НГТУ НЭТИ: приближая космос (видео)
Новости
На первый взгляд, Новосибирск очень далек от космоса: до ближайшего космодрома тысячи километров, а сибиряки не самые частые гости на орбите, но именно тут, в Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ, создаются уникальные разработки, которые позволяют космическим спутникам годами исправно работать на околоземной орбите.
Ученые и инженеры вуза создают уникальные микросборки для аэрокосмической отрасли. Специально для этой работы на базе НГТУ НЭТИ открыт один из первых дизайн-центров силовой электроники. Проект реализован в рамках федеральной программы «Приоритет 2030». Космический спутник за сутки облетает Землю 16 раз. В год он делает около 6 000 витков. Сейчас на орбите находится почти восемь тысяч аппаратов, внутри каждого из которых функционирует сложная система электрического снабжения.
«Шина питания в спутнике имеет напряжение ровно сто вольт. При этом присутствуют очень маленькие пульсации напряжения, около полувольта. Эти технические параметры сохраняются в течение 15 лет, пока работает спутник, — рассказывает заместитель директора Института силовой электроники НГТУ НЭТИ Дмитрий Штейн. — Отмечу, что спутник никогда не выключается. Когда он находится на солнце — он работает от солнечных панелей, когда уходит в тень — работает от аккумулятора, а когда снова выходит на солнце — заряжает еще и аккумулятор. То есть система электроснабжения многозадачна».
Чтобы система электропитания спутника работала бесперебойно, в него устанавливаются преобразователи напряжения. Преобразователи должны быть надежными, мощными и легкими, так как доставка каждого килограмма на орбиту стоит порядка 11 тысяч долларов. Инженеры Дизайн-центра силовой электроники НГТУ НЭТИ работают над уменьшением веса и габаритов преобразователей напряжения при сохранении характеристик. Для этого в микросхемах используется проволока толщиной с человеческий волос, а технологии для работы с ними — особые. Например — ультразвуковая сварка.
«Сварное соединение получается путем присоединения проволочки к контактной площадке. И высокочастотное колебание, притирается она. Соответственно, происходит расплавление этой проволоки, получается высокопрочное соединение», — поясняет младший научный сотрудник Института силовой электроники НГТУ НЭТИ Александр Данилов.
Каждая микросборка проходит несколько степеней контроля. Первый из них — под электронным микроскопом. С помощью специального оборудования с системой зеркал каждую микросборку осматривают под различными углами. Инженеры отслеживают все возможные дефекты в месте разварки.
«Внутри специального рабочего стенда можно очень быстро — менее чем за минуту — изменить температуру от -70 до +220 градусов Цельсия. Такое явление часто происходит в космосе, когда спутник переходит линию света и тени. Кроме того, приваренные к плате кристаллы должны выдерживать большие нагрузки. А значит, нужно еще до отправки в космос исключить земные факторы разрушения. Поэтому изделия отправляют под воздействие плазмы», — комментирует руководитель Дизайн-центра Валерий Бориленко.
Специально для тестирования систем электропитания в земных условиях инженеры НГТУ НЭТИ создают уникальные испытательные стенды.
«Это программно-аппаратный комплекс, то есть туда входит набор оборудования и программного обеспечения, причем часть оборудования стандартная — готовые приборы, лабораторные источники питания, измерительные устройства. Другая часть является уникальной, так как разработана и изготовлена нами — это модуль связи с компьютером, аппаратные модели преобразователей электрической энергии, специализированное измерительное оборудование и т. д. Мы формируем комплекс, который будет использоваться для проведения новых разработок и их испытаний», — рассказывает Дмитрий Штейн.
По его словам, создаваемое рабочее место уникально и позволяет в сжатые сроки решать целый спектр научно-технических задач. При комплектации рабочего места используется как отечественная элементная база, так и приборы, произведенные в странах-партнерах.
Главная задача инженеров — до конца 2023 года разработать преобразователь третьего поколения: более легкий, мощный и компактный. Оснащенные им спутники смогут брать на орбиту больше полезной нагрузки для исследований и наблюдений.
Видео
Справка: Дизайн-центр создан для решения задач госкорпораций «Роскосмос» и «Ростех». Ключевой партнер и заказчик — АО «Информационные спутниковые системы имени академика М.Ф. Решетнёва» (АО ИСС). Дизайн-центр входит в состав Регионального распределенного Центра силовой электроники, учрежденного АО ИСС, АО НЗПП «Восток» (ГК «Элемент»), НГТУ НЭТИ и ТУСУР. В рамках проектной работы на базе НГТУ НЭТИ сформирован консорциум из 24 участников. Цели консорциума сформулированы как объединение усилий и ресурсов для создания и трансфера технологий, подготовка перспективных кадров, научно-технологическое развитие и глобальная конкурентоспособность регионов и Российской Федерации через реализацию прорывных проектов в сфере силовой электроники и распределенной энергетики.
