แหล่งจ่ายไฟของยานอวกาศ ระบบจ่ายไฟของคอมเพล็กซ์ออนบอร์ดของยานอวกาศ (160.00 รูเบิล) การออกแบบระบบจ่ายไฟของยานอวกาศ
การประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับสาขาพลังงานอวกาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับระบบจ่ายพลังงานบนยานอวกาศของยานอวกาศ (SC) ตามการประดิษฐ์ระบบจ่ายไฟของยานอวกาศประกอบด้วยแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์, ตัวปรับแรงดันไฟฟ้า, แบตเตอรี่, ตัวปรับกำลังไฟฟ้าที่รุนแรง, และตัวปรับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์และอุปกรณ์คายประจุแบตเตอรี่ทำในรูปแบบของอินเวอร์เตอร์แบบบริดจ์ที่มีร่วมกัน ในขณะที่อินพุตของเครื่องชาร์จเชื่อมต่อกับขดลวดเอาต์พุตของหม้อแปลง ขดลวดเอาต์พุตอื่น ๆ ของหม้อแปลงจะเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ไฟฟ้าโหลดที่มีพิกัดแรงดันเอาต์พุต AC หรือ DC ของตัวเอง และอุปกรณ์กำลังไฟฟ้าโหลดตัวใดตัวหนึ่งเชื่อมต่อกับ ตัวปรับเสถียรแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์และอุปกรณ์คายประจุแบตเตอรี่ ผลลัพธ์ทางเทคนิคคือการขยายขีดความสามารถของระบบจ่ายพลังงานของยานอวกาศ ปรับปรุงคุณภาพของแรงดันเอาต์พุต ลดต้นทุนการพัฒนาและการผลิต และลดเวลาในการพัฒนาระบบ 1 ป่วย
ภาพวาดไปยังสิทธิบัตร RF 2396666
การประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับสาขาพลังงานอวกาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับระบบจ่ายไฟบนยาน (PSS) ของยานอวกาศ (SC)
ระบบจ่ายพลังงานของยานอวกาศเป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวาง ซึ่งประกอบด้วยแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ แบตเตอรี่สำรอง รวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนซึ่งช่วยให้มั่นใจถึงการทำงานร่วมกันของแหล่งพลังงานเหล่านี้สำหรับการโหลดของยานอวกาศ การแปลงและการปรับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่
ลักษณะการปฏิบัติงานของ SEP และสำหรับเทคโนโลยีอวกาศ สิ่งที่สำคัญที่สุดคือกำลังเฉพาะ เช่น อัตราส่วนของพลังงานที่สร้างโดยระบบจ่ายไฟต่อมวล (Psp = Rsep / Msep) ขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของมวลของแหล่งกระแสไฟฟ้าที่ใช้เป็นหลัก แต่ยังรวมถึงแผนภาพโครงสร้างที่ยอมรับของ PSS ด้วย เกิดขึ้นจากคอมเพล็กซ์อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ PDS ซึ่งกำหนดโหมดการทำงานของแหล่งที่มาและประสิทธิภาพของการใช้ศักยภาพ
ระบบจ่ายไฟของยานอวกาศที่เป็นที่รู้จักพร้อมแผนภาพบล็อกที่ให้: การรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าคงที่ที่โหลด (ด้วยความแม่นยำ 0.5-1.0% ของค่าเล็กน้อย), การรักษาแรงดันไฟฟ้าในแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ ลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสไฟฟ้า (CVC) ของจุดปฏิบัติการที่เหมาะสมที่สุด ตลอดจนการนำอัลกอริทึมที่เหมาะสมที่สุดมาใช้ในการควบคุมโหมดการทำงานของแบตเตอรี่ ซึ่งทำให้สามารถให้พารามิเตอร์ capacitive สูงสุดที่เป็นไปได้ระหว่างการหมุนเวียนแบตเตอรี่ในระยะยาวในวงโคจร เป็นตัวอย่างของระบบจ่ายไฟดังกล่าว เราขอนำเสนอโครงการ EPS สำหรับยานอวกาศสื่อสารที่อยู่นิ่งกับที่ในบทความ พลังงานสำหรับดาวเทียมโทรคมนาคม L.Croci, P.Galantini, C.Marana (Proceedings of the European Space Power Conference ซึ่งจัดขึ้นที่เมืองกราซ ประเทศออสเตรีย 23-27 สิงหาคม พ.ศ. 2536 (ESA WPP-054, สิงหาคม พ.ศ. 2536) เสนอ PDS ที่มีกำลัง 5 กิโลวัตต์โดยมี แรงดันไฟฟ้า 42 V ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์คือ 97% ประสิทธิภาพการใช้ความจุของแบตเตอรี่คือ 80% (เมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน 15 ปีของยานอวกาศ)
ในแผนภาพโครงสร้างของ SPS แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์แบ่งออกเป็น 16 ส่วน ซึ่งแต่ละส่วนควบคุมโดยตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบแยกส่วน และเอาต์พุตของส่วนต่างๆ จะเชื่อมต่อกับบัสที่มีความเสถียรทั่วไปผ่านไดโอดแยกส่วนซึ่งรองรับ 42 V ± 1% ตัวปรับความคงตัวของ Shunt รักษาแรงดันไฟฟ้าไว้ที่ 42 V ในส่วนของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ และกำลังดำเนินการออกแบบแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อให้จุดการทำงานที่เหมาะสมที่สุดของ CVC ตรงกับแรงดันไฟฟ้านี้เมื่อสิ้นสุด 15 ปี
ระบบจ่ายไฟส่วนใหญ่สำหรับยานอวกาศในประเทศและต่างประเทศ เช่น HS-702, A-2100 (USA), Spacebus-3000, 4000 (ยุโรปตะวันตก), Sesat, Express-AM, " ยามาล (รัสเซีย) เป็นต้น
ในบทความ "เครื่องมือที่ซับซ้อนของระบบจ่ายไฟผ่านดาวเทียมที่มีการควบคุมพลังงานสูงของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์" ผู้เขียน V.S. Kudryashov, M.V. Nesterishin, A.V. Zhikharev, V.O. Elman, A.S. 47, เมษายน 2547, ฉบับที่ 4) คำอธิบายของโครงสร้าง ไดอะแกรมของ PSS ที่มีตัวควบคุมพลังงานแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์มาก ผลกระทบของการควบคุมดังกล่าวบนดาวเทียมสื่อสารแบบค้างฟ้า Express-A จะแสดงขึ้น ซึ่งตามผลลัพธ์ของการวัดการบิน พลังงานแบตเตอรี่เอาท์พุตเพิ่มขึ้น 5% ตามโครงการที่มีตัวควบคุมแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์สูง EPS ของยานอวกาศในประเทศหลายลำ เช่น ยานอวกาศ Hals, Express, Glonass-M วงโคจรสูง, Gonets วงโคจรต่ำ ฯลฯ ถูกสร้างขึ้นตามโครงการ
ด้วยคุณสมบัติประสิทธิภาพสูงของ EPS ของยานอวกาศสมัยใหม่ พวกมันมีข้อเสียเปรียบทั่วไป - พวกมันไม่เป็นสากลซึ่งจำกัดขอบเขตการใช้งาน
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ต่างๆ ของยานอวกาศนั้นจำเป็นต้องมีการจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าหลายระดับตั้งแต่หน่วยไปจนถึงสิบและหลายร้อยโวลต์ ในขณะที่ PDS ที่ใช้งานอยู่จะมีการสร้างบัสแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเดียวที่มีการจัดอันดับเดียว 27 V หรือ 40 V หรือ 70V หรือ 100V
เมื่อเปลี่ยนจากการจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์หนึ่งไปยังอีกระดับหนึ่ง จำเป็นต้องพัฒนาระบบจ่ายไฟใหม่ด้วยการประมวลผลที่รุนแรงของแหล่งพลังงานในปัจจุบัน - แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์และแบตเตอรี่สำรอง และด้วยเวลาและต้นทุนทางการเงินที่สอดคล้องกัน
โดยเฉพาะอย่างยิ่งข้อเสียนี้ส่งผลต่อการสร้างการดัดแปลงใหม่ของยานอวกาศตามรุ่นพื้นฐานซึ่งเป็นทิศทางหลักในวิศวกรรมยานอวกาศสมัยใหม่
ข้อเสียอีกประการหนึ่งของระบบคือการป้องกันเสียงรบกวนต่ำของผู้ใช้ไฟฟ้าบนยานอวกาศ นี่เป็นเพราะการเชื่อมต่อไฟฟ้าระหว่างบัสพลังงานของอุปกรณ์และแหล่งกระแส ดังนั้นด้วยความผันผวนอย่างรวดเร็วของโหลด ตัวอย่างเช่น เมื่อผู้บริโภคแต่ละรายเปิดหรือปิด ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าจะเกิดขึ้นบนบัสเอาต์พุตทั่วไปของระบบจ่ายไฟ ซึ่งเรียกว่า ภาวะชั่วคราวที่เกิดจากแรงดันไฟกระชากที่ความต้านทานภายในของแหล่งกระแส
มีการเสนอระบบจ่ายไฟพร้อมบล็อกไดอะแกรมใหม่ ซึ่งทำให้สามารถขจัดข้อบกพร่องที่กล่าวถึงข้างต้นของระบบจ่ายไฟของยานอวกาศที่รู้จัก
