itthon > Fájlok és mappák > Űrjárművek áramellátása. Az űrhajó fedélzeti komplexumának áramellátó rendszere (160,00 rubel) Az űrhajó energiaellátó rendszerének tervezése


Űrjárművek áramellátása. Az űrhajó fedélzeti komplexumának áramellátó rendszere (160,00 rubel) Az űrhajó energiaellátó rendszerének tervezése




A találmány az űrenergia területére, különösen az űrhajók (SC) fedélzeti áramellátó rendszereire vonatkozik. A találmány szerint az űrhajó áramellátó rendszere egy napelemből, egy feszültségstabilizátorból, egy akkumulátorból, egy extrém teljesítményszabályozóból áll, a szoláris akkumulátor feszültségstabilizátora és az akkumulátor kisütő berendezése pedig közös hídinverterek formájában készül. transzformátor, míg a töltő bemenete a transzformátor kimeneti tekercsére csatlakozik, addig a transzformátor többi kimeneti tekercse a saját AC vagy DC kimeneti feszültségű terhelési teljesítményű eszközökhöz csatlakozik, és az egyik terhelési tápegység a egy napelem stabilizátor és egy akkumulátor kisütő berendezés. A technikai eredmény az űrhajó tápellátási rendszerének képességeinek bővítése, a kimeneti feszültség minőségének javítása, a fejlesztési és gyártási költségek csökkentése, valamint a rendszerfejlesztési idő csökkentése. 1 ill.

A 2396666 számú RF szabadalom rajzai

A jelen találmány az űrenergia területére, pontosabban az űrjárművek (SC) fedélzeti áramellátó rendszereire (PSS) vonatkozik.

Az űrhajók áramellátó rendszerei széles körben ismertek, amelyek egy napelemből, egy tároló akkumulátorból, valamint egy olyan elektronikus berendezés komplexumból állnak, amely biztosítja ezeknek a forrásoknak az együttes működését az űrhajó terheléséhez, az átalakításhoz és a feszültség stabilizálásához.

A SEP teljesítményjellemzői, és az űrtechnológia szempontjából ezek közül a legfontosabb a fajlagos teljesítmény, pl. az áramellátó rendszer által termelt teljesítmény tömegéhez viszonyított aránya (Psp = Rsep / Msep) elsősorban az alkalmazott áramforrások tömegspecifikus jellemzőitől, de nagymértékben a PSS elfogadott szerkezeti diagramjától is függ. , amelyet a PDS elektronikus berendezés-komplexum alkot, amely meghatározza a források működési módjait és potenciáljuk kihasználásának hatékonyságát.

Ismert űrhajó-táprendszerek blokkvázlatokkal, amelyek biztosítják: az állandó feszültség stabilizálását a terhelésnél (a névleges érték 0,5-1,0%-os pontossággal), a feszültség stabilizálását a napelemen, amely biztosítja az áram eltávolítását a közelben. az optimális működési pont áram-feszültség karakterisztikája (CVC), valamint az akkumulátorok üzemmódjainak szabályozására szolgáló optimális algoritmusok megvalósítása, amelyek lehetővé teszik a lehető legnagyobb kapacitív paraméterek biztosítását az akkumulátorok hosszú távú keringési pályán történő ciklusa során. Az ilyen áramellátó rendszerek példájaként bemutatjuk a geostacionárius kommunikációs űrhajó EPS projektjét az A POWER, FOR A TELECOMMMUNICATION SATELLITE cikkben. L. Croci, P. Galantini, C. Marana (Az 1993. augusztus 23-27-én Grazban, Ausztriában tartott Európai Űrenergia-konferencia anyaga (ESA WPP-054, 1993. augusztus). Javasolt PDS 5 kW teljesítménnyel, 42 V-os feszültség A napelem teljesítményének hatásfoka 97%, az akkumulátorkapacitás kihasználásának hatékonysága 80% (az űreszköz 15 éves élettartamának végén).

Az SPS szerkezeti vázlatán a napelem 16 részre van osztva, melyek mindegyikét saját sönt feszültségszabályozó szabályozza, a szakaszok kimenetei pedig leválasztó diódákon keresztül egy közös stabilizált buszra csatlakoznak, amely 42 V-ot támogat. ± 1%. A söntstabilizátorok 42 V feszültséget tartanak fenn a napelem szakaszain, és a napelem tervezése úgy történik, hogy 15 év elteltével a CVC optimális működési pontja ennek a feszültségnek feleljen meg.

A külföldi és számos hazai űrhajó áramellátó rendszereinek túlnyomó többsége, mint például a HS-702, A-2100 (USA), Spacebus-3000, 4000 (Nyugat-Európa), Sesat, Express-AM, " Jamal (Oroszország) stb.

A „Műszerkomplexum műhold-ellátó rendszerek a napelem extrém teljesítményszabályozásával” című cikkben a szerzők V.S. Kudryashov, M.V. Nesterishin, A.V. Zhikharev, V.O. Elman, A.S. 47, 2004. április, 4. szám) a szerkezeti leírást. Az extrém napelemes teljesítmény-szabályozóval ellátott PSS diagrammja látható, az ilyen szabályozás hatása az Express-A geostacionárius kommunikációs műholdra, amely a repülési mérések eredményei szerint 5%-os kimenő akkumulátor teljesítménynövekedést jelentett. Az extrém napelemes vezérlővel ellátott séma szerint számos hazai űrrepülőgép EPS-je készült, mint például a geostacionárius Hals, Express, magas pályás Glonass-M, alacsony pályás Gonets stb.

A modern űrhajók EPS-inek elért nagy teljesítményű jellemzőivel közös hátrányuk van - nem univerzálisak, ami korlátozza használatuk körét.

Ismeretes, hogy egy adott űrhajó különféle berendezéseinek táplálásához több névleges tápfeszültségre van szükség, az egységektől a tíz és több száz voltig, míg a megvalósított PDS-ben egyetlen névleges egyenfeszültségű busz jön létre, például 27 V, vagy 40 V, vagy 70 V, vagy 100 V.

Amikor a berendezés egyik névleges tápfeszültségéről a másikra váltunk, új áramellátó rendszert kell kifejleszteni az áramforrások - napelemek és akkumulátorok - radikális feldolgozásával, valamint a megfelelő idő- és pénzügyi költségekkel.

Ez a hátrány különösen az űrhajó új módosításainak létrehozását érinti az alapváltozaton alapulva, amely a modern űrjármű-mérnökség fő iránya.

A rendszerek másik hátránya az űrhajó fedélzetén lévő villamosenergia-fogyasztók alacsony zajtűrése. Ez annak köszönhető, hogy a berendezés tápbuszai és az áramforrások között galvanikus kapcsolat van. Ezért a terhelés éles ingadozása esetén, például az egyes fogyasztók be- vagy kikapcsolásakor feszültségingadozások lépnek fel az áramellátó rendszer közös kimeneti buszán, az ún. az áramforrások belső ellenállásán fellépő feszültséglökések okozta tranziensek.

Javasoljuk egy új blokkvázlatos áramellátó rendszer kialakítását, amely lehetővé teszi az ismert űrhajók áramellátó rendszerek fent említett hiányosságainak kiküszöbölését.

A javasolthoz legközelebb álló műszaki megoldás a 2297706 számú RF szabadalom szerinti autonóm űrhajó tápegység, amelyet prototípusnak választottak.

A prototípusnak ugyanazok a hátrányai, mint a fenti társaiknak.

A találmány célja az űrhajó tápellátási rendszerének képességeinek bővítése, a kimeneti feszültség minőségének javítása, a fejlesztési és gyártási költségek csökkentése, valamint a rendszer fejlesztési idejének csökkentése.

Az igényelt találmány lényegét a rajz szemlélteti.

Az áramellátó rendszer egy 1. napelem akkumulátorból, egy 2. akkumulátorból, egy 3. napelem feszültségstabilizátorból, egy 4. akkumulátorkisütőből, egy 5. akkumulátortöltőből, egy 6. napelem extrém teljesítményszabályozóból áll, amely bemenetei révén csatlakozik a 4 kisütéshez. és töltő 5 készülékek és a napelem 7 érzékelő áramára, valamint a kimenetre - a 3 napelem akkumulátor feszültségstabilizátorával.

A 3 stabilizátor és a 4 kisütőeszköz hídinverterek formájában készül. Az ilyen hídinverterek leírása megtalálható például a következő cikkekben: „Nagyfrekvenciás feszültségátalakítók rezonáns kapcsolással”, szerző A.V. Lukin (j. POWER SUPPLY, tudományos és műszaki gyűjtemény 1. szám, szerkesztette: Yu., M., 1993), The Series Connected Buck Boost Regulator for High Efficiency DC Voltage Regulation, Arthur G. Birchenough (NASA Technical Memorandum 2003-212514, NASA Lewis Research Center, Cleveland, ON), valamint a SZERKEZETI DIAGRAMOK ÉS ÁRAMKÖR-OLDÁSOK című cikkben OF A NEM-HERMETIC GEOSTATIONAL SV OF SEP OF GALVANIC AUTOMATIZÁLÁS ÉS STABILIZÁLÁS KOMPLEXEI Fedélzeti berendezések SZOLÁRGÁLTÓL ÉS AKKUMULÁTOROKTÓL A szerzők Polyakov S.A., Chernyshev A.I., Elman Cevice C. and Electrochanic, B. Kulectronics, B. s: Szo . az SPC "Polus" tudományos munkái. - Tomszk: IGP "RASKO" a "Radio and Communication" kiadó alatt, 2001, 568 p.

A stabilizátor 9, 10 kimeneti tekercsei és a kisütőberendezés egy közös 8 transzformátorhoz vannak csatlakoztatva primer tekercsként. Az 1 napelem akkumulátor pozitív és negatív abroncsokon keresztül csatlakozik a 3 stabilizátorhoz, és az egyik gumiabroncsba az említett 7 áramérzékelőt, a 2 tároló akkumulátort pedig pozitív és negatív gumiabroncsok kötik a kisütő berendezéshez. Az 5 töltő bemenetével a 8 transzformátor 11 szekunder tekercséhez, a kimenet pedig a 2 akkumulátor pozitív és negatív abroncsaihoz csatlakozik.

A 8 transzformátor 12 szekunder tekercsei a 13 terhelésű 14 teljesítményeszközökhöz csatlakoznak a névleges váltakozó feszültségű kimeneti feszültséggel, a 8 transzformátor 15 szekunder tekercsei pedig a 16 terhelésű 17 DC teljesítményeszközökhöz saját névleges feszültséggel, az egyik a 8 transzformátor 20 szekunder tekercsére csatlakoztatott 18 terhelésű 19 DC vagy AC teljesítményeszközöket főként választjuk ki, és ezzel stabilizáljuk a 8 transzformátor 20 szekunder tekercsének feszültségét. a 18 eszköz visszacsatolással csatlakozik a 3 stabilizátorhoz és a 4 kisütőeszközhöz.

A váltakozó feszültség kialakítását a 3 stabilizátor 9 kimeneti tekercsén annak 21 vezérlőáramköre biztosítja, amely egy bizonyos törvény szerint páronként nyitja a 22, 23 és 24, 25 tranzisztorokat.

Hasonlóképpen váltakozó feszültséget képeznek a 4 biteszköz 10 kimeneti tekercsén a 26 vezérlőáramkör 27, 28, illetve 29, 30 tranzisztorai.

A 6 szélső teljesítményszabályozó, figyelembe véve a 7 áramérzékelő leolvasását és az 1 napelem feszültségét, korrekciós jelet generál a 3 stabilizátor tranzisztorainak nyitási törvényének megváltoztatásához, hogy a feszültség a napelemen a szolár akkumulátor áram-feszültség karakterisztikája (CVC) optimális feszültségével egyenlő.

Az áramellátó rendszer a következő fő üzemmódokban működik.

1. Napelemekkel táplált terhelések.

Amikor a napelem teljesítménye meghaladja a terhelések által felvett összteljesítményt, a 3 hídstabilizátor a 18 eszköz és a 3 stabilizátor visszacsatolása segítségével a 8 transzformátor 20 szekunder tekercsén stabil feszültséget tart fenn olyan szinten, hogy biztosítja a szükséges feszültségstabilitást a 19 terhelésen. Ugyanakkor a transzformátor 11, 12, 15 szekunder tekercseit is stabil váltakozó feszültség támogatja, figyelembe véve a tekercsek transzformációs arányait. A 2. akkumulátor teljesen fel van töltve. Az 5. töltő és a 4. kisütő eszköz ki van kapcsolva, a 6. szélső szabályozó ki van kapcsolva.

2. Az akkumulátor töltése.

Amikor szükségessé válik az akkumulátor feltöltése, az 5 töltő jelet generál a töltés bekapcsolására, és a 8 transzformátor 11 szekunder tekercséből származó váltakozó áramot az akkumulátor töltésének egyenáramává alakítja. Az 5 töltő bekapcsolásának jele a 6 szélső vezérlő bemenetére is elküldésre kerül, amely a 3 stabilizátort a napelemek teljesítményének szélsőséges szabályozásának üzemmódjába kapcsolja. Az akkumulátor töltőáramának nagyságát a szoláris akkumulátor áram-feszültség karakterisztikája optimális működési pontján elért teljesítménye és a terhelések összteljesítménye közötti különbség határozza meg. Kisütő le van tiltva.

