Электроника управления

TL;DR

  • Назначение: Системы управления запуском и контролем МД
  • Масса: ~6 т (97.5% местное, 2.5% импорт)
  • Импорт: ~142 кг (платы контроллеров, MOSFET-чипы, сенсоры)
  • Местное: ~5.6 т (конденсаторы NaS, радиаторы Al, корпуса)

Обзор

Электроника управления — это «мозг» масс-драйвера, который управляет последовательным включением катушек, контролирует параметры запуска и обеспечивает безопасность.

Архитектура системы

flowchart TD
    subgraph ЦЕНТРАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ
        MASTER["Главный контроллер<br/>(дублированный)"]
    end

    subgraph КОНТРОЛЬ ТРЕКА
        SENSORS["2 150 сенсоров<br/>(ток, T, положение)"]
        CAMERAS["50 камер<br/>(оптический контроль)"]
    end

    subgraph СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
        MOSFET["1 000 MOSFET-ключей<br/>(включение катушек)"]
        CAPS["Конденсаторные батареи<br/>(4.7 ГДж)"]
    end

    subgraph СВЯЗЬ
        FIBER["Оптоволокно<br/>(3 км магистраль)"]
    end

    SENSORS --> MASTER
    CAMERAS --> MASTER
    MASTER --> MOSFET
    MOSFET --> CAPS
    FIBER --> MASTER

    style ЦЕНТРАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ fill:#f0e68c
    style КОНТРОЛЬ ТРЕКА fill:#fff3cd
    style СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА fill:#d4edda
    style СВЯЗЬ fill:#cce5ff

Компоненты системы

1. Главный контроллер

Параметр Значение
Тип Промышленный ПЛК (PLC)
Процессор ARM Cortex-A72 (4 ядра, 1.5 ГГц)
Память 8 ГБ RAM, 128 ГБ SSD
Дублирование Двойной резерв (основной + backup)
Масса платы ~5 кг (2 шт = 10 кг)
Масса корпуса (Al) ~40 кг (2 шт)
Источник платы Импорт с Земли (~10 кг)
Источник корпуса Местное (Al)

Функции: - Расчёт траектории разгона - Управление последовательностью включения катушек - Мониторинг параметров - Аварийный останов

2. Блоки управления секциями

Параметр Значение
Количество 34 блока (каждые ~30 м)
Функция Управление ~30 катушками
Процессор ARM Cortex-M4 (168 МГц)
Интерфейс Ethernet (оптоволокно)
Масса платы ~450 г
Масса корпуса (Al) ~4.5 кг
ИТОГО масса плат ~15 кг
Источник платы Импорт с Земли (~15 кг)
Источник корпуса Местное (Al)

3. Сенсоры

Тип сенсора Количество Функция Масса
Датчики тока (Холла) 1000 (по 1 на катушку) Контроль тока в обмотках 1 кг
Термопары 1000 Контроль температуры катушек 1 кг
Датчики положения 100 Определение положения снаряда 10 кг
Акселерометры 50 Вибрации каркаса 5 кг
ИТОГО 2 150 ~17 кг

Источник: Импорт с Земли

4. Силовая электроника

MOSFET-ключи

Параметр Значение
Количество 1000 (по 1 на катушку)
Напряжение 1000 В
Ток 1000 А
Время включения <1 мкс
Масса чипа ~50 г
Масса радиатора (Al) ~400 г
ИТОГО модуль ~450 г
Источник чипа Импорт с Земли (~50 кг на МД)
Источник радиатора Местное (Al)

Функция: Включение/выключение катушек с микросекундной точностью.

Локализация: Радиаторы и корпуса изготавливаются из местного Al, импортируются только чипы.

Конденсаторные батареи NaS

Параметр Значение
Тип Натрий-серные (NaS)
Ёмкость ~1 300 кВт·ч
Напряжение 1000 В
Энергия 4.7 ГДж (на выстрел)
Масса ~5 т
Источник 100% местное

Материалы: Na (анод) + S (катод) + Al₂O₃ бета-глинозём (сепаратор) — всё из реголита.

Функция: Накопление энергии между выстрелами (зарядка 2-3 минуты).

Подробнее: Теория МД, NaS TRL 9

5. Связь и сети

Компонент Длина/Количество Функция
Оптоволокно магистральное 3 км Связь с центром управления
Ethernet кабели 10 км Подключение блоков управления
Wi-Fi точки 10 шт Резервная связь, диагностика
Масса ~50 кг

Программное обеспечение

Алгоритм запуска

1. Проверка готовности:
   - Снаряд на позиции (датчики положения)
   - Конденсаторы заряжены (>95%)
   - Охлаждение работает (T <−140°C)
   - Трек свободен (камеры)

2. Разгон (0.4 сек):
   - T=0: Включение катушки #1
   - T=0.4 мс: Включение катушки #2 (среднее)
   - ...
   - T=0.4 сек: Включение катушки #1000 → выстрел

3. Контроль траектории:
   - Реальная скорость vs расчётная
   - Корректировка времени включения следующих катушек

4. Завершение:
   - Снаряд покинул трек (оптические сенсоры)
   - Отключение катушек
   - Зарядка конденсаторов (2-3 мин)

Материальный баланс

Электроника на 1 МД:

Компонент Импорт Местное Всего
Платы контроллеров ~25 кг ~193 кг (корпуса Al) ~218 кг
Сенсоры ~17 кг — ~17 кг
MOSFET-чипы ~50 кг ~400 кг (радиаторы Al) ~450 кг
Конденсаторы NaS — 5 т 5 т
Кабели, оптоволокно 50 кг — 50 кг
ИТОГО ~142 кг ~5.6 т ~5.7 т

Локализация: ~97.5% по массе (конденсаторы NaS + радиаторы + корпуса).

Вывод: Только платы и чипы импортируются (~142 кг/МД). Конденсаторы NaS и корпуса — местное производство.

Установка электроники

Этап Время Роботы
Прокладка магистрального оптоволокна 2 дня 5 Кентавров-М
Установка блоков управления (34 шт) 3 дня 10 Кентавров-М
Подключение сенсоров (2 150 шт) 1 неделя 15 Кентавров-М
Монтаж MOSFET-модулей 3 дня 10 Кентавров-М
Тестирование связи 1 день Автоматика
ИТОГО ~2 недели

Энергопотребление электроники

Компонент Мощность
Главный контроллер 200 Вт
Блоки управления (34 шт) 3.4 кВт
Сенсоры (2 150 шт) 2 кВт
MOSFET-ключи (в режиме ожидания) 1 кВт
Камеры и связь 1 кВт
ИТОГО ~8 кВт (постоянно)

Пиковая мощность: 400 МВт при выстреле (от конденсаторов, не от сети).

Обслуживание

Операция Периодичность Исполнитель
Калибровка сенсоров Ежемесячно Автоматика
Проверка оптоволокна Ежеквартально Кентавр-М
Замена MOSFET-модулей По факту отказа Кентавр-М
Обновление ПО По необходимости Удалённо

Срок службы: - Контроллеры: 10-15 лет - Сенсоры: 5-10 лет - MOSFET-ключи: 2-5 лет (зависит от режима) - Конденсаторы: 2-3 года (циклы заряд/разряд)

Контроль качества

Параметр Контроль Норма Действие при отклонении
Время включения катушки Осциллограф <1 мкс отклонение Замена MOSFET
Точность датчиков тока Калибровка ±1% Повторная калибровка
Оптоволокно OTDR (рефлектометр) Потери <1 дБ/км Замена участка
Температура электроники Термопары <+50°C Улучшение охлаждения

См. также