โซลูชันทางเทคนิคที่ใกล้เคียงที่สุดกับระบบที่เสนอคือระบบจ่ายพลังงานของยานอวกาศอิสระตามสิทธิบัตร RF 2297706 ซึ่งได้รับเลือกให้เป็นต้นแบบ
ต้นแบบมีข้อเสียเช่นเดียวกับคู่หูข้างต้น
วัตถุประสงค์ของการประดิษฐ์คือการขยายขีดความสามารถของระบบจ่ายพลังงานของยานอวกาศ ปรับปรุงคุณภาพของแรงดันเอาต์พุต ลดต้นทุนการพัฒนาและการผลิต และลดเวลาในการพัฒนาระบบ
สาระสำคัญของการประดิษฐ์ที่อ้างสิทธิ์แสดงโดยภาพวาด
ระบบจ่ายไฟประกอบด้วยแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ 1, แบตเตอรี่ 2, ตัวปรับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ 3, เครื่องคายประจุแบตเตอรี่ 4, เครื่องชาร์จแบตเตอรี่ 5, เครื่องควบคุมกำลังไฟสูงของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ 6, เชื่อมต่อโดยอินพุตเข้ากับการคายประจุ 4 และอุปกรณ์ชาร์จ 5 เครื่องและกระแสเซ็นเซอร์ของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ 7 และเอาต์พุต - พร้อมตัวปรับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ 3
Stabilizer 3 และอุปกรณ์ปล่อย 4 ทำในรูปแบบของอินเวอร์เตอร์บริดจ์ ตัวอย่างเช่นคำอธิบายของอินเวอร์เตอร์บริดจ์ดังกล่าวในบทความ: "ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าความถี่สูงพร้อมการสลับจังหวะ" ผู้เขียน A.V. Lukin (j. POWER SUPPLY, การรวบรวมทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิค ฉบับที่ 1, แก้ไขโดย Yu. , M. , 1993), The Series Connected Buck Boost Regulator for High Efficiency DC Voltage Regulation โดย Arthur G. Birchenough (NASA Technical Memorandum 2003-212514, NASA Lewis Research Center, Cleveland, ON) รวมทั้งในบทความ ไดอะแกรมโครงสร้างและโซลูชันวงจร ของคอมเพล็กซ์ของระบบอัตโนมัติและความเสถียรของ SEP ของ SV GEOSTATIONAL NON-HERMETIC ด้วยการแยกอุปกรณ์ GALVANIC จากพลังงานแสงอาทิตย์และแบตเตอรี่ ผู้เขียน Polyakov S.A., Chernyshev A.I., Elman V.O., Kudryashov B. C. ดู "ระบบและอุปกรณ์เครื่องกลไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์: ส. . ผลงานทางวิทยาศาสตร์ของ SPC "Polus" - Tomsk: IGP "RASKO" ภายใต้สำนักพิมพ์ "Radio and Communication", 2544, 568 p.
ขดลวดเอาต์พุต 9, 10 ของตัวกันโคลงและอุปกรณ์คายประจุนั้นเชื่อมต่อกับหม้อแปลงทั่วไป 8 เป็นขดลวดปฐมภูมิตามลำดับ แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ 1 เชื่อมต่อกับตัวกันโคลง 3 โดยยางขั้วบวกและขั้วลบ และเซ็นเซอร์ 7 ปัจจุบันดังกล่าวติดตั้งอยู่ในยางตัวใดตัวหนึ่ง แบตเตอรี่สำรอง 2 เชื่อมต่อกับอุปกรณ์คายประจุด้วยยางขั้วบวกและขั้วลบ เครื่องชาร์จ 5 เชื่อมต่อกับอินพุตเข้ากับขดลวดทุติยภูมิ 11 ของหม้อแปลง 8 และเอาต์พุตเชื่อมต่อกับยางบวกและลบของแบตเตอรี่ 2
ขดลวดทุติยภูมิ 12 ของหม้อแปลง 8 เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ไฟฟ้า 13 ของโหลด 14 โดยมีการจัดอันดับแรงดันไฟขาออก AC ของตัวเองและกับขดลวดทุติยภูมิ 15 ของหม้อแปลง 8 อุปกรณ์ไฟฟ้า 16 ของโหลด 17 ของ DC เชื่อมต่ออยู่ ด้วยการจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าของตัวเองหนึ่งในอุปกรณ์ไฟฟ้า 18 ของโหลด 19 เป็นไฟฟ้ากระแสตรงหรือกระแสสลับ เชื่อมต่อกับขดลวดทุติยภูมิ 20 ของหม้อแปลง 8 ถูกเลือกเป็นอุปกรณ์หลักและใช้เพื่อทำให้แรงดันไฟฟ้าคงที่บน ขดลวดทุติยภูมิ 20 ของหม้อแปลง 8. เพื่อจุดประสงค์นี้ อุปกรณ์ 18 เชื่อมต่อโดยการตอบรับกับโคลง 3 และอุปกรณ์คายประจุ 4
การก่อตัวของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับบนเอาต์พุตที่คดเคี้ยว 9 ของโคลง 3 มีให้โดยวงจรควบคุม 21 ซึ่งตามกฎหมายบางประการจะเปิดทรานซิสเตอร์ 22, 23 และ 24, 25 เป็นคู่ตามลำดับ
ในทำนองเดียวกันแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจะเกิดขึ้นที่เอาต์พุตที่คดเคี้ยว 10 ของอุปกรณ์บิต 4 โดยวงจรควบคุม 26 ทรานซิสเตอร์ 27, 28 และ 29, 30 ตามลำดับ
เครื่องควบคุมกำลังไฟฟ้าสูงสุด 6 โดยคำนึงถึงการอ่านค่าของเซ็นเซอร์ปัจจุบัน 7 และแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ 1 สร้างสัญญาณการแก้ไขสำหรับการเปลี่ยนกฎการเปิดของทรานซิสเตอร์ของโคลง 3 เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์เป็น เท่ากับแรงดันที่เหมาะสมของคุณสมบัติแรงดันกระแส (CVC) ของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์
ระบบจ่ายไฟทำงานในโหมดหลักต่อไปนี้
1. โหลดที่ขับเคลื่อนโดยแผงโซลาร์เซลล์
เมื่อพลังงานของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์เกินพลังงานทั้งหมดที่ใช้โดยโหลด สะพานโคลง 3 โดยใช้ข้อเสนอแนะของอุปกรณ์ 18 และโคลง 3 บนขดลวดทุติยภูมิ 20 ของหม้อแปลง 8 จะรักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ในระดับที่ รับประกันความเสถียรของแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการบนโหลด 19 ในขณะเดียวกันบนขดลวดทุติยภูมิ 11, 12, 15 ของหม้อแปลงยังได้รับการสนับสนุนโดยแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่เสถียรโดยคำนึงถึงอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงของขดลวด แบตเตอรี่ 2 ชาร์จเต็มแล้ว อุปกรณ์ชาร์จ 5 และดิสชาร์จ 4 ถูกปิด เรกูเลเตอร์ 6 ถูกปิด
2. การชาร์จแบตเตอรี่
เมื่อจำเป็นต้องชาร์จแบตเตอรี่ เครื่องชาร์จ 5 จะสร้างสัญญาณเพื่อเปิดการชาร์จและจ่ายโดยการแปลงกระแสสลับจากขดลวดทุติยภูมิ 11 ของหม้อแปลง 8 เป็นกระแสตรงของการชาร์จแบตเตอรี่ สัญญาณเพื่อเปิดเครื่องชาร์จ 5 จะถูกส่งไปยังอินพุตของคอนโทรลเลอร์ 6 ซึ่งจะเปลี่ยนโคลง 3 เข้าสู่โหมดการควบคุมพลังงานแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์อย่างสุดขีด ขนาดของกระแสชาร์จของแบตเตอรี่ถูกกำหนดโดยความแตกต่างระหว่างกำลังของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ ณ จุดทำงานที่เหมาะสมที่สุดของคุณลักษณะของแรงดันกระแสไฟฟ้าและกำลังรวมของโหลด Discharger ถูกปิดการใช้งาน
3. โหลดพลังงานจากแบตเตอรี่
โหมดนี้เกิดขึ้นเมื่อยานอวกาศเข้าสู่เงาของโลก ดวงจันทร์ ในกรณีที่เกิดสถานการณ์ผิดปกติที่เป็นไปได้โดยสูญเสียการวางแนวของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ เมื่อยานอวกาศเข้าสู่วงโคจรเมื่อพับแผงเซลล์แสงอาทิตย์ พลังของแผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นศูนย์ และโหลดได้พลังงานจากการคายประจุของแบตเตอรี่ ในโหมดนี้ การปรับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่บนขดลวดทุติยภูมิ 20 ของหม้อแปลง 8 มีให้โดยอุปกรณ์จ่ายไฟในลักษณะเดียวกับโหมดแรก โดยใช้ข้อเสนอแนะของอุปกรณ์ 18 กับอุปกรณ์จ่ายไฟ Stabilizer 3, ตัวควบคุมมากสุด 6, เครื่องชาร์จ 5 ถูกปิดใช้งาน
4. โหลดไฟฟ้าร่วมกันจากแผงโซลาร์เซลล์และแบตเตอรี่สำรอง
โหมดนี้เกิดขึ้นเมื่อไม่มีพลังงานจากแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่จะจ่ายพลังงานให้กับผู้บริโภคที่เชื่อมต่อทั้งหมด เช่น เมื่อโหลดสูงสุดถูกเปิดขึ้น ระหว่างการซ้อมรบของยานอวกาศเพื่อแก้ไขวงโคจร เมื่อยานอวกาศเข้าและออกจากส่วนที่เป็นเงาของวงโคจร เป็นต้น .