3. Töltse fel az akkumulátort.

Ez az üzemmód akkor jön létre, amikor az űrjármű a Föld, a Hold árnyékába kerül, esetleges anomális helyzetek esetén a napelemek tájékozódási elvesztésével, amikor az űreszközt a napelemek összecsukásakor állítják pályára. A napelemsor teljesítménye nulla, a terhelést az akkumulátor kisülése táplálja. Ebben az üzemmódban a feszültségstabilizálást a 8 transzformátor 20 szekunder tekercsén az első üzemmódhoz hasonlóan a kisütőberendezés biztosítja, a 18 készülék visszacsatolása segítségével a kisütőeszközzel A 3. stabilizátor, a 6 szélső szabályozó, az 5 töltő le van tiltva.

4. Energiaterhelés együttesen a napelemről és az akkumulátorról.

Az üzemmód akkor jön létre, amikor hiányzik a napelemes energia az összes csatlakoztatott fogyasztó táplálásához, például amikor a csúcsterhelések be vannak kapcsolva, az űrhajó manőverei során a pálya korrigálása érdekében, amikor az űrhajó belép és elhagyja a pálya árnyékos részeit, stb.

Ebben az üzemmódban a 3 stabilizátort a 6 szélső szabályozó a 4 kisütőkészüléktől érkező jelre aktiválja az 1 napelem akkumulátor extrém teljesítményszabályozási üzemmódjába, és a terhelések táplálásához hiányzó teljesítményt a 2 akkumulátor kisütésével adják hozzá. A 8 transzformátor 20 szekunder tekercsének feszültségének stabilizálását a 4 kisütőberendezés biztosítja a 18 eszköz visszacsatolása révén a 4 biteszközzel.

Az áramellátó rendszer teljesen automatikusan működik.

Az űrhajó javasolt energiaellátó rendszerének a következő előnyei vannak az ismert rendszerekkel szemben:

a kimeneten biztosítja az űrjármű különféle terheléseinek táplálásához szükséges egyen- vagy váltakozó áram stabil névleges feszültségét, ami kiterjeszti a felhasználási lehetőségeit különböző osztályú űrhajókon vagy a meglévő eszközök korszerűsítésekor;

a terhelési tápfeszültség magasabb minősége a zajcsökkentés miatt, tk. a terhelési teljesítménybuszok galvanikusan (transzformátoron keresztül) el vannak választva az áramforrások sínjétől;

biztosítja a rendszer nagyfokú egységesítését és a változó használati feltételekhez való alkalmazkodás lehetőségét különféle típusú űrjárműveken vagy azok módosításaihoz a terhelési teljesítményű eszközök minimális módosításával anélkül, hogy a rendszer alapvető elemeit (napelem és tároló) érintené. akkumulátorok, stabilizátor, töltő és kisütő eszközök),

biztosított az áramforrások független tervezésének és optimalizálásának lehetősége a feszültség tekintetében, a szabványos méretű akkumulátorok, egy napelemes generátorok, stb.

csökkenti az áramellátó rendszer fejlesztésének és gyártásának idejét és költségeit.

Jelenleg a JSC "ISS" őket. M. F. Reshetnev, számos kapcsolódó vállalkozással együtt, a javasolt áramellátó rendszer fejlesztése folyik, az eszköz egyedi laboratóriumi egységeit gyártják. A hídinverter első mintáin 95-96,5%-os hatásfokot kaptunk.

A bejelentő által ismert szabadalmi tájékoztató anyagok közül nem találtak az igényelt objektum jellemzőihez hasonló jellemzőket.

KÖVETELÉS

Az űrhajó áramellátó rendszere, amely a plusz és mínusz buszokkal egy feszültségstabilizátorhoz csatlakoztatott napelemből, a plusz és mínusz buszokkal a töltők kisülési bemenetére és kimenetére csatlakoztatott akkumulátorból, egy extrém napelemes teljesítményszabályozóból áll bemenetein keresztül áramérzékelőhöz kötve, a szolár akkumulátor és a feszültségstabilizátor, a kisülési és akkumulátortöltők közé az egyik buszba szerelve, a kimenet pedig a napelem feszültségstabilizátorral történik, azzal jellemezve, hogy a napelem feszültségstabilizátor, ill. az akkumulátor kisütő eszköz híd inverterek formájában készül, közös transzformátorral, ugyanakkor a töltő bemenete a transzformátor kimeneti tekercsére, míg a transzformátor többi kimeneti tekercse a terhelési teljesítményű eszközökhöz csatlakozik saját váltóáramú vagy egyenáramú kimeneti feszültséggel rendelkeznek, és az egyik terhelési tápegység egy napelem stabilizátorhoz és egy akkumulátor kisütőhöz csatlakozik.

A kép szerzői joga SPL

A több évtizedes – vagy akár hosszabb – űrmissziókhoz új generációs tápegységekre lesz szükség. A böngésző úgy döntött, hogy kitalálja, milyen lehetőségei vannak a tervezőknek.

Az energiarendszer az űrhajók létfontosságú eleme. Ezeknek a rendszereknek rendkívül megbízhatónak kell lenniük, és úgy kell kialakítani, hogy zord körülmények között is működjenek.

A modern komplex eszközök egyre több energiát igényelnek – mi a jövő energiaforrásaik?

Egy átlagos modern okostelefon alig bír ki egy napot egyetlen töltéssel. A 38 éve felbocsátott Voyager szonda pedig még mindig továbbít jeleket a Föld felé, már elhagyta a Naprendszert.

A Voyager számítógépek másodpercenként 81 000 műveletre képesek – az okostelefon processzora viszont hétezerszer gyorsabb.

  • Egyéb BBC Future cikkek orosz nyelven

A telefon tervezésénél természetesen azt feltételezik, hogy rendszeresen töltik, és nem valószínű, hogy több millió kilométerre lesz a legközelebbi konnektortól.

Nem fog működni egy űrszonda akkumulátorának feltöltése, amely a tervek szerint százmillió kilométerre kellene, hogy legyen az áramforrástól – vagy elegendő kapacitású akkumulátort kell tudnia a fedélzeten vinni ahhoz, hogy évtizedekig működjön, vagy önmagában villamos energiát termel.

Kiderült, hogy egy ilyen tervezési probléma megoldása meglehetősen nehéz.

Egyes fedélzeti eszközöknek csak időszakosan van szükségük áramra, másoknak viszont folyamatosan működniük kell.

A vevőknek és adóknak mindig bekapcsolva kell lenniük, emberes repülésnél vagy emberes űrállomáson az életfenntartó és világítási rendszereket is.

A kép szerzői joga NASA Képaláírás A Voyagerek motorjai nem a legmodernebbek, de 38 éve sikeresen szolgálnak.

Dr. Rao Surampudi az egyesült államokbeli California Institute of Technology Jet Propulsion Laboratory energiatechnológiai programját vezeti. Több mint 30 éve fejleszt energiarendszereket különféle NASA-járművekhez.

Elmondása szerint az energiarendszer általában az űrhajó össztömegének mintegy 30%-át teszi ki. Három fő feladatot old meg:

  • energiatermelés
  • villamosenergia-tárolás
  • villamosenergia-elosztás

A rendszer ezen részei létfontosságúak a készülék működéséhez. Könnyűnek, tartósnak és nagy "energiasűrűségűnek" kell lenniük - vagyis sok energiát kell termelniük meglehetősen kis térfogattal.

Ezenkívül megbízhatónak kell lenniük, mivel nagyon nem praktikus embert az űrbe küldeni a meghibásodások javítására.

A rendszernek nemcsak minden igényhez elegendő energiát kell termelnie, hanem a teljes repülés során is – és ez évtizedekig, a jövőben talán évszázadokig is kitarthat.

„A becsült élettartamnak hosszúnak kell lennie – ha valami elromlik, nem lesz senki, aki megjavítsa” – mondja Surampudi. 30 év alatti.

A kép szerzői joga NASA Képaláírás A NASA aszteroida-eltérítési küldetése új típusú napenergiát használ majd, amely hatékonyabb és tartósabb, mint elődei

Az űrhajók energiarendszerei nagyon specifikus körülmények között vannak – gravitáció hiányában, vákuumban, nagyon intenzív sugárzás (ami a legtöbb hagyományos elektronikus eszközt letiltná) és szélsőséges hőmérsékletek hatására működőképesnek kell maradniuk.

„Ha leszáll a Vénuszon, akkor 460 fokos a fedélzeten” – mondja a szakember. „A Jupiterre való leszálláskor pedig mínusz 150 lesz a hőmérséklet.”

A Naprendszer közepe felé tartó járműveknek nincs hiánya a fotovoltaikus panelekkel nyert energiából.

Ezek a panelek kinézetre nem sokban különböznek a lakóépületek tetejére szerelt napelemektől, ugyanakkor sokkal nagyobb hatásfokkal működnek.

Nagyon meleg van a Nap közelében, és a fotovoltaikus panelek túlmelegedhetnek. Ennek elkerülése érdekében a paneleket el kell fordítani a Naptól.

Bolygópályán a fotovoltaikus panelek kevésbé hatékonyak: kevesebb energiát termelnek, mivel időről időre maga a bolygó elkeríti őket a Naptól. Ilyen helyzetekben megbízható energiatároló rendszerre van szükség.

Atomoldat

Egy ilyen rendszer nikkel-hidrogén akkumulátorokra építhető, amelyek több mint 50 000 töltési ciklust képesek kibírni, és több mint 15 évig működnek.

A hagyományos akkumulátorokkal ellentétben, amelyek nem működnek az űrben, ezek az akkumulátorok zártak, és vákuumban is normálisan működhetnek.

Ahogy távolodsz a Naptól, a napsugárzás szintje természetesen csökken: a Földön ez 1374 watt négyzetméterenként, a Jupiternél 50, a Plútónál pedig mindössze egy watt négyzetméterenként.

Ezért, ha az eszköz túlrepül a Jupiter pályáján, akkor atomenergia rendszereket használnak rajta.

Ezek közül a leggyakoribb a Voyager és Cassini szondákon, valamint a Curiosity roveren használt radioizotópos termoelektromos generátor (RTG).

A kép szerzői joga NASA Képaláírás Egy továbbfejlesztett radioizotópos Stirling-generátort fontolgatnak a hosszú küldetések egyik lehetséges energiaforrásaként.

Ezekben a tápegységekben nincsenek mozgó alkatrészek. Energiát termelnek a radioaktív izotópok, például a plutónium bomlásával. Élettartamuk meghaladja a 30 évet.

Ha az RTG nem használható (például ha repüléshez túl masszív pajzs szükséges a legénység sugárzás elleni védelméhez), és a napelemes panelek nem alkalmasak a Naptól való túl nagy távolság miatt, akkor tüzelőanyagcellákat lehet használni.

Hidrogén-oxigén üzemanyagcellákat használtak az amerikai Gemini és Apollo űrprogramokban. Az ilyen cellákat nem lehet újratölteni, de rengeteg energiát szabadítanak fel, és ennek a folyamatnak a mellékterméke a víz, amit aztán a legénység meg tud inni.

A NASA és a Jet Propulsion Laboratory azon dolgozik, hogy nagyobb teljesítményű, energiaigényesebb és kompaktabb rendszereket hozzanak létre, nagy munkaerőforrással.

Az új űrhajóknak azonban egyre több energiára van szükségük: fedélzeti rendszereik folyamatosan bonyolultabbá válnak, és sok áramot fogyasztanak.

Hosszú repülésekhez nukleáris-elektromos meghajtás használható

Ez különösen igaz az elektromos hajtást használó hajókra – például az ionhajtást, amelyet először a Deep Space 1 szondán alkalmaztak 1998-ban, és azóta széles körben elterjedt.

Az elektromos motorok jellemzően a hajtóanyag nagy sebességgel történő elektromos kilökésével működnek, de vannak olyanok is, amelyek a bolygók mágneses mezőivel való elektrodinamikai kölcsönhatás révén gyorsítják a járművet.

A legtöbb földi energiarendszer nem képes az űrben működni. Ezért minden új áramkört, mielőtt egy űrrepülőgépre telepítenék, egy sor komoly tesztnek vetik alá.

A NASA laboratóriumai újrateremtik azokat a zord körülményeket, amelyek között az új eszköznek működnie kell: sugárzással van besugározva, és szélsőséges hőmérsékleti változásoknak van kitéve.

Új határok felé

Lehetséges, hogy továbbfejlesztett radioizotópos Stirling-generátorokat használnak majd a jövőbeni repüléseken. Az RTG-ekhez hasonló elven működnek, de sokkal hatékonyabbak.

Ráadásul nagyon kicsire is tehetők – bár ez tovább bonyolítja a tervezést.

Új akkumulátorokat is készítenek a NASA Európára, a Jupiter egyik holdjára tervezett repüléséhez. Képesek lesznek dolgozni -80 és -100 fok közötti hőmérsékleten.

