Обеспечение «мягкого» запуска
Тепловая защита
Понижающий входное напряжение
Повышающий входное напряжение
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
-
+
-
-
-
+
-
+
+
-
-
+
-
-
+
-
-
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
1000
400
250
-
700
+
+
+
+
-
+
-
Параметры:
Частота преобразования, кГц
400
Коэффициент заполнения ШИМ, %
90
96
90
100
96
50
50 и 95
Максимальное входное напряжение, В
36
27
6
5.5
30
16
34
Точность преобразования, %
2.5
2.5
1
3
2.5
-
2.5
Температурный диапазон, оС
Нагрузочная способность выхода, А
Стойкость, kRad
(-60 +125)oC
2X 0.1
< 57
(-40 -+85)oC
1,0
-
(-55-+125)
2,0
100
(-60-+85)
(-40-+70)
1,5
1,0
-
-
-
(-60-+125)
1,0
<300
1,0
(500-1000)

12. Перспективы использования

Результаты КЭ «Преобразователь Н» будут использованы
- в ракетно-космической технике для создания перспективных образцов силовой
электронной компонентной базы преобразователей напряжения систем электропитания
космических аппаратов с малыми габаритно – массовыми характеристиками для
высокоорбитальных космических аппаратов
с длительным сроком активного
существования более (12-15) лет, станций дальнего космоса, а также для сверхмалых
КА, т.е. там где необходимы требования по стойкости к ионизирующим излучениям
более 100 МэВ×см2/мг, по накопленной дозе более 500 kRad/Si,
- в учебном процесса при подготовке студентов, аспирантов соответствующих
специальностей Федерального государственного бюджетного образовательного
учреждения высшего образования «Московский авиационный институт (национальный
исследовательский университет)», базовой кафедры МИЭМ ВШЭ при РКК «Энергия»,
повышения квалификации инженерно-технических, научных работников и
руководителей отрасли путем использования возможностей российского сегмента
Международной космической станции для наглядной демонстрации физических
законов и явлений воздействия ДФКП на преобразователи напряжения систем
электропитания космических аппаратов с малыми габаритно – массовыми
характеристиками,
а также для создания условий привлечения молодежи к
самостоятельной научно-исследовательской деятельности под руководством ведущих
специалистов предприятий и организаций, предпрофессиональной подготовки и
профессиональной ориентации учащейся молодежи на перспективные программы
космических исследований, совершенствования учебных программ, учебнометодических пособий и расширения экспериментальной базы педагогической науки.

13. Публикации

1. Богатырев В.Н.Специализированные аналоговые КМОП БИС для управления бортовыми вторичными источниками
питания. Диссертация к.т.н, МЛТИ фэст,1992 г.
2. Школьников В.М. Научные и практические основы интегрированного построения радиотелеметрических средств
аэрокосмической техники и специализированных микроэлектронных изделий. Диссертация д.т.н., МАТИ, 1992 г.
3. Петросянц К.О., Богатырев В.Н. и др. Проектирование радиационно-стойкого прецизионного усилителя на базе КНС
КМОП-технологии.Сборник научных трудов 15-й Российской научно-технической конференции «Электроника,
микро и наноэлектроника» (г. Суздаль, 25-28 июня 2013 г.) под науч. редакцией : В.Я. Стенина.
4. Petrosyants K/, Bogatyrev V., et. al. Simulation of Total Dose Influens on Analog-Digital SOI/SOS CMOS Circuits with EKVRAD macromodel.. Proceedings of IEEE East-West Design &Test Symposium (EWDTS’12). Kharkov: Kharkov national
university of radioelectronics, 2012.
5. Богатырев В.Н. и др. Разработка многофункциональной БИС управления в базисе КМОП КНС для ряда радиационностойких ключевых регуляторов бортовых ВИП. Сборник докладов VII Всероссийской научно-технической
конференции «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий»,(2-4)
июня, 2015 г., ОАО «Российские космические системы». Москва.
6. Бараночников М.Л., Мордкович В.Н., Богатырев В.Н. и др. «Бесконтактный датчик тока с повышенной надежностью в
экстремальных условиях эксплуатации».. Научно-техническая статья в журнале Электронная техника, серия 2,
полупроводниковые приборы, 2013, вып.1 (230), стр.42-51.
7. Богатырев В.Н., Поварницына З.М. и др. Операционный усилитель. Свидетельство о государственной регистрации
топологии интегральной схемы № 2013630128 от 28 августа 2013г.. Правообладатель ОАО «НПО ИТ».
8. Богатырев В.Н., Поварницына З.М. и др. Коммутатор аналоговых сигналов.
Свидетельство о государственной регистрации права топологии интегральной схемы № 2015630101 от 01 октября 2015 г.
Правообладатель ОАО «НПО ИТ».
9. Разработка микросхемотехники и топологии УЭП 609
специализированной микромощной радиационно-стойкой интегральной микросхемы управления импульсным источником
питания для датчиков физических величин изделий РКТ по теме НИР «Датчик-ИТ», договор № 82-412-12 от
05.06.2012 г., этап 4.
10. Дмитриев А.С., Мартынов Д.С., Маслов А.С., Школьников В.М. Исследование и выбор направления создания
конструкционно-технологических
решений сложных
микроэлектронных
средств для перспективных
радиоэлектронных систем. Сборник тезисов «Современное состояние и перспективы развития сложных
радиоэлектронных систем», 2012.