ในโหมดนี้ ตัวปรับเสถียรภาพ 3 จะทำงานโดยตัวควบคุมขั้นสูง 6 บนสัญญาณจากอุปกรณ์ปล่อยประจุ 4 เข้าสู่โหมดการควบคุมพลังงานสูงของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ 1 และพลังงานที่ขาดหายไปเพื่อจ่ายไฟให้กับโหลดจะถูกเพิ่มโดยการคายประจุแบตเตอรี่ 2 . การรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าบนขดลวดทุติยภูมิ 20 ของหม้อแปลง 8 มีให้โดยอุปกรณ์จำหน่าย 4 โดยอุปกรณ์ 18 ข้อเสนอแนะพร้อมอุปกรณ์บิต 4
ระบบจ่ายไฟทำงานโดยอัตโนมัติอย่างสมบูรณ์
ระบบจ่ายพลังงานของยานอวกาศที่เสนอมีข้อได้เปรียบเหนือระบบที่รู้จักดังต่อไปนี้:
ให้พิกัดแรงดันไฟฟ้าคงที่ของกระแสตรงหรือกระแสสลับที่เอาต์พุตซึ่งจำเป็นสำหรับจ่ายพลังงานให้กับโหลดต่าง ๆ ของยานอวกาศ ซึ่งขยายความเป็นไปได้ในการใช้งานบนยานอวกาศของคลาสต่าง ๆ หรือเมื่ออัพเกรดอุปกรณ์ที่มีอยู่
คุณภาพที่สูงขึ้นของแรงดันไฟฟ้าโหลดเนื่องจากการลดสัญญาณรบกวน tk บัสกำลังโหลดเป็นแบบไฟฟ้า (ผ่านหม้อแปลง) ที่แยกได้จากบัสบาร์ของแหล่งกระแส
ให้การรวมระบบในระดับสูงและความเป็นไปได้ในการปรับให้เข้ากับสภาพการใช้งานที่เปลี่ยนแปลงบนยานอวกาศประเภทต่าง ๆ หรือการดัดแปลงโดยมีการดัดแปลงน้อยที่สุดในแง่ของอุปกรณ์ไฟฟ้ากำลังโหลดโดยไม่ส่งผลกระทบต่อส่วนประกอบพื้นฐานของระบบ (พลังงานแสงอาทิตย์และที่เก็บข้อมูล แบตเตอรี่, โคลง, เครื่องชาร์จและอุปกรณ์คายประจุ)
ความเป็นไปได้ของการออกแบบอิสระและการเพิ่มประสิทธิภาพของแหล่งกระแสไฟฟ้าในแง่ของแรงดันไฟฟ้า, ทางเลือกของขนาดมาตรฐานของแบตเตอรี่, เครื่องกำเนิดแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์เดี่ยว ฯลฯ มีให้
ลดเวลาและต้นทุนในการพัฒนาและผลิตระบบจ่ายไฟ
ปัจจุบัน JSC "ISS" พวกเขา M.F. Reshetnev ร่วมกับองค์กรที่เกี่ยวข้องจำนวนหนึ่งกำลังพัฒนาระบบจ่ายไฟที่เสนอและกำลังผลิตหน่วยห้องปฏิบัติการแต่ละหน่วยของอุปกรณ์ ในตัวอย่างแรกของบริดจ์อินเวอร์เตอร์ ได้รับประสิทธิภาพ 95-96.5%
จากเอกสารข้อมูลสิทธิบัตรที่ผู้ขอทราบ ไม่พบชุดคุณลักษณะที่คล้ายคลึงกับชุดคุณลักษณะของวัตถุที่อ้างสิทธิ์
เรียกร้อง
ระบบจ่ายพลังงานของยานอวกาศประกอบด้วยแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่อโดยบัสบวกและลบกับตัวปรับแรงดันไฟฟ้า แบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อด้วยบัสบวกและลบเข้ากับอินพุตของการคายประจุและเอาต์พุตของเครื่องชาร์จ เครื่องควบคุมพลังงานแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์แบบสุดขั้ว เชื่อมต่อโดยอินพุตกับเซ็นเซอร์ปัจจุบันซึ่งติดตั้งอยู่ในบัสตัวใดตัวหนึ่งระหว่างแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์และตัวปรับแรงดันไฟฟ้า การคายประจุและเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ และเอาต์พุตอยู่กับตัวปรับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ ลักษณะเฉพาะคือตัวปรับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์และ อุปกรณ์จำหน่ายแบตเตอรี่ทำในรูปแบบของอินเวอร์เตอร์แบบบริดจ์พร้อมหม้อแปลงทั่วไป ในเวลาเดียวกันอินพุตของเครื่องชาร์จเชื่อมต่อกับขดลวดเอาต์พุตของหม้อแปลงในขณะที่ขดลวดเอาต์พุตอื่น ๆ ของหม้อแปลงเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ไฟฟ้าโหลด ด้วยพิกัดแรงดันเอาท์พุต AC หรือ DC ของตัวเอง และอุปกรณ์ไฟฟ้ากำลังไฟฟ้าตัวใดตัวหนึ่งเชื่อมต่อกับตัวปรับความคงตัวของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์และอุปกรณ์คายประจุแบตเตอรี่
ลิขสิทธิ์ภาพส.ป.ล
ภารกิจในอวกาศที่กินเวลานานหลายสิบปี หรือนานกว่านั้น จะต้องใช้พาวเวอร์ซัพพลายรุ่นใหม่ เบราว์เซอร์ตัดสินใจที่จะค้นหาว่านักออกแบบมีตัวเลือกใดบ้าง
ระบบไฟฟ้าเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของยานอวกาศ ระบบเหล่านี้ต้องมีความน่าเชื่อถืออย่างมากและได้รับการออกแบบมาให้ทำงานในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย
อุปกรณ์ที่ซับซ้อนสมัยใหม่ต้องการพลังงานมากขึ้นเรื่อย ๆ - อนาคตของแหล่งพลังงานของพวกเขาคืออะไร?