Az új lítium-ion akkumulátorok pedig, amelyeken a tervezők jelenleg dolgoznak, kétszer akkora kapacitásúak lesznek, mint a jelenlegiek. Segítségükkel az űrhajósok például kétszer annyi időt tölthetnek a Hold felszínén, mielőtt visszatérnének a hajóra feltöltődni.

A kép szerzői joga SPL Képaláírás Az ilyen települések energiaellátásához valószínűleg új típusú üzemanyagokra lesz szükség.

Olyan új napelemeket is terveznek, amelyek alacsony fényviszonyok mellett és alacsony hőmérsékleten is hatékonyan gyűjthetik az energiát – ez lehetővé teszi, hogy a fotovoltaikus paneleken lévő eszközök távolabb repüljenek a Naptól.

A NASA valamikor állandó bázist szándékozik létesíteni a Marson – és esetleg távolabbi bolygókon is.

Az ilyen települések energetikai rendszereinek jóval nagyobb teljesítményűnek kell lenniük, mint a mai világűrben használtaknak, és sokkal hosszabb üzemidőre tervezve.

Sok hélium-3 található a Holdon - ez az izotóp ritka a Földön, és ideális üzemanyag a termonukleáris erőművek számára. Mindazonáltal még nem sikerült elérni a termonukleáris fúzió kellő stabilitását ahhoz, hogy ezt az energiaforrást űrhajókban felhasználhassák.

Ráadásul a ma létező termonukleáris reaktorok egy repülőgéphangár területét foglalják el, és ebben a formában lehetetlen őket űrrepülésre használni.

Lehetséges-e hagyományos atomreaktorokat használni - különösen elektromos meghajtású járművekben, valamint a Holdra és a Marsra tervezett küldetések során?

Ebben az esetben a kolóniának nem kell külön áramforrást fenntartania - a hajó reaktora járhat el a szerepében.

Hosszú repülésekhez nukleáris-elektromos meghajtás használható.

"Az Asteroid Deflection Mission járműnek nagy napelemekre van szüksége ahhoz, hogy elegendő elektromos energiával rendelkezzen az aszteroida körüli manőverezéshez" - mondja Surampudi.

Nem valószínű azonban, hogy egyhamar láthatunk atommeghajtású űrhajót.

"Ez a technológia még nem fejlett. Teljesen biztosnak kell lennünk a biztonságában, mielőtt egy ilyen eszközt az űrbe bocsátunk" - magyarázza a szakember.

További szigorú tesztelésekre van szükség annak biztosítására, hogy a reaktor ellenálljon az űrrepülés keménységének.

Mindezek az ígéretes energiarendszerek lehetővé teszik az űrhajók számára, hogy hosszabb ideig működjenek, és messzebbre repüljenek – de még a fejlesztés korai szakaszában járnak.

Ha a tesztek sikeresen befejeződnek, az ilyen rendszerek a Marsra – és azon túli – repülések kötelező elemévé válnak.

  • A honlapon olvashatod.

Bevezetés

tápegység napelemes hely

Jelenleg a köztársaság tudományos-technikai potenciáljának stratégiai fejlesztésének egyik prioritása az űripar megteremtése. Ennek érdekében 2007-ben megalakult Kazahsztánban a Nemzeti Űrügynökség (Kazkosmos), amelynek tevékenysége elsősorban az ország társadalmi-gazdasági fejlődése érdekében célzott űrtechnológiák fejlesztésére és megvalósítására, valamint az űrtudomány fejlesztésére irányul.

A tudományos űrkutatást Kazkosmoson főként a JSC "National Center for Space Research and Technology" (JSC "NCKIT") végzi, amely négy kutatóintézetet foglal magában: Asztrofizikai Intézet. V.G. Fesenkov, Ionoszféra Intézet, Űrkutatási Intézet, Űrmérnöki és Technológiai Intézet. A JSC "NTsKIT" nagy kísérleti bázissal rendelkezik: modern mérőberendezések flottája, teszthelyszínek, obszervatóriumok, kutatóközpontok az űrtevékenységek területén végzett fundamentális és alkalmazott tudományos kutatásokhoz a jóváhagyott prioritások szerint.

A „Nemzeti Űrkutatási és Technológiai Központ” JSC „NTSKIT” részvénytársaságot az „Asztrofizikai Kutatási Központ” gazdasági irányítási jogú Köztársasági Állami Vállalat és leányvállalatai átszervezésével szervezték meg a kormányrendelet alapján. a Kazah Köztársaság 38. sz., 2008.01.22.

A JSC fő tevékenységi köre az űrkutatás és -technológia területén végzett kutatási, fejlesztési és termelési és gazdasági tevékenységek végrehajtása.

Minden űrhajó egyik legfontosabb fedélzeti rendszere, amely elsősorban teljesítményjellemzőit, megbízhatóságát, élettartamát és gazdaságosságát határozza meg, az áramellátó rendszer. Ezért kiemelten fontosak az űrhajók energiaellátó rendszereinek fejlesztésének, kutatásának és létrehozásának problémái.

Bármely űrhajó (SC) repülésirányítási folyamatainak automatizálása elképzelhetetlen elektromos energia nélkül. Elektromos energiát használnak az űrhajók eszközeinek és berendezéseinek minden elemének (hajtóműcsoport, vezérlések, kommunikációs rendszerek, műszerkomplexum, fűtés stb.) meghajtására.

Általánosságban elmondható, hogy az áramellátó rendszer energiát állít elő, átalakítja és szabályozza, eltárolja a csúcsigényes időszakokra vagy az árnyékban történő működésre, valamint elosztja az űrhajóban. A tápegység alrendszer átalakíthatja és szabályozhatja a feszültséget, vagy feszültségszint-tartományt biztosíthat. Gyakran be- és kikapcsolja a berendezést, és a nagyobb megbízhatóság érdekében véd a rövidzárlat ellen, és elválasztja a hibákat. Az alrendszer kialakítása a kozmikus sugárzástól függ, ami a napelemek leromlását okozza. A vegyi akkumulátor élettartama gyakran korlátozza az űrhajók élettartamát.

A tényleges problémák az űrcélú villamosenergia-források működési jellemzőinek vizsgálata. A világűr tanulmányozása és feltárása különféle célú űrjárművek fejlesztését és létrehozását igényli. Jelenleg a pilóta nélküli űrjárműveket a legszélesebb körben alkalmazzák globális kommunikációs rendszer kialakítására, televíziózásra, navigációra és geodéziára, információtovábbításra, a Föld időjárási viszonyainak és természeti erőforrásainak tanulmányozására, valamint mélyűrkutatásra. Létrehozásukhoz nagyon szigorú követelményeknek kell megfelelni a berendezés térbeli tájolásának pontosságára és a pályaparaméterek korrekciójára vonatkozóan, ehhez pedig az űrhajók tápellátásának növelésére van szükség.

1. Általános információk a JSC "NCKIT"-ről

Differenciálkorrekciós rendszerek és fogyasztói navigációs berendezések hardver- és szoftverkészítési kutatás-fejlesztési munkáinak végzése.

Objektumorientált modellezés és szoftver- és hardverfejlesztés egy nagyméretű 3D modellező rendszerhez műholdas navigációs technológiák és lézeres távolságmeghatározás segítségével.

Fedélzeti mérésekhez tudományos berendezések komplexumának mérnöki modelljeinek kidolgozása, valamint célzott tudományos információk és szoftverek felhalmozása a működésükhöz.

Tudományos, módszertani és szoftveres támogatás létrehozása az űrtechnológia fejlődésének komplex elemzési és előrejelzési problémáinak megoldásához a Kazah Köztársaságban.

Szoftver és matematikai támogató és szimulációs modellek készítése űrjárművekre és alrendszerekre.

Mikroműholdak eszközeinek, berendezéseinek, csomópontjainak és alrendszereinek kísérleti mintáinak fejlesztése.

A műszaki szabályozási problémák megoldásához tudományos és módszertani támogatás, szabályozási és műszaki bázis megteremtése.

Az űrtechnológia fejlesztésére, tervezésére, létrehozására, üzemeltetésére, biztonságának biztosítására vonatkozó követelmények szabályozása, a megfelelőség értékelése és igazolása.

A 2008. január 22-i 38. számú kormányrendelet szerint a Kazah Köztársaság Nemzeti Űrügynöksége "Asztrofizikai Kutatási Központ" Köztársasági Állami Vállalat és leányvállalatai, a Köztársasági Állami Vállalat "Asztrofizikai Központ" átszervezéséről Kutatás” és leányvállalatai „Institute of the Ionosphere”, „Astrophysical Institute. V.G. A Fesenkov”, az „Űrkutatási Intézet” összeolvadásával és „Nemzeti Űrkutatási és Technológiai Központ” részvénytársasággá való átszervezésével, az alaptőkében 100%-os állami részesedéssel.

A JSC "NCKIT" állami nyilvántartásba vételi bizonyítványa - 93168-1910-AO, azonosítószám: 080740009161, 2008. július 16-án, a Kazah Köztársaság Igazságügyi Minisztériumának Almaty Igazságügyi Minisztériuma nyilvántartásában.

.2 A szervezet általános jellemzői

A "Nemzeti Űrkutatási és Technológiai Központ" részvénytársaságot 2008. július 16-án jegyezték be.

A 2004-től 2008. július 15-ig tartó időszakban a JSC NCKIT jogilag az "Asztrofizikai Kutatási Központ" (gazdasági irányítási jogon) köztársasági állami vállalat volt, amelyet a Kazah Köztársaság kormányának márciusi rendeletével összhangban hoztak létre. 5, 2004 No. 280 „Megkérdőjelezi a Kazah Köztársaság Oktatási és Tudományos Minisztériumának néhány köztársasági állami vállalatát”. Az RSE a köztársasági állami tulajdonú "Űrkutatási Intézet", "Ionoszféra Intézet" és "V.G. Asztrofizikai Intézet" átszervezése és egyesülése alapján jött létre. Fesenkov, amely az állami vállalatok leányvállalatainak jogállását kapta.

A Kazah Köztársaság kormányának 2007. május 29-i, 438. számú, „A Nemzeti Űrügynökség kérdései” számú rendeletével az RSE „Asztrofizikai Kutatási Központ” (gazdasági irányítási jogról) a Nemzeti Űrügynökség joghatósága alá került. A Kazah Köztársaság Űrügynöksége.

A Kazah SSR Tudományos Akadémia Űrkutatási Intézetét a Kazah SSR Miniszteri Kabinetének 1991. augusztus 12-én kelt 470. számú rendelete alapján szervezték meg. Az Intézet alapítója és első igazgatója - a Szovjetunió Állami Díjának kitüntetettje, a Lenin-rendek, a Munka Vörös Zászlójának tulajdonosa, "Parasat", a Kazah Köztársaság Nemzeti Tudományos Akadémiájának akadémikusa Sultangazin Umirzak Makhmutovich (1936-2005). 2011 januárjában az intézetet U.M. akadémikusról nevezték el. Sultangazin.

Az Intézet tevékenységének tárgya a Föld távérzékelése területén állami, ipari, nemzetközi programok és projektek keretében végzett fundamentális és alkalmazott kutatások végzése, valamint hazai és külföldi forrásokból származó támogatások elvégzése volt. (ERS), térfigyelés, geoinformációs modellezés, űranyagtudomány.

Az Űrkutatási Intézet, mint anyaszervezet koordinálta a Kazah Köztársaság Nemzeti Tudományos Akadémia intézeteinek és más tanszéki szervezeteknek a kutatásait mind a négy kazah tudományos kutatási és kísérleti program kidolgozásában és végrehajtásában a Mir fedélzetén. orbitális komplexum Aubakirov T.O. kozmonauta részvételével. (1991) és Musabayev kozmonauta, T.A. részvételével. - (1994, 1998), a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén - Musabayev T.A. kozmonauta részvételével. (2001).

U.M. akadémikusról elnevezett Űrkutató Intézet A Sultangazina az NCKIT JSC része volt, mint önálló jogi személy, korlátolt felelősségű társaság leányvállalatként.

2014 ótaA JSC "NCKIT" intézetét és adminisztratív apparátusát egyetlen struktúrába vonták össze a személyzet és a kutatási területek megőrzésével.