14. Публикации (продолжение)

14. Селиванов А.С., Жуков А.А., Дмитриев А.С., Урличич Ю.М., Корпухин А.С. Микроструктурная система
терморегулирования космического аппарата. Патент РФ 2456720. Опубликовано: 20.07.2012. Бюл. № 20
15. Жуков А.А., Дидык П.И., Басовский А.А., Харитонов В.А., Анурова Л.В. Солнечная батарея для малоразмерных
космических аппаратов и способ ее изготовления. Патент РФ 2 525 633. Опубликовано: 20.08.2014. Бюл. № 23.
16. Борисов А.М., Кирикова К.Е., Суминов И.В. Светотехнические свойства керамикоподобных покрытий на
алюминиевых сплавах//Физика и химия обработки материалов. 2011. № 2. С. 18–25.
17. Борисов А.М., Жиляков Л.А., Кирикова К.Е., , Новиков Л.С., Черник В.Н. Изучение воздействия потоков протонов и
атомарного кислорода на свойства покрытий, полученных методом микродугового оксидирования//Труды XII
Межвузовской научной школы молодых специалистов «Концентрированные потоки энергии в космической технике,
электронике, экологии и медицине». – М.: МГУ, 2011. С. 100–104.
18. Суминов И.В., Белкин П.Н., Эпельфельд А.В., Людин В.Б., Крит Б.Л., Борисов A.M. Плазменно-электролитическое
модифицирование поверхности металлов и сплавов. В 2-х томах. Том II. – М.: Техносфера, 2011. – 512 с.
19. Борисов А.М., Жиляков Л.А., Кирикова К.Е., Новиков Л.С., Черник В.Н. Воздействие факторов космического
пространства на керамические покрытия, получаемые методом микродугового оксидирования. // Быстрозакаленные
материалы и покрытия / Труды 10-й Всероссийской с международным участием научно-технической конференции.
29-30 ноября 2011г. «МАТИ» - РГТУ имени К.Э. Циолковского: Сб. трудов М.: МАТИ, 2011.C. 228-233.
20. Борисов А.М., Жиляков Л.А., Кирикова К.Е., Новиков Л.С., Черник В.Н. Моделирование воздействия факторов
космического пространства на керамические слои на алюминиевых сплавах // Физика и химия обработки материалов.
2012. №5. С. 27-30.

15. Состав измерительного комплекса

- оптимизация и выбор конструкторско-технологических решений перспективной ЭКБ и экспериментальной РЭА
космического назначения,
Состав измерительного комплекса
Структурная схема автоматизированного измерительного комплекса
ПЭВМ (ноутбук) с портом
ввода/вывода
Модульные приборы:
цифровые мультиметры,
модули ввода вывода
Блок согласования и коммутации
Исследуемый
объект
Электронный
регулятор нагрузок
Первичный источник
питания: C и А Б