สมาร์ทโฟนสมัยใหม่โดยเฉลี่ยสามารถอยู่ได้เกือบทั้งวันด้วยการชาร์จเพียงครั้งเดียว และยานสำรวจโวเอเจอร์ซึ่งเปิดตัวเมื่อ 38 ปีก่อน ยังคงส่งสัญญาณมายังโลก โดยออกจากระบบสุริยะไปแล้ว
คอมพิวเตอร์ Voyager สามารถทำงานได้ 81,000 ครั้งต่อวินาที แต่โปรเซสเซอร์ของสมาร์ทโฟนเร็วกว่าเจ็ดพันเท่า
- บทความ BBC Future อื่น ๆ ในภาษารัสเซีย
เมื่อออกแบบโทรศัพท์ แน่นอนว่าจะต้องชาร์จใหม่เป็นประจำและไม่น่าจะอยู่ห่างจากเต้าเสียบที่ใกล้ที่สุดหลายล้านกิโลเมตร
การชาร์จแบตเตอรี่ของยานอวกาศจะไม่ทำงาน ซึ่งตามแผนแล้วควรอยู่ห่างจากแหล่งปัจจุบันหนึ่งร้อยล้านกิโลเมตร - จำเป็นต้องสามารถบรรทุกแบตเตอรี่ที่มีความจุเพียงพอบนยานเพื่อทำงานเป็นเวลาหลายทศวรรษ หรือ ผลิตกระแสไฟฟ้าได้เอง
ในการแก้ปัญหาการออกแบบนั้นค่อนข้างยาก
อุปกรณ์ออนบอร์ดบางตัวต้องการไฟฟ้าเป็นช่วงๆ เท่านั้น แต่อุปกรณ์อื่นๆ จำเป็นต้องทำงานอย่างต่อเนื่อง
ต้องเปิดเครื่องรับและส่งสัญญาณไว้เสมอ และในเที่ยวบินที่มีมนุษย์ควบคุมหรือบนสถานีอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุม จะต้องเปิดระบบช่วยชีวิตและระบบแสงสว่างด้วย
ลิขสิทธิ์ภาพองค์การนาซ่าคำอธิบายภาพ เครื่องยนต์ของ Voyagers ไม่ใช่เครื่องยนต์ที่ทันสมัยที่สุด แต่ใช้งานได้นานถึง 38 ปีดร. เรา สุรัมภูดี เป็นหัวหน้าโครงการเทคโนโลยีพลังงานที่ Jet Propulsion Laboratory ที่ California Institute of Technology ในสหรัฐอเมริกา กว่า 30 ปี เขาได้พัฒนาระบบพลังงานสำหรับยาน NASA หลายลำ
ตามที่เขาพูด ระบบพลังงานมักจะคิดเป็นประมาณ 30% ของมวลทั้งหมดของยานอวกาศ ช่วยแก้ปัญหาหลักสามประการ:
- การผลิตกระแสไฟฟ้า
- ที่เก็บไฟฟ้า
- จำหน่ายไฟฟ้า
ทุกส่วนของระบบมีความสำคัญต่อการทำงานของอุปกรณ์ ควรมีน้ำหนักเบา ทนทาน และมี "ความหนาแน่นของพลังงาน" สูง นั่นคือเพื่อสร้างพลังงานจำนวนมากด้วยปริมาตรที่ค่อนข้างเล็ก
นอกจากนี้พวกเขาจะต้องมีความน่าเชื่อถือเนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะส่งบุคคลไปในอวกาศเพื่อแก้ไขการพังทลาย
ระบบนี้ไม่เพียงต้องสร้างพลังงานให้เพียงพอสำหรับทุกความต้องการเท่านั้น แต่ยังต้องทำตลอดเที่ยวบินด้วย - และสามารถใช้งานได้นานหลายทศวรรษ และในอนาคต หรืออาจถึงหลายศตวรรษ
"อายุการใช้งานโดยประมาณน่าจะยาวนาน - ถ้ามีอะไรพัง ก็จะไม่มีใครมาซ่อม" สุรัมภูดี อายุต่ำกว่า 30 ปี กล่าว
ลิขสิทธิ์ภาพองค์การนาซ่าคำอธิบายภาพ ภารกิจการเบี่ยงเบนดาวเคราะห์น้อยของ NASA จะใช้พลังงานแสงอาทิตย์ชนิดใหม่ที่มีประสิทธิภาพและทนทานกว่ารุ่นก่อนระบบไฟฟ้าของยานอวกาศอยู่ภายใต้เงื่อนไขที่เฉพาะเจาะจงมาก - ต้องยังคงใช้งานได้ในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง ในสุญญากาศ ภายใต้อิทธิพลของรังสีที่รุนแรงมาก (ซึ่งจะปิดการใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปส่วนใหญ่) และอุณหภูมิที่สูงมาก
"ถ้าคุณลงจอดบนดาวศุกร์ มันจะทำมุม 460 องศา" ผู้เชี่ยวชาญกล่าว "และเมื่อลงจอดบนดาวพฤหัส อุณหภูมิจะติดลบ 150"
ยานพาหนะที่มุ่งหน้าไปยังศูนย์กลางของระบบสุริยะไม่มีปัญหาการขาดแคลนพลังงานจากแผงโซลาร์เซลล์
แผงเหล่านี้ดูไม่แตกต่างจากแผงโซลาร์เซลล์ที่ติดตั้งบนหลังคาของอาคารที่อยู่อาศัยมากนัก แต่ในขณะเดียวกันก็ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สูงกว่ามาก
มันร้อนมากเมื่ออยู่ใกล้ดวงอาทิตย์และแผงโซลาร์เซลล์อาจร้อนเกินไป เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ แผงจะหันออกจากดวงอาทิตย์
ในวงโคจรของดาวเคราะห์ แผงโซลาร์เซลล์จะมีประสิทธิภาพน้อยกว่า: พวกมันสร้างพลังงานได้น้อยลง เนื่องจากในบางครั้งพวกมันจะถูกกั้นจากดวงอาทิตย์โดยตัวดาวเคราะห์เอง ในสถานการณ์เช่นนี้ จำเป็นต้องมีระบบกักเก็บพลังงานที่เชื่อถือได้
สารละลายปรมาณู
ระบบดังกล่าวสามารถสร้างขึ้นโดยใช้แบตเตอรี่นิกเกิลไฮโดรเจนที่สามารถทนต่อรอบการชาร์จมากกว่า 50,000 รอบและใช้งานได้นานกว่า 15 ปี
ซึ่งแตกต่างจากแบตเตอรี่ทั่วไปซึ่งใช้งานไม่ได้ในอวกาศ แบตเตอรี่เหล่านี้จะถูกปิดผนึกและสามารถทำงานได้ตามปกติในสุญญากาศ
เมื่อคุณถอยห่างจากดวงอาทิตย์ ระดับการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์จะลดลงตามธรรมชาติ: สำหรับโลกคือ 1,374 วัตต์ต่อตารางเมตร สำหรับดาวพฤหัสบดีเท่ากับ 50 และสำหรับดาวพลูโต จะมีเพียงหนึ่งวัตต์ต่อตารางเมตร
ดังนั้นหากอุปกรณ์บินเกินวงโคจรของดาวพฤหัสบดี ระบบพลังงานปรมาณูจะถูกนำไปใช้
ที่พบมากที่สุดคือเครื่องกำเนิดความร้อนด้วยไอโซโทปรังสี (RTG) ที่ใช้บนยานโวเอเจอร์และแคสสินี และบนยานสำรวจคิวริออซิตี
ลิขสิทธิ์ภาพองค์การนาซ่าคำอธิบายภาพ เครื่องกำเนิดไอโซโทปรังสีสเตอร์ลิงที่ได้รับการปรับปรุงกำลังได้รับการพิจารณาให้เป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานที่เป็นไปได้สำหรับภารกิจที่ยาวนานไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวในพาวเวอร์ซัพพลายเหล่านี้ พวกมันสร้างพลังงานผ่านการสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี เช่น พลูโตเนียม อายุการใช้งานเกิน 30 ปี
หากไม่สามารถใช้ RTG ได้ (เช่น หากจำเป็นต้องใช้โล่ขนาดใหญ่เกินไปสำหรับการบินเพื่อป้องกันลูกเรือจากรังสี) และแผงเซลล์แสงอาทิตย์ไม่เหมาะสมเนื่องจากอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มากเกินไป ก็สามารถใช้เซลล์เชื้อเพลิงได้
เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน-ออกซิเจนถูกนำมาใช้ในโครงการอวกาศ Gemini และ Apollo ของสหรัฐฯ เซลล์ดังกล่าวไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ แต่จะปล่อยพลังงานจำนวนมาก และผลพลอยได้จากกระบวนการนี้คือน้ำ ซึ่งลูกเรือสามารถดื่มได้
NASA และ Jet Propulsion Laboratory กำลังทำงานเพื่อสร้างระบบที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ใช้พลังงานมาก และมีขนาดกะทัดรัดพร้อมทรัพยากรในการทำงานสูง
แต่ยานอวกาศใหม่ต้องการพลังงานมากขึ้น: ระบบบนยานมีความซับซ้อนมากขึ้นอย่างต่อเนื่องและใช้พลังงานไฟฟ้าจำนวนมาก
สำหรับเที่ยวบินระยะยาว อาจใช้ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้านิวเคลียร์