1.3 Az NCKIT JSC tevékenységei

Kutatási tevékenységek koordinálása, támogatása és végrehajtása. Fundamentális és alkalmazott űrkutatás

A tudományos kutatás fő irányainak és terveinek kialakítása, az elkészült tudományos kutatások benyújtása a Kazah Köztársaság Nemzeti Űrügynökségéhez;

A tudományos szervezetek tudományos és tudományos és műszaki tevékenységekről szóló éves jelentésein alapuló következtetések és ajánlások benyújtása a Kazah Köztársaság Nemzeti Űrügynökségéhez;

Kísérleti tervezési és gyártási és gazdasági tevékenységek támogatása, megvalósítása

Földrajzi információs rendszerek létrehozása repülőgép-űrkutatási módszerek alapján;

Földi távérzékelési adatok fogadása, feldolgozása, terjesztése, egyenértékű cseréje és értékesítése az űrből;

Különféle célú űrlétesítmények, űrkommunikációs rendszerek, navigáció és távérzékelés fejlesztése és üzemeltetése;

Mérnöki és tanácsadási szolgáltatások nyújtása

Marketingkutatás készítése

Innovatív tevékenységek megvalósítása

Tájékoztatás a Kazah Köztársaság Nemzeti Űrügynökségének tevékenységéről és a tudomány eredményeinek népszerűsítése

A tudomány és az űrtechnológia vívmányainak propagandájának megvalósítása, szervezés. Nemzetközi és köztársasági kongresszusok, ülések, konferenciák, szemináriumok, találkozók, kiállítások tartása; tudományos folyóiratok, munkák publikálása és tájékoztatás a Kazah Köztársaság Nemzeti Űrügynökségének tevékenységéről

Magasan képzett tudományos munkatársak képzése. Szellemi tulajdon védelme

Jogi dokumentáció fejlesztése

Személyzeti összetétel

Összesen - 450 képzett szakember és tudós.

Közülük 27 doktora, 73 tudomány kandidátusa, 2 akadémikus, 2 levelező tag és 3 PhD.

Központi szerkezet

Föld Távérzékelési Osztály

A fő kutatási területek:

Távérzékelési adatok fogadására, archiválására, feldolgozására és megjelenítésére szolgáló technológiák fejlesztése. Alap- és alkalmazott tudományos kutatások végzése a földfelszíni objektumok spektrális jellemzőinek tanulmányozása, a mezőgazdasági területek és a környezet térfigyelése, vészhelyzetek (árvizek, elöntések, tüzek), különböző spektrális, térbeli műholdadatok tematikus értelmezése területén. valamint a hosszú távú adatsorok elemzésén alapuló időbeli felbontások Távérzékelés és a földfelszín állapota.

Műholdas kutatások végzése. Ágazati és regionális helyzetközpontok létrehozása a veszélyhelyzetek térfigyelésére.

Geoinformációs Modellezés Tanszék

Numerikus modellek kidolgozása rövidhullámú és hősugárzás légköri átvitelére műholdfelvételek korrekciójához és a légkör fizikai paramétereinek számításai műholdinformációk alapján.

"Kockázatelemzés" geoinformációs modellek létrehozása a természeti és az ember által előidézett tényezők befolyásának mértékének meghatározására a fővezetékeken kialakuló veszélyhelyzetek kialakulásában.

Automatizált módszerek és technológiák létrehozása digitális fotogrammetriához, módszerek és számítási algoritmusok távérzékelési adatok interferometrikus elemzéséhez.

Űranyagtudományi és Műszertechnikai Tanszék

Repülési célú szerkezeti és funkcionális anyagok, valamint ezekből készült termékek előállítására szolgáló technológiák létrehozása.

Kvalitatív, elemző és numerikus módszerek kidolgozása mesterséges és természetes égitestek dinamikájának nem stacionárius problémáinak tanulmányozására.

Új matematikai modellek és módszerek kidolgozása az űrhajók programozott mozgásának biztosítására.

Információs és oktatási támogatási osztály (Astana)

Szakemberek továbbképzésének és átképzésének szervezése az űripar számára Kazahsztánban.

Űrinformáció-fogadó központ (Almati) és Tudományos és oktatási központ a kollektív térhasználat megfigyelésére (Astana)

Az Aqua/MODIS, Terra/MODIS, SuomiNPP (USA) űrhajók űrfelvételi adatainak rendszeres fogadása, archiválása és feldolgozása.

Van egy nemzetközi tanúsítvány.

DTOO "II" (Ionoszféra Intézet)

A tevékenység tárgyaA DTOO "Ionoszféra Intézet" alapvető, feltáró és alkalmazott kutatásokat végez a nap-földi fizika és geodinamika területén: az ionoszféra és a geomágneses mező, az űridőjárás, a Föld-közeli űr sugárzásfigyelése, a föld-tér geodinamikai és geofizikai kutatása. Kazahsztán földkéregének megfigyelése, ásványlelőhelyek előrejelző rendszerének létrehozása, geodézia és térképészet.

DTOO "AFIF" (Fesenkov Asztrofizikai Intézet)

DTOO "IKTT" (Űrmérnöki és Technológiai Intézet)

Leányvállalat Korlátolt Felelősségű Társulás "Űrmérnöki és Technológiai Intézet"(a továbbiakban - DTOO "Űrmérnöki és Technológiai Intézet") a Kazah Köztársaság Nemzeti Űrügynökségének 2009. augusztus 17-én kelt, 65/OD számú rendeletével jött létre.

A DTOO "Institute of Space Engineering and Technology" nevű szervezetet 2009. december 23-án jegyezték be. Az LTOO "Űrmérnöki és Technológiai Intézet" egyedüli alapítója a "Nemzeti Űrkutatási és Technológiai Központ" részvénytársaság.

2. Általános információk az űrhajók áramellátásáról

Az űrhajó geometriáját, kialakítását, tömegét és aktív élettartamát nagymértékben meghatározza az űrszonda áramellátó rendszere. Az űrhajók energiaellátó rendszere, vagy más néven az űrhajók tápellátási rendszere (PSS) - az űrhajórendszer, amely más rendszereket lát el energiával, az egyik legfontosabb rendszer. Az áramellátó rendszer meghibásodása a teljes készülék meghibásodásához vezet.

Az áramellátó rendszer általában a következőket tartalmazza: elsődleges és másodlagos áramforrás, átalakítók, töltők és vezérlő automatika.

Elsődleges energiaforrások

Elsődleges forrásként különféle energiagenerátorokat használnak:

napelemek;

kémiai áramforrások:

akkumulátorok;

galvanikus elemek;

üzemanyagcellák;

radioizotópos energiaforrások;

atomreaktorok.

Az elsődleges forrás összetétele nemcsak a tényleges villamosenergia-termelőt foglalja magában, hanem az azt kiszolgáló rendszereket is, például a szoláris tömb orientációs rendszert.

Az energiaforrások gyakran kombinálják például a napelemet egy vegyi elemmel.

üzemanyagcellák

Az üzemanyagcellák nagy tömeg- és méretjellemzőkkel, valamint teljesítménysűrűséggel rendelkeznek egy pár napelemhez és egy vegyi akkumulátorhoz képest, ellenállnak a túlterhelésnek, stabil feszültséggel rendelkeznek és csendesek. Azonban tüzelőanyag-utánpótlást igényelnek, ezért olyan járműveken használják, amelyek űrben tartózkodási ideje több naptól 1-2 hónapig tart.

Elsősorban hidrogén-oxigén üzemanyagcellákat alkalmaznak, hiszen a hidrogén adja a legmagasabb fűtőértéket, ráadásul a reakció eredményeként keletkező víz felhasználható emberes űrhajókon. Az üzemanyagcellák normál működésének biztosításához biztosítani kell a reakció eredményeként képződött víz és hő eltávolítását. További korlátozó tényező a folyékony hidrogén és oxigén viszonylag magas költsége, tárolásuk bonyolultsága.

Radioizotópos energiaforrások

A radioizotópos energiaforrásokat főként a következő esetekben használják:

magas repülési idő;

küldetések a Naprendszer külső régióiba, ahol a napsugárzás fluxusa alacsony;

az oldalsó pásztázó radarral felszerelt felderítő műholdak az alacsony pályájuk miatt nem használhatnak napelemet, viszont nagy az energiaigényük.

Az áramellátó rendszer automatizálása

Tartalmaz olyan eszközöket, amelyek az erőmű működését vezérlik, valamint paramétereit figyelik. A tipikus feladatok a következők: a rendszerparaméterek meghatározott tartományán belüli fenntartása: feszültség, hőmérséklet, nyomás, üzemmódok kapcsolása, például kapcsolás tartalék áramforrásra; hibafelismerés, tápegységek vészhelyzeti védelme, különösen áram által; információ kiadása a rendszer állapotáról a telemetria és a kozmonauták konzolja számára. Bizonyos esetekben az űrhajósok konzoljáról vagy a földi irányítóközpont parancsaival át lehet váltani az automatikusról a kézi vezérlésre.

.1 Napelemek működési elve és berendezés

A napelemes eszköz napelemekből álló feszültséggenerátorokon alapul, amelyek a napfényenergiát közvetlenül elektromos energiává alakítják át. A napelem működése a belső fotoelektromos hatáson alapul, azaz. az EMF napfény hatására történő megjelenéséről.

A félvezető fotovoltaikus konverter (PVC) egy olyan eszköz, amely közvetlenül alakítja át a napsugárzás energiáját elektromos energiává. A napelemek működési elve a napfény és a félvezető kristály kölcsönhatásán alapul, amelynek során a fotonok elektronokat szabadítanak fel a kristályban - az elektromos töltés hordozói. A speciálisan az úgynevezett p-n átmenet hatására létrejött erős elektromos térrel rendelkező területek befogják a felszabaduló elektronokat, és úgy választják el őket, hogy a terhelési körben áram és ennek megfelelően elektromos teljesítmény jelenjen meg.

Most nézzük meg ezt a folyamatot részletesebben, bár jelentős egyszerűsítésekkel. Kezdjük azzal, hogy megvizsgáljuk a fémekben és a tiszta félvezetőkben lévő fényelnyelést. Amikor egy fotonfluxus fémfelületet ér, a fotonok egy része visszaverődik, a többit pedig elnyeli a fém. A fotonok második részének energiája megnöveli a rácsrezgések amplitúdóját és a szabad elektronok kaotikus mozgásának sebességét. Ha a foton energiája elég nagy, akkor elegendő lehet egy elektront kiütni a fémből, és az adott fém munkafüggvényével megegyező vagy nagyobb energiát kölcsönözni neki. Ez egy külső fotoelektromos hatás. Alacsonyabb fotonenergiánál az energiája végső soron teljes egészében a fém melegítésére megy el.

Más kép figyelhető meg, amikor egy fotonfluxus hat a félvezetőkre. A fémektől eltérően a kristályos félvezetők tiszta formájukban (szennyeződések nélkül), ha semmilyen külső tényező (hőmérséklet, elektromos tér, fénysugárzás stb.) nem befolyásolják őket, akkor a félvezető kristályrács atomjairól nem leválnak szabad elektronok.

Rizs. 2.1 - Fényelnyelés fémekben és félvezetőkben: 1 - töltött (valencia) sáv, 2 - sávrés, 3 - vezetési sáv, 4 - elektron

Mivel azonban egy félvezető anyag mindig valamilyen hőmérsékleten (általában szobahőmérsékleten) van, az elektronok kis része hőrezgések révén elegendő energiához juthat ahhoz, hogy leváljon atomjairól. Az ilyen elektronok szabaddá válnak, és részt vehetnek az elektromosság átvitelében.

Az elektront vesztett félvezető atom az elektron töltésével egyenlő pozitív töltést kap. Az elektron által nem elfoglalt atom helyét azonban egy szomszédos atom elektronja is elfoglalhatja. Ebben az esetben az első atom semleges lesz, a szomszédos pedig pozitív töltésű. Az atomban a szabad elektron képződése kapcsán felszabaduló hely egyenértékű egy pozitív töltésű részecskével, amelyet lyuknak neveznek.

Az atomhoz kötött állapotban lévő elektron által birtokolt energia a töltött (valencia) sávon belül van. A szabad elektron energiája viszonylag magas, és egy magasabb energiasávban - a vezetési sávban - fekszik. Közöttük sáv rés van, i.e. olyan energiaértékek zónája, amelyekkel egy adott félvezető anyag elektronjai sem kötött, sem szabad állapotban nem lehetnek. A legtöbb félvezető sávszélessége 0,1-1,5 eV. A 2,0 eV-nál nagyobb sávréseknél dielektrikumokkal van dolgunk.

Ha egy foton energiája egyenlő vagy meghaladja a sávközt, akkor az egyik elektron leválik az atomjáról, és a vegyértéksávból átkerül a vezetési sávba.

Az elektronok és lyukak koncentrációjának növekedése a félvezető vezetőképességének növekedéséhez vezet. A tiszta egykristályos félvezetőben külső tényezők hatására fellépő áramvezetőképességet belső vezetőképességnek nevezzük. A külső hatások eltűnésével a szabad elektron-lyuk párok rekombinálódnak egymással, és a félvezető belső vezetőképessége nullára hajlik. Nincsenek ideálisan tiszta félvezetők, amelyek csak belső vezetőképességgel rendelkeznének. A félvezetők általában elektronikus (n-típusú) vagy lyuk- (p-típusú) vezetőképességgel rendelkeznek.

A vezetőképesség típusát a félvezető atomjainak vegyértéke és a kristályrácsába ágyazott aktív szennyeződés atomjainak vegyértéke határozza meg. Például a szilícium esetében (a Mengyelejev periódusos rendszer IV. csoportja) az aktív szennyeződések a bór, alumínium, gallium, indium, tallium (III. csoport) vagy foszfor, arzén, antimon, bizmut (V. csoport). A szilícium kristályrácsának olyan alakja van, amelyben a rácshelyen elhelyezkedő minden egyes szilíciumatom úgynevezett kovalens vagy elektronpáros kötésekkel kapcsolódik négy másik legközelebbi szilíciumatomhoz.