Ученые и инженеры вуза создают уникальные микросборки для аэрокосмической отрасли. Специально для этой работы на базе НГТУ НЭТИ открыт один из первых дизайн-центров силовой электроники. Проект реализован в рамках федеральной программы «Приоритет 2030». Космический спутник за сутки облетает Землю 16 раз. В год он делает около 6 000 витков. Сейчас на орбите находится почти восемь тысяч аппаратов, внутри каждого из которых функционирует сложная система электрического снабжения.
«Шина питания в спутнике имеет напряжение ровно сто вольт. При этом присутствуют очень маленькие пульсации напряжения, около полувольта. Эти технические параметры сохраняются в течение 15 лет, пока работает спутник, — рассказывает заместитель директора Института силовой электроники НГТУ НЭТИ Дмитрий Штейн. — Отмечу, что спутник никогда не выключается. Когда он находится на солнце — он работает от солнечных панелей, когда уходит в тень — работает от аккумулятора, а когда снова выходит на солнце — заряжает еще и аккумулятор. То есть система электроснабжения многозадачна».
Чтобы система электропитания спутника работала бесперебойно, в него устанавливаются преобразователи напряжения. Преобразователи должны быть надежными, мощными и легкими, так как доставка каждого килограмма на орбиту стоит порядка 11 тысяч долларов. Инженеры Дизайн-центра силовой электроники НГТУ НЭТИ работают над уменьшением веса и габаритов преобразователей напряжения при сохранении характеристик. Для этого в микросхемах используется проволока толщиной с человеческий волос, а технологии для работы с ними — особые. Например — ультразвуковая сварка.
«Сварное соединение получается путем присоединения проволочки к контактной площадке. И высокочастотное колебание, притирается она. Соответственно, происходит расплавление этой проволоки, получается высокопрочное соединение», — поясняет младший научный сотрудник Института силовой электроники НГТУ НЭТИ Александр Данилов.
Каждая микросборка проходит несколько степеней контроля. Первый из них — под электронным микроскопом. С помощью специального оборудования с системой зеркал каждую микросборку осматривают под различными углами. Инженеры отслеживают все возможные дефекты в месте разварки.
«Внутри специального рабочего стенда можно очень быстро — менее чем за минуту — изменить температуру от -70 до +220 градусов Цельсия. Такое явление часто происходит в космосе, когда спутник переходит линию света и тени. Кроме того, приваренные к плате кристаллы должны выдерживать большие нагрузки. А значит, нужно еще до отправки в космос исключить земные факторы разрушения. Поэтому изделия отправляют под воздействие плазмы», — комментирует руководитель Дизайн-центра Валерий Бориленко.
Специально для тестирования систем электропитания в земных условиях инженеры НГТУ НЭТИ создают уникальные испытательные стенды.
«Это программно-аппаратный комплекс, то есть туда входит набор оборудования и программного обеспечения, причем часть оборудования стандартная — готовые приборы, лабораторные источники питания, измерительные устройства. Другая часть является уникальной, так как разработана и изготовлена нами — это модуль связи с компьютером, аппаратные модели преобразователей электрической энергии, специализированное измерительное оборудование и т. д. Мы формируем комплекс, который будет использоваться для проведения новых разработок и их испытаний», — рассказывает Дмитрий Штейн.
По его словам, создаваемое рабочее место уникально и позволяет в сжатые сроки решать целый спектр научно-технических задач. При комплектации рабочего места используется как отечественная элементная база, так и приборы, произведенные в странах-партнерах.
Главная задача инженеров — до конца 2023 года разработать преобразователь третьего поколения: более легкий, мощный и компактный. Оснащенные им спутники смогут брать на орбиту больше полезной нагрузки для исследований и наблюдений.
Видео
Справка: Дизайн-центр создан для решения задач госкорпораций «Роскосмос» и «Ростех». Ключевой партнер и заказчик — АО «Информационные спутниковые системы имени академика М.Ф. Решетнёва» (АО ИСС). Дизайн-центр входит в состав Регионального распределенного Центра силовой электроники, учрежденного АО ИСС, АО НЗПП «Восток» (ГК «Элемент»), НГТУ НЭТИ и ТУСУР. В рамках проектной работы на базе НГТУ НЭТИ сформирован консорциум из 24 участников. Цели консорциума сформулированы как объединение усилий и ресурсов для создания и трансфера технологий, подготовка перспективных кадров, научно-технологическое развитие и глобальная конкурентоспособность регионов и Российской Федерации через реализацию прорывных проектов в сфере силовой электроники и распределенной энергетики.