นี่เป็นเรื่องจริงโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเรือที่ใช้ไดรฟ์ไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น ไอออนขับเคลื่อน ซึ่งใช้ครั้งแรกในยาน Deep Space 1 ในปี 1998 และหลังจากนั้นก็ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย
โดยทั่วไปแล้ว มอเตอร์ไฟฟ้าจะทำงานโดยการขับจรวดด้วยไฟฟ้าด้วยความเร็วสูง แต่ก็มีมอเตอร์ที่เร่งยานพาหนะผ่านปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าพลศาสตร์กับสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์
ระบบพลังงานภาคพื้นดินส่วนใหญ่ไม่สามารถใช้งานในอวกาศได้ ดังนั้นวงจรใหม่ใด ๆ ก่อนที่จะติดตั้งบนยานอวกาศจะต้องผ่านการทดสอบอย่างจริงจัง
ห้องทดลองของนาซ่ากำลังสร้างสภาวะที่เลวร้ายซึ่งอุปกรณ์ใหม่จะต้องใช้งานได้: มันถูกฉายรังสีและอยู่ภายใต้การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่รุนแรง
สู่พรมแดนใหม่
เป็นไปได้ว่าเครื่องกำเนิดไอโซโทปรังสีสเตอร์ลิงที่ได้รับการปรับปรุงจะถูกใช้ในเที่ยวบินในอนาคต พวกเขาทำงานบนหลักการคล้ายกับ RTG แต่มีประสิทธิภาพมากกว่ามาก
นอกจากนี้ยังสามารถสร้างขนาดเล็กมากได้ - แม้ว่าจะทำให้การออกแบบซับซ้อนขึ้น
นอกจากนี้ยังมีการสร้างแบตเตอรี่ใหม่สำหรับการบินตามแผนของ NASA ไปยัง Europa ซึ่งเป็นหนึ่งในดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี พวกเขาจะสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิตั้งแต่ -80 ถึง -100 องศา
และแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนรุ่นใหม่ที่นักออกแบบกำลังพัฒนาจะมีความจุเป็นสองเท่าของแบตเตอรี่ปัจจุบัน ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา นักบินอวกาศสามารถใช้เวลาเพิ่มขึ้นสองเท่าบนพื้นผิวดวงจันทร์ก่อนที่จะกลับไปที่ยานเพื่อเติมพลัง
ลิขสิทธิ์ภาพส.ป.ลคำอธิบายภาพ ในการจัดหาพลังงานให้กับการตั้งถิ่นฐานดังกล่าว มักจะต้องใช้เชื้อเพลิงประเภทใหม่แผงโซลาร์เซลล์ใหม่ยังได้รับการออกแบบให้สามารถเก็บพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในที่ที่มีแสงน้อยและอุณหภูมิต่ำ ซึ่งจะทำให้อุปกรณ์บนแผงโซลาร์เซลล์สามารถบินได้ไกลจากดวงอาทิตย์มากขึ้น
ในบางระยะ NASA ตั้งใจที่จะสร้างฐานถาวรบนดาวอังคาร และอาจเป็นไปได้บนดาวเคราะห์ที่ห่างไกลออกไป
ระบบพลังงานของการตั้งถิ่นฐานดังกล่าวจะต้องมีพลังมากกว่าระบบที่ใช้ในอวกาศในปัจจุบัน และออกแบบมาเพื่อการใช้งานที่ยาวนานกว่ามาก
มีฮีเลียม-3 จำนวนมากบนดวงจันทร์ - ไอโซโทปนี้หายากบนโลกและเป็นเชื้อเพลิงในอุดมคติสำหรับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนนิวเคลียร์ อย่างไรก็ตาม ยังไม่สามารถบรรลุความเสถียรเพียงพอของเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันเพื่อใช้แหล่งพลังงานนี้ในยานอวกาศ
นอกจากนี้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสที่มีอยู่ในปัจจุบันยังครอบครองพื้นที่ของโรงเก็บเครื่องบินและในรูปแบบนี้เป็นไปไม่ได้ที่จะใช้สำหรับเที่ยวบินอวกาศ
เป็นไปได้หรือไม่ที่จะใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบธรรมดา - โดยเฉพาะอย่างยิ่งในยานพาหนะที่มีระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าและในภารกิจที่วางแผนไว้ไปยังดวงจันทร์และดาวอังคาร
ในกรณีนี้ อาณานิคมจะไม่ต้องบำรุงรักษาแหล่งไฟฟ้าแยกต่างหาก - เครื่องปฏิกรณ์ของเรือสามารถทำหน้าที่ของมันได้
สำหรับเที่ยวบินระยะยาว อาจใช้ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้านิวเคลียร์
"ยาน Asteroid Deflection Mission ต้องการแผงโซลาร์ขนาดใหญ่เพื่อให้มีพลังงานไฟฟ้าเพียงพอที่จะเคลื่อนที่ไปรอบๆ ดาวเคราะห์น้อย" Surampudi กล่าว
อย่างไรก็ตาม เราไม่น่าจะเห็นยานอวกาศพลังงานนิวเคลียร์ในเร็วๆ นี้
"เทคโนโลยีนี้ยังไม่ได้รับการพัฒนาที่ดีนัก เราต้องมั่นใจในความปลอดภัยก่อนที่จะปล่อยอุปกรณ์ดังกล่าวขึ้นสู่อวกาศ" ผู้เชี่ยวชาญอธิบาย
จำเป็นต้องมีการทดสอบที่เข้มงวดเพิ่มเติมเพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องปฏิกรณ์สามารถทนต่อความเข้มงวดของการบินในอวกาศได้
ระบบพลังงานที่มีแนวโน้มทั้งหมดเหล่านี้จะช่วยให้ยานอวกาศมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นและบินได้ไกลขึ้น แต่ก็ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา
เมื่อการทดสอบเสร็จสิ้น ระบบดังกล่าวจะกลายเป็นองค์ประกอบบังคับของเที่ยวบินสู่ดาวอังคารและอื่นๆ
- คุณสามารถอ่านได้ที่เว็บไซต์
การแนะนำ
แหล่งจ่ายไฟพื้นที่แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์
ในปัจจุบัน หนึ่งในลำดับความสำคัญของการพัฒนาเชิงกลยุทธ์ของศักยภาพทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคของสาธารณรัฐคือการสร้างอุตสาหกรรมอวกาศ ด้วยเหตุนี้ National Space Agency (Kazkosmos) จึงก่อตั้งขึ้นในคาซัคสถานในปี 2550 ซึ่งกิจกรรมส่วนใหญ่มุ่งเป้าไปที่การพัฒนาและการใช้เทคโนโลยีอวกาศเป้าหมายและการพัฒนาวิทยาศาสตร์อวกาศเพื่อประโยชน์ของการพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมของประเทศ
การวิจัยอวกาศทางวิทยาศาสตร์ใน Kazkosmos ส่วนใหญ่ดำเนินการที่ JSC "National Center for Space Research and Technology" (JSC "NCKIT") ซึ่งรวมถึงสถาบันวิจัยสี่แห่ง ได้แก่ Astrophysical Institute วี.จี. Fesenkov, สถาบัน Ionosphere, สถาบันวิจัยอวกาศ, สถาบันวิศวกรรมอวกาศและเทคโนโลยี JSC "NTsKIT" มีฐานการทดลองขนาดใหญ่: กองอุปกรณ์การวัดที่ทันสมัย สถานที่ทดสอบ หอดูดาว ศูนย์วิจัยสำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์พื้นฐานและประยุกต์ในด้านกิจกรรมอวกาศตามลำดับความสำคัญที่ได้รับอนุมัติ
บริษัท ร่วมทุน "ศูนย์วิจัยและเทคโนโลยีอวกาศแห่งชาติ" JSC "NCKIT" จัดตั้งขึ้นโดยการปรับโครงสร้างรัฐวิสาหกิจของพรรครีพับลิกันทางด้านขวาของการจัดการทางเศรษฐกิจ "ศูนย์วิจัยฟิสิกส์ดาราศาสตร์" และ บริษัท ย่อยตามพระราชกฤษฎีกาของรัฐบาล ของสาธารณรัฐคาซัคสถาน ฉบับที่ 38 ลงวันที่ 22.01.2008
หัวข้อหลักของกิจกรรมของ JSC คือการดำเนินการวิจัย การพัฒนา และการผลิต และกิจกรรมทางเศรษฐกิจในด้านการวิจัยอวกาศและเทคโนโลยี