A szilícium kristályrácshelyeibe ágyazott V. csoportba tartozó elemek (donorok) négy elektronjuk kovalens kötéssel rendelkezik a szomszédos szilíciumatom négy elektronjával, és az ötödik elektron könnyen felszabadul. A szilícium kristályrács helyeibe ágyazott III. csoportba tartozó elemek (akceptorok) a szomszédos szilíciumatomok egyikéből vonzzák az elektront, hogy négy kovalens kötést képezzenek, ezáltal lyukat képezve. Ez az atom viszont magához vonzhat egy elektront a szomszédos szilíciumatomjai közül, és így tovább.

A FEP egy zárórétegű (szelepes) félvezető fotocella, melynek működése az imént vizsgált fotoelektromos hatáson alapul. Tehát a FEP mechanizmus a következő (2.2. ábra).

A FEP kristály p- és n-régiókból áll, amelyek lyuk, illetve elektronvezetőképességgel rendelkeznek. Ezek között a területek között p-n csomópont (záróréteg) képződik. Vastagsága 10-4 - 10-6 cm.

Mivel több elektron van a p-n átmenet egyik oldalán, és több lyuk a másikon, ezek a szabad áramhordozók hajlamosak arra, hogy a napelemnek abba a részébe diffundáljanak, ahol nincs elég belőlük. Ennek eredményeként a sötétben a p-n csomópontban dinamikus töltésegyensúly jön létre, és két tértöltésréteg alakul ki, a p-régió oldalán negatív, az n-régió oldalán pozitív töltések képződnek. .

A kialakult potenciálgát (vagy érintkezési potenciálkülönbség) megakadályozza az elektronok és lyukak további öndiffúzióját a p-n átmeneten keresztül. Az Uk érintkezési potenciálkülönbség az n-régióból a p-régióba irányul. Az elektronok n-régióból p-régióba való átmenetéhez Uk · e munkaráfordítás szükséges, amely az elektronok potenciális energiájává alakul.

Emiatt a p-régióban az összes energiaszint az n-régió energiaszintjéhez képest az Uk · e potenciálgát értékével megemelkedik.Az ábrán az ordináta tengely mentén történő felfelé mozgás növekedésnek felel meg az elektronok energiájában és a lyukak energiájának csökkenése.

Rizs. 2.2 - A napelem működési elve (a pontok elektronokat, köröket - lyukakat jelölnek)

Így a potenciálgát a többségi hordozók számára (előrefelé) akadályt jelent, a kisebbségi hordozók számára (visszafelé) pedig nem jelent ellenállást.

A napfény (egy bizonyos energiájú fotonok) hatására a félvezető atomjai gerjesztődnek, és további (felesleges) elektron-lyuk párok jelennek meg a kristályban mind a p-, mind az n-régióban (2.2. ábra, b) ). A potenciálgát jelenléte a p-n átmenetben további kisebbségi hordozók (töltések) szétválását okozza, így az n-régióban felesleges elektronok halmozódnak fel, a p-régióban pedig felesleges lyukak halmozódnak fel, amelyeknek nem volt ideje rekombinálni. mielőtt a p-n csomóponthoz közeledtek volna. Ebben az esetben a p - n átmenetnél a tértöltés részleges kompenzációja és az általuk létrehozott elektromos tér növekedése következik be, amely az érintkezési potenciálkülönbség ellen irányul, ami együttesen a potenciálgát csökkenéséhez vezet.

Ennek eredményeként az elektródák között U potenciálkülönbség jön létre f , ami lényegében egy fotó-emf. Ha a FEP-áramkör külső elektromos terhelést tartalmaz, akkor elektromos áram folyik benne - az elektronok áramlása az n-régióból a p-régióba, ahol lyukakkal rekombinálódnak. A napelem volt-amper és volt-teljesítmény karakterisztikáját a 2.3 ábra mutatja, amelyből jól látható, hogy a maximális elektromos teljesítmény eltávolításához a napelemből elég szűk tartományban kell biztosítani a működését. a kimeneti feszültségek (0,35 - 0,45 V).

Súly 1 m 2SB 6 ... 10 kg, amiből 40% esik a napelem tömegére. A legfeljebb 20 mm átmérőjű fotocellákból sorba kapcsolva a feszültséggenerátorokat a szükséges feszültségértékre gyűjtik össze, például 27 V névleges értéken.

Rizs. 2.3 - A feszültség és a fajlagos teljesítmény függése a napelem áramsűrűségétől

A hozzávetőleg 100 x 150 mm méretű feszültséggenerátorok SB panelekre vannak felszerelve, és sorba vannak kötve, hogy a PDS kimeneten biztosítsák a szükséges teljesítményt.

A legtöbb napelemes CEU-ban még mindig használatos szilícium napelemek mellett a gallium-arzenid és kadmium-szulfid alapú napelemek iránt a legnagyobb érdeklődés. Magasabb üzemi hőmérsékletűek, mint a szilícium napelemek (a gallium-arzenid alapú napelemek elméleti és gyakorlatilag elért hatásfoka is magasabb). Megjegyzendő, hogy a félvezető sávszélességének növekedésével a napelem nyitott feszültsége és az arra épülő elméleti hatásfoka nő. 1,5 eV-nál nagyobb sávszélességnél azonban a napelem hatásfoka csökkenni kezd, mivel egyre több foton nem tud elektron-lyuk párt alkotni. Így van egy optimális sávszélesség (1,4 - 1,5 eV), amelynél a napelem hatásfoka eléri a lehető legnagyobb értéket.

3. Elektrokémiai űrerőművek

Az elektrokémiai áramforrás (ECS) minden elektrokémiai CEU alapja. Ez magában foglalja az elektródákat, amelyek általában aktív anyagok, egy elektrolitot, egy szeparátort és egy külső szerkezetet (edényt). KOH-lúg vizes oldatát általában elektrolitként használják az űrhajókon használt ECHIT-hez.

Tekintsük az ezüst-cink EKhIT egyszerűsített sémáját és kialakítását (3.1. ábra). A pozitív elektróda egy drótháló-áramkollektor, amelyre porított fémezüstöt préselnek, majd kemencében kb. 400°C-on szintereznek, ami biztosítja az elektródának a szükséges szilárdságot és porozitást. A negatív elektróda szintén az áramgyűjtő rácsra préselt tömeg, amely cink-oxidból (70-75%) és cinkporból (25-30%) áll.

A negatív elektródán (Zn) a hatóanyag oxidálószere reagál a cink-hidroxiddal, a Zn(OH) 2, a pozitívon pedig (AgO) - a hatóanyag tiszta ezüstté való redukálásának reakciója. Az elektromosság elektronáram formájában kerül át a külső áramkörbe. Az elektrolitban az elektromos áramkört az OHˉ ionok áramlása zárja le a pozitív elektródától a negatív felé. A leválasztó elsősorban az elektródák érintkezésének (és ezáltal rövidzárlatának) megakadályozása érdekében szükséges. Ezenkívül csökkenti az EHIT önkisülését, és elengedhetetlen a reverzibilis működésének biztosításához számos töltési-kisütési cikluson keresztül.

Rizs. 3.1 Az ezüst-cink ECHIT működési elve:

Pozitív elektróda (AgO), 2 - elektromos terhelés,

Negatív elektróda (Zn), 4 - edény, 5 - elválasztó

Ez utóbbi annak tudható be, hogy nem megfelelő elválasztás esetén a negatív elektródát elérő ezüst-oxidok kolloid oldata katódosan redukálódik a legvékonyabb ezüstszálak formájában, amelyek a pozitív elektród felé irányulnak, és a cinkionok is redukálódnak növekvő szálak formájában. az anód felé. Mindez az elektródák rövidzárlatához vezethet a legelső működési ciklusokban.

Az ezüst-cink ECHIT számára legmegfelelőbb szeparátor (leválasztó) egy hidratált cellulóz (celofán) film, amely az elektrolitban megduzzadva tömöríti a szerelvényt, ami megakadályozza a cink elektródák süllyedését, valamint az ezüst és a cink csírázását. tűkristályok (dendritek). Az ezüst-cink EHIT edény általában műanyagból (poliamid gyanta vagy polisztirol) készül, és téglalap alakú. Más típusú EHIT esetén az edények például nikkelezett vasból készülhetnek. Az ECHIT töltésekor az elektródákon csökkent a cink és az ezüst-oxid.

Tehát az ECHIT kisütése az a folyamat, amikor elektromos áramot adnak le egy külső áramkörnek, az ECHIT töltése pedig az a folyamat, amely kívülről áramot ad rá annak érdekében, hogy visszaállítsa az eredeti anyagokat a reakciótermékekből. A munka jellege szerint az EHIT galváncellákra (primer áramforrásokra) oszlik, amelyek csak egyszeri hatóanyag-felhasználást tesznek lehetővé, és elektromos akkumulátorokra (szekunder áramforrások), amelyek a hatóanyagok többszöri felhasználását teszik lehetővé a azok helyreállításának lehetősége külső áramforrásról történő töltéssel.

Az ECHIT-en alapuló CEU-ban eldobható vagy újrafelhasználható kisütési módú elektromos akkumulátorokat, valamint hidrogén-oxigén üzemanyagcellákat használnak.

3.1 Kémiai áramforrások

A kémiai források elektromotoros ereje (EMF) az elektródpotenciálok különbsége nyitott külső áramkör esetén:

Ahol És - a pozitív és negatív elektródák potenciálja.

Egy vegyi forrás teljes belső ellenállása R (állandó árammal szembeni ellenállás) egy ohmos ellenállásból áll és polarizációs ellenállás :

Ahol - polarizációs EMF; - kisülési áram.

Polarizációs ellenállás az elektródpotenciál változása miatt És az áram áramlása során, és függ a töltés mértékétől, a kisülési áram erősségétől, az elektródák összetételétől és az elektrolit tisztaságától.


;

,

Ahol És És

.

A vegyi forrás kisülési kapacitása Q (A h) az a villamos energia mennyisége, amelyet a forrás a kisülés során adott le bizonyos elektrolit hőmérsékleten, környezeti nyomáson, kisülési áramerősségen és végső kisülési feszültségen:

,

általános esetben pedig állandó áramerősség mellett a kisülés során

Ahol - a kisülési áram aktuális értéke, A; - kiürítési idő, h


,

Ahol És


.

Az ezüst-cink, kadmium-nikkel és nikkel-hidrogén akkumulátorokat vegyi áramforrásnak tekintik.

3.2 Ezüst-cink elemek

Az ezüst-cink akkumulátorok kisebb tömegük és térfogatuk miatt azonos kapacitással és kisebb belső ellenállással egy adott feszültség mellett elterjedtek az űrelektromos berendezésekben. Az akkumulátor pozitív elektródájának hatóanyaga az AgO ezüst-oxid, a negatív lemeze pedig fémes cink. Elektrolitként 1,46 g/cm sűrűségű KOH-lúg vizes oldatát használjuk. 3.

Az akkumulátor töltése és lemerítése két szakaszban történik. A kisülés során mindkét szakaszban a cink oxidációs reakciója a negatív elektródán megy végbe

2OHˉ kisülés → ZnO + H 2O+2e.

A pozitív elektródán az ezüstredukciós reakció két lépésben megy végbe. Az első szakaszban a kétértékű ezüst-oxidot egyértékűvé redukálják:

2AgO + 2e + H 2O kisülés → Ag 2O + 2OH ˉ.

Ebben az esetben az akkumulátor emf értéke 1,82…1,86 V. A második szakaszban, amikor az akkumulátor körülbelül 30%-kal lemerült, az egyértékű ezüst-oxid fémes ezüstté redukálódik:

2O+2e+H 2O kisülés → 2Ag + 2OH ˉ.

Az akkumulátor EMF-je a kisütés első szakaszából a másodikba való átmenet pillanatában 1,52 .. 1,56 V-ra csökken. Ennek eredményeként az EMF változásának 2. görbéje névleges áramú kisütés közben (3.2. ábra) ) jellegzetes ugrása van. További kisülés esetén az akkumulátor EMF-je állandó marad mindaddig, amíg az akkumulátor teljesen le nem merül. Feltöltéskor a reakció két lépésben megy végbe. A feszültség és az emf túlfeszültség akkor lép fel, ha az akkumulátor körülbelül 30%-ra van feltöltve (1. görbe).Ebben az állapotban az elektróda felülete kétértékű ezüst-oxiddal van bevonva.

Rizs. 3.2 - Az akkumulátor EMF-je töltés (1) és kisütés közben (2)

A töltés végén, amikor az ezüst oxidációja monovalensből bivalenssé az elektróda teljes vastagságában leáll, az egyenlet szerint megindul az oxigénfejlődés.

OHˉ kisülés → 2H 2O+4e+O 2

Ebben az esetben az akkumulátor emf 0,2 ... 0,3 V-tal növekszik (lásd 5.1 ábra, pontozott metszet az 1. görbén). Az újratöltés során felszabaduló oxigén felgyorsítja az akkumulátor celofán paramétereinek tönkremenetelét és a belső rövidzárlatok előfordulását.

