С удалением от Солнца количество лучистой энергии резко уменьшается. Поэтому в отдельных случаях, как правило при полетах к внешним планетам, вместо солнечных батарей на автоматических КА применяются изотопные источники. При распаде атомных ядер радиоактивных элементов выделяется большое количество энергии. Эта энергия специальными преобразователями превращается в электрическую, которая используется на борту автоматического КА. В будущих КА предполагается применять в качестве источника энергии компактную атомную электростанцию. Это значит, что на борту автоматического КА будет устанавливаться миниатюрная электростанция с ядерным реактором и преобразованием тепловой энергии в электрическую с помощью электрогенераторов и турбинного привода.
При осуществлении полетов на Луну с целью изучения сейсмичности нашего естественного спутника на его поверхность были доставлены сейсмографы и радиопередающая аппаратура. Причем в качестве источника питания применялась радиоизотопная энергетическал установка. В ней использовался радиоактивный плутоний, при массе которого 3,7 кг обеспечивалась в течение года номинальная электрическая мощность не менее 63 Вт. Плутоний, имеющий период полураспада около 90 лет, помещался в капсулу и в процессе распада выделял тепловую энергию мощностью порядка 1500 Вт, а та с помощью термопар преобразовывалась в электрическую. Капсула размещалась в контейнере, снабженном графитовым теплозащитным экраном и дополнительным бериллиевым экраном, рассчитанным на обеспечение радиационной защиты радиопередающен аппаратуры.
Одним из вариантов электрического генератора является применение топливных элементов.
Безусловно, солнечными батареями и аккумуляторной батареей система электропитания не ограничивается, она включает в себя также блок силового питания и контроля, блок дополнительной коммутации, регулятор гока, статические и машинные преобразователи, счетчик ампер-часов и др. Причем блок силового питания и контроля предназначен для создания электрических цепей и распределения электрической энергии по различным системам автоматического КА, а также для снабжения электрической энергией научных приборов. Кроме того, этот блок осуществляет контроль за величинами тока и напряжения у потребителей (систем) и выдает эти данные в ралиокомплекс для передачи на Землю.
На автоматических КА специального назначения (например, на ИСЗ "Астрон") применяется блок дополнительной коммутации, обеспечивающий цепи питания специальной аппаратуры (в данном случае ультрафиолетового телескопа и рентгеновской аппаратуры). Включение этой аппаратуры осуществляется только в сеансах проведения наблюдений звездного неба. При этом блок дополнительной коммутации одновременно контролирует величину токовой нагрузки, а также (с помощью радиокомплекса) выдает эти значения на земные пункты приема информации.
В отечественной космонавтике исторически сложилось так, что величины напряжения, на которые рассчитаны разнообразные бортовые приборы, составляют 14 и 27 В. Дело в том, что именно эти значения напряжения использовались и используются в отечественной авиации. Заимствуя первоначально отдельные приборы из авиационной промышленности, космическая техника вынуждена была использовать на борту ИСЗ напряжение 14 или 27 В. И в настоящее время на большинстве советских автоматических КА применяется постоянный ток напряжением 27 В.
Однако для раскрутки роторов гироскопов и поддержания большего числа оборотов наиболее выгодно применять переменный ток, и чем выше частота этого тока, тем легче добиться большего количества оборотов ротора. Поэтому на советских автоматических КА применяются статические и машинные преобразователи, которые, включенные в постоянный ток напряжением 27 В, преобразуют его в однофазный переменный ток напряжением 40 В частотой 500 или 1000 Гц.
В системе единого питания солнечные батареи заряжают химическую буферную батарею. Во время проведения сеансов при подключении мощных потребителей тока, таких, как радиокомплекс и специальная научная аппаратура, электроэнергия расходуется из аккумуляторной батареи. В период между сеансами (так называемый дежурный режим) потребление электроэнергии незначительно, и солнечная батарея покрывает этот расход и одновременно подзаряжает аккумуляторную батарею. Поэтому аккумуляторная батарея работает в режиме повторяющихся циклов заряд-разряд.
Необходимо знать величину заряда батареи в ампер-часах, чтобы не допустить полного разряда батареи, влекущего к выходу батареи из строя. С этой целью в систему единого питания введен счетчик ампер-часов, позволяющий определить величину заряда аккумуляторной батареи и принять необходимые меры при планировании длительности проведения сеанса связи с одновременным проведением научных исследований.
Регулятор тока обеспечивает нормальную работу системы электропитания. Солнечная батарея расчленена на соединенные параллельно секции. Регулирование тока солнечной батареи производится путем подключения и отключения секций по радиокомандам или по сигналам бортовой автоматики.
Для защиты буферной батареи в сеансах связи от переразряда в системе электропитания предусмотрена так называемая схема минимального напряжения. В том случае когда при длительном большом потреблении электроэнергии напряжение на батарее может понизиться ниже допустимого в течение некоторого относительно большого промежутка времени (порядка полминуты), выдается сигнал для отключения сеансной нагрузки (передатчиков, научной аппаратуры и т. д.). При этом остается только дежурная нагрузка — вентиляторы и приемники. Новый же сеанс радиосвязи возможен лишь при пополнении заряда аккумуляторной батареи от солнечных батарей.
Для защиты буферной батареи в дежурном режиме от перезаряда предусмотрена так называемая схема максимального напряжения, состоящая из датчиков, срабатывающих при повышении напряжения на батарее выше допустимого уровня, и датчиков в аккумуляторах, срабатывающих при превышении давления в процессе заряда. Причем регулятором тока ограничивается заряд буферной батареи путем отключения нескольких секции солнечных батарей.
Таким образом, система электропитания напоминает сложное наземное электрохозяйство со множеством энергопотребителей, преобразователей, переключений, автоматов защиты и пр. Пусть теперь подано питание на научную аппаратуру, уже проведены и даже получены первые результаты. И вот чтобы доставить их на Землю, необходим радиотелсметричсский комплекс.
Радиотелеметрический комплекс. Однако не только для одной этой задачи на КА размещен радиотелеметрический комплекс. Вообще говоря, он предназначен для выполнения следующих функций:
проведения траекторных измерений (дальности, радиальной скорости и угловых координат КА);
приема с Земли команд управления и уставок, их обработки и выдачи в бортовые устройства для исполнения;
передачи с аппарата и регистрации на Земле служебной и научной телеметрической информации в режимах как непосредственной передачи, так и воспроизведения информации, записанной на запоминающем устройстве;
передачи и регистрации на Земле фототелевизионной информации после сеанса фотографирования небесных объектов;
приема и записи на видеомагнитофон телевизионной и телеметрической информации со спускаемого аппарата для межпланетных станций и последующем передачи этой информации на Землю.
Траекторпые измерения проводятся систематически из ряда наземных пунктов, причем в сеансах связи многократно измеряется расстояние до КА и определяется радиальная скорость путем измерения доплеровского смещения несущей частоты бортового передатчика. Все эти измерения, а также замеры угловых координат КА обрабатываются с помощью быстродействующих ЭВМ и используются для определения фактических параметров траектории. Как правило, радиосвязь с КА осуществляется по дециметровому и сантиметровому диапазонам. Эго обусловлено возможностями пропускания электромагнитного излучения через атмосферу.
Бортовой радиокомплекс — это сложная система, состоящая из целого ряда блоков, приборов и устройств. В состав раднокомплскса входят передатчики сантиметрового и дециметрового диапазонов, приемники, усилители, фототелевизионная установка с блоком питания, блоки дальности, задающие генераторы, блоки выделения команд, блоки автоматики, блоки телеметрической системы, программно-временное устройство, видеомагнитофон и др.