หนึ่งในระบบออนบอร์ดที่สำคัญที่สุดของยานอวกาศใดๆ ซึ่งกำหนดลักษณะการทำงาน ความน่าเชื่อถือ อายุการใช้งาน และประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจเป็นหลัก คือระบบจ่ายไฟ ดังนั้นปัญหาของการพัฒนา การวิจัย และการสร้างระบบจ่ายพลังงานของยานอวกาศจึงมีความสำคัญยิ่ง
ระบบอัตโนมัติของกระบวนการควบคุมการบินของยานอวกาศใดๆ (SC) เป็นสิ่งที่คิดไม่ถึงหากไม่มีพลังงานไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้าถูกใช้เพื่อขับเคลื่อนองค์ประกอบทั้งหมดของอุปกรณ์และอุปกรณ์ในยานอวกาศ (กลุ่มขับเคลื่อน การควบคุม ระบบสื่อสาร เครื่องมือที่ซับซ้อน เครื่องทำความร้อน ฯลฯ)
โดยทั่วไป ระบบจ่ายพลังงานจะสร้างพลังงาน แปลงและควบคุมพลังงาน จัดเก็บพลังงานไว้ในช่วงที่มีความต้องการสูงสุดหรือใช้งานในที่ร่ม และกระจายพลังงานไปทั่วยานอวกาศ ระบบย่อยของแหล่งจ่ายไฟอาจแปลงและควบคุมแรงดันไฟฟ้า หรือจัดเตรียมช่วงของระดับแรงดันไฟฟ้า เปิดและปิดอุปกรณ์บ่อยครั้ง และป้องกันการลัดวงจรและแยกข้อผิดพลาดเพื่อความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น การออกแบบระบบย่อยขึ้นอยู่กับการแผ่รังสีคอสมิก ซึ่งเป็นสาเหตุของการเสื่อมสภาพของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ อายุการใช้งานของแบตเตอรี่เคมีมักจะจำกัดอายุของยานอวกาศ
ปัญหาที่เกิดขึ้นจริงคือการศึกษาคุณสมบัติของการทำงานของแหล่งพลังงานไฟฟ้าเพื่อวัตถุประสงค์ในอวกาศ การศึกษาและสำรวจอวกาศจำเป็นต้องมีการพัฒนาและสร้างยานอวกาศเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ ในปัจจุบัน ยานอวกาศไร้คนขับถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายมากที่สุดในการสร้างระบบสื่อสารทั่วโลก โทรทัศน์ การนำทางและมาตรวิทยา การส่งข้อมูล การศึกษาสภาพอากาศและทรัพยากรธรรมชาติของโลก ตลอดจนการสำรวจห้วงอวกาศ ในการสร้างมันจำเป็นต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดที่เข้มงวดมากสำหรับความแม่นยำของการวางแนวของอุปกรณ์ในอวกาศและการแก้ไขพารามิเตอร์วงโคจรและสิ่งนี้ต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้นของยานอวกาศ
1. ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับ JSC "NCKIT"
ดำเนินงานวิจัยและพัฒนาเกี่ยวกับการสร้างฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์สำหรับระบบแก้ไขค่าความแตกต่างและอุปกรณ์นำทางสำหรับผู้บริโภค
การสร้างแบบจำลองเชิงวัตถุและการพัฒนาซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์สำหรับระบบการสร้างแบบจำลอง 3 มิติขนาดใหญ่โดยใช้เทคโนโลยีนำทางด้วยดาวเทียมและเลเซอร์
การพัฒนาแบบจำลองทางวิศวกรรมของอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนสำหรับการวัดบนกระดานและการรวบรวมข้อมูลทางวิทยาศาสตร์เป้าหมายและซอฟต์แวร์สำหรับการดำเนินงาน
การสร้างการสนับสนุนทางวิทยาศาสตร์ วิธีการ และซอฟต์แวร์สำหรับการแก้ปัญหาของการวิเคราะห์ที่ซับซ้อนและการพยากรณ์การพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศในสาธารณรัฐคาซัคสถาน
การสร้างซอฟต์แวร์และการสนับสนุนทางคณิตศาสตร์และการจำลองแบบจำลองของยานอวกาศและระบบย่อย
การพัฒนาตัวอย่างอุปกรณ์ อุปกรณ์ โหนด และระบบย่อยของไมโครแซทเทลไลท์
การสร้างการสนับสนุนทางวิทยาศาสตร์และวิธีการและฐานด้านกฎระเบียบและทางเทคนิคสำหรับการแก้ปัญหาของกฎระเบียบทางเทคนิค
ระเบียบข้อกำหนดสำหรับการพัฒนา การออกแบบ การสร้าง การดำเนินงานของเทคโนโลยีอวกาศ การรับรองความปลอดภัย การประเมิน และการยืนยันการปฏิบัติตาม
ตามพระราชกฤษฎีกาของรัฐบาลฉบับที่ 38 ลงวันที่ 22 มกราคม 2551 "ในการปรับโครงสร้างองค์กรของสาธารณรัฐรีพับลิกัน "ศูนย์วิจัยฟิสิกส์ดาราศาสตร์" ขององค์การอวกาศแห่งชาติของสาธารณรัฐคาซัคสถานและบริษัทย่อย รัฐวิสาหกิจของสาธารณรัฐ "ศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ รีเสิร์ช” และบริษัทในเครือ “สถาบันไอโอโนสเฟียร์”, “สถาบันฟิสิกส์ดาราศาสตร์” วี.จี. Fesenkov”, “Institute for Space Research” ได้รับการจัดโครงสร้างใหม่โดยการควบรวมกิจการและแปรสภาพเป็นบริษัทร่วมทุน “National Center for Space Research and Technology” โดยรัฐถือหุ้นทั้งหมดในทุนจดทะเบียน
หนังสือรับรองการจดทะเบียนของรัฐ JSC "NCKIT" - หมายเลข 93168-1910-AO หมายเลขประจำตัว 080740009161 ลงวันที่ 16 กรกฎาคม 2551 จดทะเบียนกับกระทรวงยุติธรรมแห่งอัลมาตีของกระทรวงยุติธรรมแห่งสาธารณรัฐคาซัคสถาน
.2 ลักษณะทั่วไปขององค์กร
บริษัทร่วมทุน "ศูนย์วิจัยและเทคโนโลยีอวกาศแห่งชาติ" จดทะเบียนเมื่อวันที่ 16 กรกฎาคม 2551
ในช่วงปี 2547 ถึง 15.07.2551 JSC NCKIT เป็นรัฐวิสาหกิจของสาธารณรัฐ "ศูนย์วิจัยฟิสิกส์ดาราศาสตร์" ตามกฎหมาย (ทางด้านขวาของการจัดการเศรษฐกิจ) ซึ่งจัดตั้งขึ้นตามพระราชกฤษฎีกาของรัฐบาลสาธารณรัฐคาซัคสถานลงวันที่มีนาคม 5 พ.ย. 2547 ฉบับที่ 280 "คำถามรัฐวิสาหกิจของสาธารณรัฐบางแห่งของกระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์ของสาธารณรัฐคาซัคสถาน" RSE ถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของการปรับโครงสร้างองค์กรและการควบรวมกิจการของรัฐวิสาหกิจของสาธารณรัฐ "สถาบันวิจัยอวกาศ", "สถาบันไอโอโนสเฟียร์" และ "สถาบันฟิสิกส์ดาราศาสตร์ตั้งชื่อตาม V.G. Fesenkov ซึ่งได้รับสถานะทางกฎหมายของ บริษัท ย่อยของรัฐวิสาหกิจ
โดยพระราชกฤษฎีกาของรัฐบาลสาธารณรัฐคาซัคสถาน ลงวันที่ 29 พฤษภาคม 2550 ฉบับที่ 438 "ปัญหาขององค์การอวกาศแห่งชาติ" RSE "ศูนย์วิจัยดาราศาสตร์ฟิสิกส์" (ทางด้านขวาของการจัดการเศรษฐกิจ) ถูกโอนไปยังเขตอำนาจศาลแห่งชาติ องค์การอวกาศแห่งสาธารณรัฐคาซัคสถาน
สถาบันวิจัยอวกาศแห่ง Academy of Sciences of the Kazakh SSR จัดตั้งขึ้นตามคำสั่งของคณะรัฐมนตรีของ Kazakh SSR No. 470 ลงวันที่ 12 สิงหาคม 1991 ผู้ก่อตั้งและผู้อำนวยการคนแรกของสถาบัน - ผู้ได้รับรางวัล State Prize of the USSR, เจ้าของคำสั่งของเลนิน, ธงแดงของแรงงาน, "Parasat" นักวิชาการของ National Academy of Sciences แห่งสาธารณรัฐคาซัคสถาน Sultangazin Umirzak Makhmutovich (พ.ศ. 2479 - 2548). ในเดือนมกราคม 2554 สถาบันได้รับการตั้งชื่อตามนักวิชาการ U.M. สุลต่านกาซิน.