A töltési folyamat során az összes cink-oxid fémes cinkké redukálható. Újratöltéskor visszaáll az elektrolit cink-oxidja, ami az elektróda pórusaiban, majd a negatív lemezek leválasztóiban van, melynek szerepét több réteg celofán film tölti be. A cink kristályok formájában szabadul fel, amelyek a pozitív elektród felé nőnek, és cink-dendriteket képeznek. Az ilyen kristályok képesek áttörni a celofán filmeket, és elektróda rövidzárlatot okoznak. A cink-dendritek nem lépnek be fordított reakciókba. Ezért még a rövid távú újratöltés is veszélyes.

3.3 Nikkel-kadmium akkumulátorok

A kadmium-nikkel akkumulátor negatív elektródájának hatóanyaga a kadmium fém. Az akkumulátor elektrolitja 1,18 ... 1,40 g / cm sűrűségű kálium KOH vizes oldata 3.

A nikkel-kadmium akkumulátor redox reakciót alkalmaz a kadmium és a nikkel-hidroxid között:

2Ni(OH) 3→ Cd(OH) 2+ 2Ni(OH) 2

Leegyszerűsítve az elektródák kémiai reakciója a következőképpen írható fel. A negatív elektródán a kisülés során a kadmium oxidálódik:

2e→cd ++

A kadmium ionok az alkáli-hidroxid ionokhoz kötve kadmium-hidrátot képeznek:

2e + 2OH kisülés → Cd(OH) 2.

A pozitív elektródán a kisülés során a nikkel háromértékűről kétértékűre redukálódik:

2Ni(OH) 3+ 2e kisülés → 2Ni(OH)2 + 2OH.

Az egyszerűsítés az, hogy a hidroxid összetétele nem felel meg pontosan a képletüknek. A kadmium és a nikkel sói nehezen oldódnak vízben, így a Cd-ionok koncentrációja ++, Ni ++, Ni +++a KOH koncentrációja határozza meg, amelytől az akkumulátor EMF-jének nagysága közvetve függ az elektrolitban.

Egy frissen feltöltött akkumulátor elektromotoros ereje 1,45 V. A töltés befejezése után néhány napon belül az EMF 1,36 V-ra csökken.

3.4 Nikkel-hidrogén akkumulátorok

Nikkel-hidrogén tároló akkumulátorok (HNAB), amelyek nagy megbízhatósággal, hosszú élettartammal és energiasűrűséggel, kiváló teljesítménnyel rendelkeznek, széles körben használják majd az űrhajókban a nikkel-kadmium akkumulátorok helyett.

Az NVAB alacsony Föld körüli pályán (LEO) működéséhez körülbelül 30 ezer ciklus erőforrás szükséges öt éven keresztül. A kisütési mélységű (DD) akkumulátorok LEO-ban történő használata a garantált fajlagos energia megfelelő csökkenéséhez vezet (40%-os DD-vel 30 ezer ciklus érhető el). Három éves folyamatos ciklus LEO módban GR = a tizenkét szabványos NVAB (RNH-30-1) 30%-a 30 Ah kapacitással azt mutatta, hogy az összes NVAB stabilan működött 14 600 cikluson keresztül.

Az NVAB elért fajlagos energiaszintje 40 W h/kg Föld-közeli pálya körülményei között 100%-os kisülési mélység mellett, a 30%-os GR erőforrás 30 ezer ciklus.

4/ Paraméterek kiválasztása szolár tömbökhöz és puffertároláshoz

Kiinduló adatok:

Az űrhajó maximális tömege - Mn = legfeljebb 15 kg;

A körpálya magassága - h = 450 km;

A célrendszer súlya - legfeljebb 0,5 kg;

Átviteli frekvencia - 24 GHz;

Felhasznált feszültség - 3,3 - 3,6 V;

Az adó-vevő minimális teljesítményfelvétele 300 mW;

A plazma-ion motor teljesítményfelvétele - 155 W;

Az aktív fennállás időtartama 2-3 év.

4.1 A puffertartály paramétereinek kiszámítása

Az akkumulátorokból származó puffertároló (BN) paramétereinek kiszámítása és összetételének meghatározása az akkumulátorok töltő- és kisütési áramára, integrált kisütési kapacitására, egyszeri kisülési mélységére vonatkozó korlátozások alapján történik. , megbízhatóság, hőmérsékleti üzemi feltételek stb.

A nikkel-hidrogén akkumulátorok paramétereinek kiszámításakor a következő jellemzőket és képleteket fogjuk használni ["Automatikus űrhajó tervezése" szerzők: D.I. Kozlov, G.N. Anshakov, V.F. Agarkov, Yu.G. Antonov § 7.5], valamint az AB HB-50 NIAI műszaki jellemzői 1,36 V-ig.

· töltőáram 30 A-ig;

· kisülési áramerősség 12 - 50A állandó állapotban és 120 A-ig impulzus üzemmódban 1 percig;

· maximális kisülési mélység 54 Ah-ig;

· az akkumulátor működése során (különösen nagy töltési és kisütési áramú kerékpározási módokban) biztosítani kell az akkumulátorok termikus működését 10 ... 30 ° C tartományban. Ebből a célból gondoskodni kell az akkumulátorok beszereléséről az űrjármű zárt rekeszében, és biztosítani kell az egyes blokkok levegővel történő hűtésének módját.

A nikkel-kadmium akkumulátorok paramétereinek kiszámításához használt képletek:

A kémiai áramforrások feszültsége az EMF-től a belső áramkör feszültségesésének értékével tér el, amelyet a teljes belső ellenállás és az átfolyó áram határoz meg:

, (1)

, (2)

Ahol És - kisülési és töltőfeszültségek a forrásnál, ill. És - a kisülési és töltőáramok erőssége, ill.

Az egyszer használatos galvánelemek esetében a feszültséget kisülésként határozzák meg .

A vegyi forrás kisülési kapacitása Q (A h) az a villamos energia mennyisége, amelyet a forrás a kisülés során adott le bizonyos elektrolit hőmérsékleten, környezeti nyomáson, kisülési áramerősségen és végső kisülési feszültségen:

, (3)

A kémiai áramforrás névleges kapacitása az a kapacitás, amelyet a forrásnak kell adnia a műszaki feltételek által meghatározott üzemmódokban. KA akkumulátorok esetében a névleges és kisütési áramot leggyakrabban egy-két vagy 10 órás kisütési mód áramának tekintik.

Önkisülés - haszontalan kapacitásvesztés egy kémiai forrás által nyitott külső áramkörrel. Az önkisülést általában %-ban fejezik ki tárolási naponként:

(4)

Ahol És - a vegyszerforrás tartályai tárolás előtt és után; T - tárolási idő, nap.

Egy kémiai áramforrás fajlagos energiája a kimenő energia és a tömeg aránya:

(5)

A fajlagos energia értéke nemcsak a forrás típusától függ, hanem a kisülési áram erősségétől is, pl. az átvett hatalomtól. Ezért az elektromosság kémiai forrását jobban jellemzi a fajlagos energia fajlagos teljesítménytől való függése.

A paraméterek számítása:

Határozzuk meg a maximális és minimális kisütési időt a képletből:

Ezért a maximális kiürítési idő:

;

minimális kiürítési idő:

.

Ebből következik, hogy a kisülési idő lehetővé teszi, hogy a tervezett műhold átlagosan 167 percig vagy 2,8 órán át elektromos áramot használjon, mivel céltelepítésünk 89 mA-t használ, a kisülési idő nem lesz jelentős, ami pozitívan befolyásolja a többiek elektromos áramellátását. létfontosságú rendszerek műholdja.

A kisülési feszültséget és az akkumulátor teljes belső ellenállását a következő képletből határozzuk meg:

; (1)

(2)

.

Ebből látható, hogy a töltőfeszültséget kellően biztosítani lehet napelemek használatával, még akkor is, ha azok nem nagy területűek.

Az önkisülést a következő képlettel is meghatározhatja:

(4)

Vegyük az akkumulátor működési idejét T = 0,923 h, Q 1= 50 (A h) és Q 2 = 6 (A h) harminc percnyi működés esetén:

,

azaz 12 A minimális áramfelvétel mellett 30 perc alatt az akkumulátor 95%-ban lemerül szakadt áramkör esetén.

Határozzuk meg a kémiai forrás fajlagos energiáját a következő képlettel:

,

azaz 1 kg vegyszerforrás 61,2 wattot tud biztosítani egy órán keresztül, ami a maximálisan 370 mW-os maximális teljesítménnyel üzemelő céltelepítésünkhöz is alkalmas.

4.2 Napelemek paramétereinek számítása

Az SB űrhajó tervezését befolyásoló fő paramétereinek, műszaki jellemzőinek kiszámításához a következő képleteket használjuk ["Automatikus űrhajó tervezése" szerzők: D.I. Kozlov, G.N. Anshakov, V.F. Agarkov, Yu.G. Antonov 7.5. §]:

Az SB paramétereinek kiszámítása a terület és a tömeg meghatározására redukálódik.

Az SB teljesítményének kiszámítása a következő képlet szerint történik:

(6)

Ahol - SB teljesítmény; R n - átlagos napi terhelési teljesítmény (az EPS saját igényeinek figyelembevétele nélkül); - az SB-nek a Naphoz való tájolási ideje fordulatonként; t T - az az idő, ameddig az SB nem világít; - Az SB többletteljesítmény-szabályozó hatásfoka, 0,85; - A BN kisülési szabályozó hatásfoka, 0,85; R .3- A BN töltésvezérlő hatékonysága, 0,9; - Az akkumulátorok hatékonysága BN, egyenlő 0,8.

A napelem területét a következő képlettel számítjuk ki:

(7)

Ahol - SB fajlagos teljesítmény kapott:

W/m 2nál nél = 60°С és 85 W/m 2nál nél = 110 °C FEP KSP anyag esetén;

W/m 2nál nél = 60°С és 100 W/m 2nál nél = 110°С FEP anyag esetén;

W/m 2nál nél = 60°С és 160 W/m 2nál nél = 110 °C a Ga-As FEP anyag esetében; - biztonsági tényező, amely figyelembe veszi a napelemek sugárzás miatti leromlását, 2-3 éves üzemidő esetén 1,2, öt éves üzemidő esetén 1,4;

Képlettel számított kitöltési tényező 1,12; - Hatékonyság SB = 0,97.

Az SB tömegét meghatározott paraméterek alapján határozzák meg. A jelenleg elérhető SB kiviteleknél a fajsúly ​​az = 2,77 kg/m 2szilíciumhoz és = 4,5 kg/m 2gallium-arzenid napelemekhez.

Az SB tömegét a következő képlettel számítjuk ki:

(8)

A SEP kiszámításának megkezdéséhez ki kell választania a napelemeket. A különféle SB-k mérlegelésekor a választás a következőkre esett: a Saturn OJSC szervezet napelemei, amelyek GaAs fotokonvertereken alapulnak, az alábbi jellemzőkkel.

Alapvető SB paraméterek

Paraméter GaAs-alapú SBSB Aktív élettartam, év15Hatékonyság 28°C-on, %28Fajális teljesítmény, W/m 2170Maximális teljesítmény, W/m 2381 Fajsúly, kg/m 21,6 FEP vastagság, µm 150 ± 20

Ezenkívül a számításhoz ismernie kell egy alacsony Föld körüli pályán lévő műhold keringési idejét, az információkat a webhelyről veszik:

· 160 km-es tartományban a forgási periódus körülbelül 88 perc;

· 2000 km-ig az időtartam körülbelül 127 perc.

A számításhoz az átlagos értéket vesszük - körülbelül 100 perc. Ugyanakkor a keringő űrhajók napelemeinek megvilágítási ideje hosszabb (kb. 60 perc), mint a mintegy 40 perces árnyékban való tartózkodásuk ideje.

Terhelési teljesítmény egyenlő a meghajtórendszer, a célberendezés és a töltőteljesítmény szükséges teljesítményének összegével, és egyenlő 220 W-tal (az értéket 25 W-os többlettel veszik).

Az összes ismert értéket behelyettesítve a képletbe, a következőt kapjuk:

,

.