หัวข้อของกิจกรรมของสถาบันคือการดำเนินการวิจัยพื้นฐานและประยุกต์ภายใต้กรอบของรัฐ, อุตสาหกรรม, โครงการและโครงการระหว่างประเทศตลอดจนการปฏิบัติงานที่ได้รับทุนจากกองทุนในประเทศและต่างประเทศในด้านการสำรวจระยะไกลของโลก (ERS), การตรวจสอบอวกาศ, การสร้างแบบจำลองภูมิสารสนเทศ, วัสดุศาสตร์อวกาศ
สถาบันวิจัยอวกาศในฐานะองค์กรแม่ได้ประสานงานการวิจัยของสถาบัน National Academy of Sciences ของสาธารณรัฐคาซัคสถานและหน่วยงานอื่น ๆ ในการพัฒนาและดำเนินการตามโครงการวิจัยและการทดลองทางวิทยาศาสตร์ของคาซัคสถานทั้งสี่โครงการบนยาน Mir คอมเพล็กซ์วงโคจรด้วยการมีส่วนร่วมของนักบินอวกาศ Aubakirov T.O. (1991) และด้วยการมีส่วนร่วมของนักบินอวกาศ Musabayev T.A. - (1994, 1998) บนสถานีอวกาศนานาชาติ - ด้วยการมีส่วนร่วมของนักบินอวกาศ Musabayev T.A. (2544).
สถาบันวิจัยอวกาศตั้งชื่อตามนักวิชาการ U.M. Sultangazina เป็นส่วนหนึ่งของ NCKIT JSC ในฐานะนิติบุคคลแยกต่างหากในสถานะของห้างหุ้นส่วนจำกัดความรับผิดในเครือ
ตั้งแต่ปี 2014สถาบันและเครื่องมือการบริหารของ JSC "NCKIT" ถูกรวมเข้าเป็นโครงสร้างเดียวโดยรักษาพนักงานและสาขาการวิจัยไว้ 1.3 กิจกรรมของ NCKIT JSC
การประสานงาน สนับสนุน และดำเนินกิจกรรมการวิจัย การวิจัยอวกาศขั้นพื้นฐานและประยุกต์ การก่อตัวของทิศทางหลักและแผนการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ การส่งงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่เสร็จสมบูรณ์ไปยัง National Space Agency ของสาธารณรัฐคาซัคสถาน การส่งข้อสรุปและข้อเสนอแนะไปยังองค์การอวกาศแห่งชาติของสาธารณรัฐคาซัคสถานตามรายงานประจำปีขององค์กรวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับกิจกรรมทางวิทยาศาสตร์และวิทยาศาสตร์และเทคนิค สนับสนุนและดำเนินการออกแบบการทดลองและการผลิตและกิจกรรมทางเศรษฐกิจ การสร้างระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ด้วยวิธีการสำรวจอวกาศ การรับ การประมวลผล การกระจาย การแลกเปลี่ยนที่เท่าเทียมกัน และการขายข้อมูลการรับรู้ระยะไกลของโลกจากอวกาศ การพัฒนาและการดำเนินงานสิ่งอำนวยความสะดวกในอวกาศเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ ระบบสื่อสารในอวกาศ การนำทางและการสำรวจระยะไกล ให้บริการด้านวิศวกรรมและให้คำปรึกษา ดำเนินการวิจัยทางการตลาด การดำเนินกิจกรรมที่เป็นนวัตกรรมใหม่ แจ้งเกี่ยวกับกิจกรรมของ National Space Agency - สาธารณรัฐคาซัคสถานและส่งเสริมความสำเร็จของวิทยาศาสตร์ การดำเนินการโฆษณาชวนเชื่อของความสำเร็จของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอวกาศ องค์กร จัดการประชุมระหว่างประเทศและสาธารณรัฐ ประชุม สัมมนา ประชุม นิทรรศการ; การตีพิมพ์วารสารวิทยาศาสตร์ งานและแจ้งเกี่ยวกับกิจกรรมของ National Space Agency of the Republic of Kazakhstan การฝึกอบรมบุคลากรทางวิทยาศาสตร์ที่มีคุณสมบัติสูง การคุ้มครองทรัพย์สินทางปัญญา การพัฒนาเอกสารทางกฎหมาย องค์ประกอบบุคลากร รวมแล้ว - ผู้เชี่ยวชาญและนักวิทยาศาสตร์ที่มีคุณสมบัติเหมาะสม 450 คน ในหมู่พวกเขา - วิทยาศาสตร์ดุษฎีบัณฑิต 27 คน, ผู้สมัครวิทยาศาสตร์ 73 คน, นักวิชาการ 2 คน, สมาชิกที่เกี่ยวข้อง 2 คนและปริญญาเอก 3 คน โครงสร้างศูนย์ ฝ่ายการสำรวจระยะไกลบนพื้นโลก ประเด็นหลักของการวิจัย: การพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการรับ การเก็บถาวร การประมวลผล และการแสดงข้อมูลการสำรวจระยะไกล ดำเนินการวิจัยทางวิทยาศาสตร์พื้นฐานและประยุกต์ในด้านการศึกษาลักษณะสเปกตรัมของวัตถุบนพื้นผิวโลก การตรวจสอบพื้นที่ของพื้นที่เกษตรกรรมและสิ่งแวดล้อม สถานการณ์ฉุกเฉิน (น้ำท่วม น้ำท่วม ไฟไหม้) การตีความข้อมูลดาวเทียมของสเปกตรัมต่างๆ ความละเอียดเชิงพื้นที่และเชิงเวลาขึ้นอยู่กับการวิเคราะห์ชุดข้อมูลระยะยาว การสำรวจระยะไกลและสถานะของพื้นผิวโลก ดำเนินการวิจัยดาวเทียมย่อย การสร้างศูนย์สถานการณ์ระดับภาคและระดับภูมิภาคสำหรับการตรวจสอบพื้นที่ในกรณีฉุกเฉิน ฝ่ายแบบจำลองภูมิสารสนเทศ การพัฒนาแบบจำลองเชิงตัวเลขสำหรับการถ่ายโอนคลื่นสั้นและรังสีความร้อนในบรรยากาศเพื่อแก้ไขภาพถ่ายดาวเทียมและการคำนวณค่าพารามิเตอร์ทางกายภาพของบรรยากาศตามข้อมูลดาวเทียม การสร้างแบบจำลองข้อมูลทางภูมิศาสตร์ของ "การวิเคราะห์ความเสี่ยง" เพื่อกำหนดระดับอิทธิพลของปัจจัยทางธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้นต่อการพัฒนาสถานการณ์ฉุกเฉินบนท่อหลัก การสร้างวิธีการและเทคโนโลยีแบบอัตโนมัติสำหรับโฟโตกราฟเมทรีแบบดิจิทัล วิธีการและอัลกอริธึมการคำนวณสำหรับการวิเคราะห์อินเตอร์เฟอโรเมตริกของข้อมูลการสำรวจระยะไกล ภาควิชาวิทยาศาสตร์วัสดุอวกาศและวิศวกรรมเครื่องมือ การสร้างเทคโนโลยีสำหรับการผลิตวัสดุโครงสร้างและการใช้งานเพื่อวัตถุประสงค์ด้านการบินและอวกาศรวมถึงผลิตภัณฑ์จากวัสดุเหล่านั้น การพัฒนาวิธีการเชิงคุณภาพ การวิเคราะห์ และเชิงตัวเลขสำหรับการศึกษาปัญหาที่ไม่คงที่ของพลวัตของเทห์ฟากฟ้าเทียมและธรรมชาติ การพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และวิธีการใหม่ๆ เพื่อให้มั่นใจถึงการเคลื่อนที่แบบโปรแกรมของยานอวกาศ ฝ่ายสารสนเทศและสนับสนุนการศึกษา (อัสตานา) องค์กรฝึกอบรมขั้นสูงและฝึกอบรมผู้เชี่ยวชาญสำหรับอุตสาหกรรมอวกาศในคาซัคสถาน ศูนย์รับข้อมูลอวกาศ (อัลมาตี) และศูนย์วิทยาศาสตร์และการศึกษาสำหรับการตรวจสอบพื้นที่ของการใช้ร่วมกัน (อัสตานา) การรับ การเก็บถาวร และการประมวลผลข้อมูลภาพถ่ายอวกาศเป็นประจำจากยานอวกาศ Aqua/MODIS, Terra/MODIS, SuomiNPP (USA) มีใบรับรองระดับสากล DTOO "II" (สถาบันไอโอโนสเฟียร์) เรื่องของกิจกรรมDTOO "Institute of the Ionosphere" คือการดำเนินการวิจัยพื้นฐาน สำรวจ และประยุกต์ในสาขาฟิสิกส์ของสุริยะจักรวาลและธรณีไดนามิกส์: ชั้นไอโอโนสเฟียร์และสนามแม่เหล็กโลก สภาพอากาศในอวกาศ การตรวจสอบการแผ่รังสีของอวกาศใกล้โลก การตรวจสอบเปลือกโลกของคาซัคสถาน การสร้างระบบการพยากรณ์ การสะสมแร่ มาตรวิทยา และการทำแผนที่ DTOO "AFIF" (สถาบันฟิสิกส์ดาราศาสตร์ตั้งชื่อตาม Fesenkov) DTOO "IKTT" (สถาบันวิศวกรรมและเทคโนโลยีอวกาศ) ห้างหุ้นส่วนจำกัด บริษัทย่อย "สถาบันวิศวกรรมอวกาศและเทคโนโลยี"(ต่อไปนี้ - DTOO "สถาบันวิศวกรรมอวกาศและเทคโนโลยี") ก่อตั้งขึ้นตามคำสั่งขององค์การอวกาศแห่งชาติแห่งสาธารณรัฐคาซัคสถานฉบับที่ 65 / OD ลงวันที่ 17 สิงหาคม 2552 DTOO "สถาบันวิศวกรรมและเทคโนโลยีอวกาศ" จดทะเบียนเมื่อวันที่ 23 ธันวาคม 2552 ผู้ก่อตั้งแต่เพียงผู้เดียวของ LTOO "Institute of Space Engineering and Technology" คือบริษัทร่วมทุน "National Center for Space Research and Technology" 2. ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับแหล่งจ่ายไฟของยานอวกาศ