Az SB panel területének meghatározásához a Ga-As FEP anyagot vesszük az üzemi hőmérsékleten = 60°С, a műhold működése 2-3 év, és a következő képletet használjuk:

,

a kezdeti adatokat behelyettesítve a következőket kapjuk:

a számítások után azt kapjuk

,

de figyelembe véve az akkumulátor ritka töltését, a modern technológiák alkalmazását más rendszerek fejlesztésében, valamint figyelembe véve azt is, hogy a terhelési teljesítményt kb. 25 W-os tartalékkal vették, csökkenthető a SB terület 3,6 m2-re


Az RU 2598862 számú szabadalom tulajdonosai:

Felhasználás: az elektrotechnika területén űrhajók különböző kapacitású elsődleges forrásokból történő áramellátásához. HATÁS: az áramellátás megnövekedett megbízhatósága. Az űrhajó áramellátó rendszere a következőket tartalmazza: közvetlen napfény napelemek csoportja (1), visszavert napfény napelemek csoportja (7), generátor áramkör (8), feszültségstabilizátor (2), töltő (3) , kisütőeszköz (4), akkumulátor (5), egyenirányító (9), akkumulátor töltésvezérlő (10) és fogyasztók (6). A 8 generátor áramkörből származó váltakozó feszültséget a 9 blokkban állandóvá alakítjuk, és a 10 akkumulátor töltésvezérlő első bemenetére tápláljuk. A visszavert napfény (7) napkollektorai egyenáramú feszültséget kapnak az akkumulátortöltés-vezérlő (10) második bemenetére. A vezérlő (10) első kimenetéről visszavert napfény generátoráramköréből és napelemeiből származó teljes feszültség az akkumulátor (5) második bemenetére kerül. A vezérlő második kimenetétől az akkumulátor (5) első bemenetéig vezérlőjelek érkeznek az 1-3 érintkezőkkel rendelkező 15-21 kapcsolókhoz és az 1-2 érintkezőkkel rendelkező kapcsolókhoz (22-25). A vezérelt kapcsolóberendezések száma az akkumulátorban lévő akkumulátorok számától függ. A kiválasztott akkumulátor (11-14) újratöltéséhez a megfelelő kapcsolókon az első érintkezők a harmadikkal nyílnak, a másodikkal záródnak, a megfelelő kapcsolókon az első és a második érintkezők zárva vannak. Ily módon az akkumulátor második bemenetére csatlakoztatva a megfelelő akkumulátort a névleges töltőárammal újratöltjük, amíg a vezérlőtől (10) utasítás nem érkezik a következő akkumulátor cseréjére. A fogyasztó (6) a maradék akkumulátoroktól kap áramot, megkerülve a leválasztott akkumulátort, az akkumulátor (5) első kimenetéről. 5 ill.

A találmány űrtechnológiára vonatkozik, és forgással stabilizált űrhajó részeként használható.

Az űrhajó ismert táprendszere közös gumikkal (hasonló), mely napelemeket (elsődleges energiaforrás), akkumulátort, fogyasztókat tartalmaz. Ennek a rendszernek az a hátránya, hogy ebben a rendszerben a feszültség nem stabilizálódik. Ez energiaveszteségekhez vezet a kábelhálózatokban és a beépített egyedi fogyasztói stabilizátorokban.

Ismert űrrepülőgép áramellátó rendszer elválasztott gyűjtősínekkel és párhuzamos feszültségstabilizátorral (analóg), mely töltőt, kisütőt, akkumulátort tartalmaz. Hátránya, hogy nem lehet benne extrém napenergia-szabályozót használni.

A javasolt rendszerhez műszaki lényegét tekintve a legközelebb az űrrepülőgép osztott gumiabroncsokkal és a feszültségstabilizátor 2 (prototípus) soros-párhuzamos csatlakoztatásával ellátott tápellátó rendszere áll, amely közvetlen napfényes napelemeket 1, töltőt 3, kisütőeszközt 4 is tartalmaz, akkumulátor 5 (1. ábra). Ennek az áramellátó rendszernek az a hátránya, hogy nem tud különböző teljesítményű forrásokból származó elektromos energiát fogadni, átalakítani és tárolni, mint például a Föld mágneses mezőjének energiája és a Föld felszínéről visszavert napfény energiája.

A találmány célja az űrjárművek energiaellátó rendszerének képességeinek bővítése különböző, eltérő kapacitású primer forrásokból származó villamos energia fogadására, átalakítására és tárolására, ami lehetővé teszi az űrjárművek aktív élettartamának és teljesítmény/tömeg arányának növelését.

Az 1. A 2. ábra egy forgásstabilizált űrhajó energiaellátó rendszerét mutatja. 3 - a vezérlő által vezérelt kapcsolóeszközöket tartalmazó tároló akkumulátor; ábrán. A 4. ábra az űrhajó külső nézete, forgással stabilizálva a 3. ábrán. Az 5. ábra vázlatosan mutatja az űrhajók forgással stabilizált pályán való mozgásának egyik lehetőségét.

Az űrhajó forgással stabilizált áramellátó rendszere 7 napelemek egy csoportját tartalmazza, amelyek a Földről visszaverődő napfényt elektromos energiává alakítják, 8 generáló áramkört, amely az űrhajó teste mentén elhelyezkedő vezetők (tekercselés) halmaza, amelyben elektromotoros erőt indukálnak az űrszonda tengelye körüli forgásának kiszámítása mögött a Föld mágneses mezőjében egy 9 egyenirányító, egy különböző teljesítményű áramforrásból származó akkumulátor töltésvezérlő 10, egy 5 akkumulátor, amely 15-25 kapcsolókészülékeket tartalmaz, amelyek vezérlése a vezérlőt, az egyes 11-14 akkumulátorok csatlakoztatását vagy leválasztását a 9 vezérlőhöz, hogy kis árammal újratöltsék őket (2. ábra).

A rendszer a következőképpen működik. Az űreszköz pályára állítása során úgy csavarodik el, hogy az űrjármű forgástengelye és a közvetlen napfény napelemei a Nap felé irányulnak (4. ábra). Egy forgó űreszköz pályán való mozgása során a generátor áramkör elvágja a Föld mágneses mezejének indukciós vonalait az űreszköz tengelye körüli forgási sebességével. Ennek eredményeként az elektromágneses indukció törvénye szerint a generáló áramkörben elektromotoros erő indukálódik

ahol µ o a mágneses állandó, H a Föld mágneses terének erőssége, S in a generáló áramkör területe, N c az áramkörben lévő fordulatok száma, ω a forgás szögfrekvenciája.

Amikor a termelő áramkör zárva van a terhelés előtt, áram folyik a fogyasztót termelő áramkörben. A generáló áramkör teljesítménye az űrhajó tengelye körüli nyomatékától függ

ahol J KA az űrhajó tehetetlenségi nyomatéka.

Így a generátor áramkör egy további áramforrás az űrhajó fedélzetén.

A 8 generátor áramkör váltakozó feszültségét a 9 blokkon egyenirányítják, és a 10 akkumulátortöltés-szabályozó első bemenetére táplálják. A 7 visszavert napfény napelemeiből származó egyenfeszültséget az akkumulátortöltés-szabályozó második bemenetére táplálják. 10. A 10 vezérlő első kimenetének teljes feszültsége belép az 5 második akkumulátorbemenetbe. A vezérlő második kimenetétől az 5 akkumulátor első bemenetéig vezérlőjelek vétele az 1-3 érintkezőkkel rendelkező 15-21 kapcsolókhoz. és a 22-25 kapcsolók 1-2 érintkezőkkel. A vezérelt kapcsolóberendezések száma az akkumulátorban lévő akkumulátorok számától függ. A kiválasztott akkumulátor (11-14) újratöltéséhez a megfelelő kapcsolókon az első érintkezők a harmadikkal nyílnak, a másodikkal záródnak, a megfelelő kapcsolókon az első és a második érintkezők zárva vannak. Ily módon az akkumulátor második bemenetéhez csatlakoztatva a megfelelő akkumulátort alacsony áramerősséggel újratöltjük, amíg a 10 vezérlőtől parancs nem érkezik a következő akkumulátor cseréjére. A fogyasztó a fennmaradó akkumulátorokból kap áramot, megkerülve az első kimenetről leválasztott 5. akkumulátort.

Amikor az űrhajó az 1. pozícióban kering (4., 5. ábra), a visszavert napfény napelemei a Föld felé irányulnak. Ebben a pillanatban az űrrepülőgép áramellátó rendszerébe tartozó 3 töltő az 1 közvetlen napsugárzású napkollektoroktól, a 10 akkumulátor töltésvezérlő pedig a 7 visszavert napfényes napelemektől és a 8 generáló áramkörtől kap áramot. a 2 űrszonda, a közvetlen napfény 1 napelemei továbbra is a nap felé irányulnak, míg a visszavert napfény napelemsorai részben eltakarnak. Ebben a pillanatban az űrhajó áramellátó rendszerének 3 töltője továbbra is kap áramot a közvetlen napfény napelemeitől, és a 10 vezérlő elveszíti a 7 blokk energiájának egy részét, de továbbra is kap energiát a 8 blokktól egyenirányító 9. A 3 űrhajó helyzetében minden napelemsor árnyékolt, a 3 töltő nem kap áramot az 1 napelemektől, az űrhajó fedélzeti fogyasztói pedig a tároló akkumulátortól kapják az áramot. Az akkumulátor töltésvezérlője továbbra is kap energiát a 8 generáló áramkörtől, és újratölti a következő akkumulátort. A 4 űrszonda helyzetében a közvetlen napfény 1 napelemsorait ismét megvilágítja a Nap, míg a visszavert napfény szoláris tömbjeit részben takarja. Ebben a pillanatban az űrhajó áramellátó rendszerének 3 töltője továbbra is kap áramot a közvetlen napfény napelemeitől, és a 10 vezérlő elveszíti a 7. blokk energiájának egy részét, de továbbra is kap energiát a 8. blokkból a 9 egyenirányítón keresztül.

Így az űrhajó forgással stabilizált áramellátó rendszere képes fogadni, átalakítani és felhalmozni: a) közvetlen és napfényről visszavert energiát; b) az űreszköz forgásának kinetikus energiája a Föld mágneses mezőjében. Egyébként a javasolt rendszer működése hasonló az ismerthez.

A műszaki eredményt - az űrhajó aktív létezésének és energiaellátásának növelését - az űrhajó energiaellátó rendszerének részeként egy mikrokontroller-töltő használatával érik el, amely lehetővé teszi az akkumulátor töltését az űrhajó elektromos energiaforrásaiból. különböző kapacitások (visszavert napfény és a Föld mágneses mezőjének energiája).

A jelen találmány szerinti funkcionális egységek gyakorlati megvalósítása a következőképpen hajtható végre.

Generáló áramkörként háromfázisú, kétrétegű tekercselés használható szigetelt rézhuzallal, amely lehetővé teszi az elektromotoros erőgörbe alakjának közelítését a szinuszoshoz. Egyenirányítóként egy háromfázisú egyenirányító hídáramköre használható kis teljesítményű D2 és D9 típusú diódákkal, amely csökkenti az egyenirányított feszültség hullámzását. A MAX 17710 mikrokontroller akkumulátor töltésvezérlőként használható, instabil forrásokkal tud működni, 1 μW és 100 mW közötti kimeneti teljesítmény tartományban. A készülék beépített boost konverterrel rendelkezik az akkumulátorok tipikus 0,75 V kimeneti feszültségű forrásból történő töltéséhez, valamint egy beépített szabályozóval, amely megvédi az akkumulátorokat a túltöltéstől. Akkumulátorfeszültség-kiegyenlítő alrendszerrel (kiegyenlítő rendszerekkel) rendelkező lítium-ion akkumulátorok használhatók a vezérlő által vezérelt kapcsolóeszközöket tartalmazó tároló akkumulátorként. Az MSP430F1232 vezérlőn alapulhat.

Így a javasolt eszköz jellegzetes tulajdonságai hozzájárulnak a cél eléréséhez.

Információs források

1. Maxim analóg világa. Új mikroáramkörök / Symmetron cégcsoport // 2. szám, 2013. - 68 p.

2. Grilikhes V.A. Napenergia és űrrepülések / V.A. Griliches, P.P. Orlov, L.B. Popov - M.: Nauka, 1984. - 211 p.

3. Kargu D.L. Űrhajó áramellátó rendszerek / D.L. Kargu, G.B. Szteganov [és mások] - Szentpétervár: VKA im. A.F. Mozhaisky, 2013. - 116 p.

4. Katsman M.M. Elektromos gépek / M.M. Katzman. - tanulmányok. tanulói pótlék spec. műszaki iskolák. - 2. kiadás, átdolgozva. és további - M.: Feljebb. Shk., 1990. - 463 p.

5. Pryanishnikov V.A. Elektronika. Előadások menete / V.A. Pryanishnikov - Szentpétervár: Krona Print LLC, 1998. - 400 p.

6. Rykovanov A.N. Táprendszerek Li-ion akkumulátorokhoz / A.N. Rykovanov // Teljesítményelektronika. - 2009. - 1. sz.

7. Chilin Yu.N. Modellezés és optimalizálás űrhajók energiarendszereiben / Yu.N. Chilin. - Szentpétervár: VIKA, 1995. - 277 p.

Az űrhajó áramellátó rendszere, amely közvetlen napfényes napelemek csoportját, egy töltőt, amely a közvetlen napfény napelemeiből kapja az áramot, egy kisülési eszközt, amely akkumulátorról táplálja a fogyasztókat, egy feszültségstabilizátort, amely a fogyasztókat közvetlen napfény napelemről látja el, azzal jellemezve, hogy emellett tartalmaz egy csoportot napelemeket, amelyek a Földről visszaverődő napfényt elektromos energiává alakítják, és egy olyan áramkört hoznak létre, amely az űrhajó testén elhelyezkedő vezetők halmaza (tekercs), amelyben elektromotoros erő indukálódik. az űrrepülőgép tengelye körüli forgásához a Föld mágneses mezőjében egy egyenirányító eszköz, valamint tartalmaz egy akkumulátor töltésvezérlőt különböző kapacitású áramforrásokról, egy akkumulátort, ezenkívül tartalmaz a vezérlő által vezérelt kapcsolóberendezéseket, be- vagy lekapcsoló eszközöket. az egyes akkumulátorokat a vezérlőhöz az újratöltés céljából.

Hasonló szabadalmak:

A találmány űrtechnológiára vonatkozik, és felhasználható űrhajók (SC) és állomások áramellátására. A műszaki eredmény egy hőszabályozó rendszer alkalmazása további energia beszerzésére.

A találmány az elektrotechnika területére vonatkozik. Az autonóm energiaellátó rendszer tartalmaz egy napelemet, egy energiatárolót, egy töltőt és egy kisütőt, valamint egy vagy több feszültségstabilizátorból álló terhelést, amelyek kimenetére villamos energia végfelhasználói csatlakoznak.

A találmány az elektromos iparra vonatkozik, és mesterséges földi műholdak (AES) autonóm energiaellátó rendszerek tervezésében használható. A műszaki eredmény a műhold autonóm energiaellátó rendszerének fajlagos energetikai jellemzőinek és megbízhatóságának növekedése. Módszert javasoltak egyenáramú terhelés egyenárammal való ellátására egy mesterséges földi műhold autonóm áramellátó rendszerében egy napelemből és másodlagos villamosenergia-forrásokból - sorba kapcsolt Nac akkumulátorokat tartalmazó akkumulátorokból, amely a feszültség stabilizálásából áll. az akkumulátorok terhelése, töltése és kisütése egyedi töltőkön és kisülési átalakítókon keresztül, míg a kisülési átalakítók nyomásfokozó egységek nélkül készülnek, amelyekhez az egyes akkumulátorokban lévő Nacc akkumulátorok számát a következő arányból választjuk ki: Nacc≥(Un+1)/Uacc. min, ahol Nacc az egyes akkumulátorok soros áramkörében lévő akkumulátorok száma; Un - feszültség az autonóm áramellátó rendszer kimenetén, V; Uacc.min - egy akkumulátor minimális kisütési feszültsége, V, a töltőkonverterek nyomásfokozó egységek nélkül készülnek, amelyekhez a szoláris akkumulátor munkaponti feszültségét a következő arányból választjuk ki: Urt>Uacc.max Nacc+1, ahol Urt a feszültség a napelem munkapontjában a munkája garantált erőforrásának végén, B; Az Uacc.max egy akkumulátor maximális töltési feszültsége, V, míg az akkumulátorok számított száma Nacc a következő arány alapján nő: Nacc≥(Un+1)/Uacc.min+Nhiba, ahol Nhiba az elfogadhatók száma az akkumulátor meghibásodása, valamint az akkumulátorok terheléssel és töltéssel történő feszültségstabilizálása a napelem extrém feszültségszabályozásával történik.

A találmány az elektrotechnika területére vonatkozik. A műszaki eredmény a rendszer működési képességeinek bővítésében, terhelhetőségének növelésében és a maximális zavartalan működésben rejlik, miközben a fogyasztók egyenárammal történő ellátása mellett az akkumulátor optimális működési paramétereit is fenntartják.

A találmány a napenergia területére vonatkozik, különösen a Napot folyamatosan nyomon követő szoláris berendezésekre, mind a napsugárzás-koncentrátorokkal, mind a lapos szilícium modulokkal, amelyeket például a megbízhatatlan és decentralizált energiaellátású területeken fogyasztók áramellátására terveztek.

A találmány az elektromos iparra vonatkozik, és mesterséges földi műholdak (AES) autonóm energiaellátó rendszerek tervezésében használható.

ANYAG: A találmány egy űrhajó (SC) napelemes rotációs rendszerére (SPSB) vonatkozik. ANYAG: A találmány SPSB elemek elhelyezésére szolgál a nagy teljesítményű napelemek forgatásához és az energia átviteléhez a napelemről az űrrepülőgépre.

A találmány a napenergia átalakításának és földi fogyasztókhoz való továbbításának területére vonatkozik. Az űrerőműben egy szirom típusú napkollektor (1), egy állomástest (2) és egy mikrohullámú antennákból álló nyaláb (3) található. A kollektor (1) fotoelektromos átalakítók lapjaiból (paneleiből) készül - mind a fő, mind a segédeszköz. A lemezek téglalap és háromszög alakúak. Csatlakozásuk automata horgok és hurkok formájában történik, amelyeket a kollektor kioldásakor egy többszárnyú mechanizmus köt össze. Összecsukott állapotban a kollektor (1) kocka alakú. A nyalábantennák (3) a mikrohullámú energiát egy olyan erősítőre fókuszálják, amely ezt az energiát továbbítja a földi erőműveknek. A találmány műszaki eredménye az energiaátalakítás és a fogyasztók felé történő továbbítás hatékonyságának javítása a Föld hatalmas területein. 16 ill.

Felhasználás: az elektrotechnika területén űrhajók különböző kapacitású elsődleges forrásokból történő áramellátásához. HATÁS: az áramellátás megnövekedett megbízhatósága. Az űrhajó áramellátó rendszere a következőket tartalmazza: közvetlen napfény napelemek csoportja, visszavert napfény napelemek csoportja, generátor áramkör, feszültségstabilizátor, töltő, kisütő eszköz, akkumulátor, egyenirányító, akkumulátor töltésvezérlő és a fogyasztók. A generátor áramkörből származó váltakozó feszültséget állandóvá alakítják az egységben, és az akkumulátor töltésvezérlőjének első bemenetére táplálják. A napelemek egyenáramát a visszavert napfény az akkumulátor töltésvezérlőjének második bemenetére táplálja. A generátor áramkör és a napelemek teljes feszültsége a visszavert napfény a vezérlő első kimenetéről a tároló akkumulátor második bemenetére kerül. A vezérlő második kimenetétől az akkumulátor első bemenetéig az 1-3 érintkezőkkel rendelkező kapcsolók és az 1-2 érintkezőkkel rendelkező kapcsolók vezérlőjelei érkeznek. A vezérelt kapcsolóberendezések száma az akkumulátorban lévő akkumulátorok számától függ. A kiválasztott akkumulátor újratöltéséhez a megfelelő kapcsolókon az első érintkezők a harmadikkal nyitnak, a másodikkal záródnak, a megfelelő kapcsolókon az első és a második érintkezők zárva vannak. Ily módon az akkumulátor második bemenetére csatlakoztatva a megfelelő akkumulátort a névleges töltőárammal töltik, amíg a vezérlőtől parancs nem érkezik a következő akkumulátor cseréjére. A fogyasztó a maradék akkumulátorokból kap áramot, megkerülve a leválasztott akkumulátort, az első akkumulátor kimenetről. 5 ill.

M.A. PETROVICSEV, A. S. GURTOV RENDSZER ENERGIAELLÁTÁS A FEDÉLZETEN ÖSSZETETT AZ ŰRJÁRMŰVEK Az Egyetem Szerkesztői és Kiadói Tanácsa tankönyvként hagyta jóvá SAMARA Kiadó SSAU 2007 UDC 629.78.05 BBC 39.62 P306 geoinformation technology” PR I Lektorok: a műszaki tudományok doktora A.<...>K o p t e v, helyettes. Az SNP RCC "TsSKB - Progress" osztályvezetője S. I. Minenko P306 Petrovicsov M.A.<...>Rendszer energiaellátás levegőben összetettűrhajó: tankönyv. pótlék / M.A. Petrovicsov, A.S. Gurtov.<...>A tankönyv a 160802 szakos hallgatóknak szól. Hely eszközöketés erősítő blokkok.<...>UDC 629.78.05 BBC 39.62 ISBN 978-5-7883-0608-7 2 © Petrovichev M. A., Gurtov AS, 2007 © Samara State Aerospace University, 2007 Rendszer elektromos ellátásűrjárművek fedélzeti komplexuma Az összes energiatípus közül az elektromos a legsokoldalúbb.<...>. Rendszer elektromos ellátás(SES) KA az egyik legfontosabb rendszer, amely biztosítja a teljesítményt KA. <...>A SES megbízhatóságát nagymértékben meghatározza minden típusú forrás, konverter, átkapcsolás felszerelésés hálózatok.<...>Szerkezet rendszerek elektromos ellátás KA Alapvető rendszer elektromos ellátás KA van rendszer egyenáram.<...>A terhelési csúcsok kiküszöbölésére használja puffer forrás. <...>Első alkalommal újrafelhasználható KA A Shuttle puffer nélküli áramellátó rendszert használt.<...> 4 Rendszer terjesztés Inverter Inverter hálózati mosogató Elsődleges forrás Puffer forrás Rizs.<...>A térellátó rendszer berendezésének felépítése Puffer forrás azzal jellemezve, hogy az általa termelt összenergia nulla.<...>Az akkumulátor jellemzőinek az elsődleges forrással és a hálózattal való összehangolásához használja a<...>

System_of_power_supply_on_board_complex_of_spacecraft_.pdf

SZÖVETSÉGI OKTATÁSI ÜGYNÖKSÉG ÁLLAMI OKTATÁSI INTÉZMÉNY SZAKMAI FELSŐOKTATÁSI INTÉZMÉNY „SAMARA ÁLLAMI REPÜLÉSI EGYETEM, amelyet S.P. akadémikusról neveztek el. KIRÁLYNŐ» M. A. PETROVICSEV, A. S. GURTOV AZ ŰRJÁRMŰVEK FEDÉLZETI KOMPLEXÉNEK ÁRAMELLÁTÁSA Az Egyetem Szerkesztői és Kiadói Tanácsa tankönyvként jóváhagyta S A M A R A Kiadó SSAU 2007

1 oldal

UDC 629.78.05 LBC 39.62 P306 Innovatív oktatási program "Kompetenciaközpont kialakítása és világszínvonalú szakemberek képzése az űrrepülés és geoinformációs technológiák területén" Véleményezők: A műszaki tudományok doktora A.N. - Haladás "S.I.Minenko Petrovicsev M.A.-ról P306 az űrhajók fedélzeti komplexumának áramellátó rendszere: tankönyv / M.A. Petrovichev, A.S. Gurtov. - Samara: Samar Publishing House State Aerospace University, 2007. - 88 pp.: ISBN 978-5-7883-0608-7 Az űrhajók szerepe és jelentősége figyelembe vesszük az űrhajó áramellátó rendszerét, e rendszer alkotóelemeit, különös figyelmet fordítunk a működési elvek és a tápegységek, azok űrtechnológiai felhasználásának sajátosságainak figyelembevételére. A kézikönyv elég széleskörű hivatkozást ad tananyag, amelyet a nem elektromos szakterület hallgatói használhatnak a kurzus- és diplomatervezésben. A kézikönyv a 160802 „Spacecraft and Upper Stages” szakterület hallgatói számára készült. Hasznos lehet a rakéta- és űripar fiatal szakembereinek is. Készült a Repülőgépészeti Tanszéken. UDC 629.78.05 BBC 39.62 ISBN 978-5-7883-0608-7 2 © Petrovichev M. A., Gurtov AS, 2007 © Samara State Aerospace University, 2007 N A Z I O A N L E P R E S

2. oldal

Az űrhajók fedélzeti komplexumának áramellátó rendszere Az összes energiatípus közül az elektromos a legsokoldalúbb. Más energiafajtákkal összehasonlítva számos előnnyel rendelkezik: az elektromos energia könnyen átalakítható más típusú energiává, az elektromos berendezések hatékonysága sokkal magasabb, mint a más típusú energiával működő berendezések hatékonysága, az elektromos energia könnyen feldolgozható. vezetéken keresztül a fogyasztóhoz, az elektromos energia könnyen elosztható a fogyasztók között. Bármely űrhajó (SC) repülésirányítási folyamatainak automatizálása elképzelhetetlen elektromos energia nélkül. Elektromos energiát használnak az űrhajók eszközeinek és berendezéseinek valamennyi elemének (hajtóműcsoport, vezérlések, kommunikációs rendszerek, műszerkomplexum, fűtés stb.) működtetésére. Az űrszonda energiaellátó rendszere (PSS) az egyik legfontosabb rendszer, amely biztosítja az űrhajó működőképességét. A SES főbb követelményei: a teljes repüléshez szükséges energiatartalék, megbízható működés nulla gravitáció mellett, a fő forrás és a puffer redundanciája (teljesítmény szempontjából) a szükséges megbízhatóság, a kibocsátások és a gázfogyasztás hiánya, a tér bármely pozíciójában való működés képessége, minimális tömeg, minimális költség. A repülési program végrehajtásához szükséges összes elektromos áramnak (normál üzemmódhoz, valamint néhány abnormálishoz) az űrhajó fedélzetén kell lennie, mivel annak pótlása csak emberrel ellátott állomásokon lehetséges. A naperőművek megbízhatóságát nagyban meghatározza a 3