รูปทรงเรขาคณิต การออกแบบ มวล และอายุใช้งานของยานอวกาศส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยระบบจ่ายพลังงานของยานอวกาศ ระบบจ่ายไฟหรือเรียกอีกอย่างว่าระบบจ่ายไฟ (PSS) ของยานอวกาศ - ระบบยานอวกาศที่จ่ายพลังงานให้กับระบบอื่น ๆ เป็นระบบที่สำคัญที่สุดระบบหนึ่ง ความล้มเหลวของระบบจ่ายไฟนำไปสู่ความล้มเหลวของอุปกรณ์ทั้งหมด ระบบจ่ายไฟมักจะประกอบด้วย: แหล่งไฟฟ้าหลักและสำรอง เครื่องแปลงไฟ เครื่องชาร์จ และระบบควบคุมอัตโนมัติ แหล่งพลังงานหลัก เครื่องกำเนิดพลังงานหลายชนิดใช้เป็นแหล่งหลัก: แผงเซลล์แสงอาทิตย์ แหล่งที่มาของสารเคมีในปัจจุบัน: สะสม; องค์ประกอบไฟฟ้า เซลล์เชื้อเพลิง; แหล่งพลังงานไอโซโทปรังสี เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ องค์ประกอบของแหล่งกำเนิดไฟฟ้าหลักไม่เพียงรวมถึงเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าจริงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงระบบที่ให้บริการด้วย เช่น ระบบการวางแนวแผงโซลาร์เซลล์ บ่อยครั้งที่แหล่งพลังงานรวมกัน เช่น แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์กับแบตเตอรี่เคมี เซลล์เชื้อเพลิง เซลล์เชื้อเพลิงมีลักษณะน้ำหนักและขนาดสูงและมีความหนาแน่นของพลังงานเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์และแบตเตอรี่เคมี ทนทานต่อการโอเวอร์โหลด มีแรงดันไฟฟ้าคงที่ และทำงานเงียบ อย่างไรก็ตามพวกเขาต้องการเชื้อเพลิงดังนั้นจึงใช้กับยานพาหนะที่มีระยะเวลาอยู่ในอวกาศตั้งแต่หลายวันถึง 1-2 เดือน ส่วนใหญ่จะใช้เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน-ออกซิเจน เนื่องจากไฮโดรเจนให้ค่าความร้อนสูงสุด และนอกจากนี้ น้ำที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาสามารถนำไปใช้กับยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุมได้ เพื่อให้แน่ใจว่าเซลล์เชื้อเพลิงทำงานได้ตามปกติ จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการกำจัดน้ำและความร้อนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยา ปัจจัยจำกัดอีกประการหนึ่งคือต้นทุนที่ค่อนข้างสูงของไฮโดรเจนเหลวและออกซิเจน ความซับซ้อนของการจัดเก็บ แหล่งพลังงานไอโซโทปรังสี แหล่งพลังงานไอโซโทปรังสีส่วนใหญ่จะใช้ในกรณีต่อไปนี้: ระยะเวลาการบินสูง ภารกิจไปยังบริเวณรอบนอกของระบบสุริยะ ซึ่งการไหลของรังสีจากดวงอาทิตย์อยู่ในระดับต่ำ ดาวเทียมสอดแนมที่มีเรดาร์สแกนด้านข้างเนื่องจากวงโคจรต่ำไม่สามารถใช้แผงโซลาร์เซลล์ได้ แต่มีความต้องการพลังงานสูง ระบบอัตโนมัติของระบบจ่ายไฟ ประกอบด้วยอุปกรณ์สำหรับควบคุมการทำงานของโรงไฟฟ้าตลอดจนตรวจสอบพารามิเตอร์ งานทั่วไปคือ: การบำรุงรักษาภายในช่วงที่กำหนดของพารามิเตอร์ระบบ: แรงดันไฟฟ้า, อุณหภูมิ, ความดัน, โหมดการสลับของการทำงาน, ตัวอย่างเช่น, การสลับไปยังแหล่งพลังงานสำรอง; การรับรู้ความล้มเหลว การป้องกันฉุกเฉินของแหล่งจ่ายไฟโดยเฉพาะอย่างยิ่งตามกระแส ออกข้อมูลเกี่ยวกับสถานะของระบบ telemetry และคอนโซลนักบินอวกาศ ในบางกรณี สามารถเปลี่ยนจากการควบคุมอัตโนมัติเป็นการควบคุมด้วยตนเองได้จากคอนโซลของนักบินอวกาศหรือโดยคำสั่งจากศูนย์ควบคุมภาคพื้นดิน .1 หลักการทำงานและอุปกรณ์แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์
อุปกรณ์แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ใช้เครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าที่ประกอบด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำหรับแปลงพลังงานแสงจากแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง การทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับผลกระทบของโฟโตอิเล็กทริกภายใน กล่าวคือ ในการปรากฏตัวของ EMF ภายใต้การกระทำของแสงแดด เครื่องแปลงเซลล์แสงอาทิตย์แบบสารกึ่งตัวนำ (PVC) เป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานของรังสีดวงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง หลักการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์นั้นขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของแสงแดดกับคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งในระหว่างนั้นโฟตอนจะปล่อยอิเล็กตรอนในคริสตัลซึ่งเป็นพาหะของประจุไฟฟ้า พื้นที่ที่มีสนามไฟฟ้าแรงสูงที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษภายใต้การกระทำของจุดแยก p-n ที่เรียกว่าดักจับอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาและแยกออกจากกันในลักษณะที่กระแสและพลังงานไฟฟ้าปรากฏในวงจรโหลด ตอนนี้เรามาดูรายละเอียดเพิ่มเติมของกระบวนการนี้แม้ว่าจะมีการทำให้เข้าใจง่ายขึ้นก็ตาม เราเริ่มต้นด้วยการพิจารณาการดูดกลืนแสงในโลหะและสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ เมื่อฟลักซ์ของโฟตอนกระทบกับพื้นผิวโลหะ โฟตอนส่วนหนึ่งจะสะท้อนกลับ และส่วนที่เหลือจะถูกดูดซับโดยโลหะ พลังงานของโฟตอนส่วนที่สองจะเพิ่มแอมพลิจูดของการสั่นแบบแลตทิซและความเร็วของการเคลื่อนที่แบบวุ่นวายของอิเล็กตรอนอิสระ หากพลังงานของโฟตอนมีค่อนข้างมาก ก็อาจเพียงพอที่จะทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากโลหะ โดยให้พลังงานเท่ากับหรือมากกว่าการทำงานของโลหะที่กำหนด นี่คือเอฟเฟกต์ตาแมวภายนอก ที่พลังงานโฟตอนที่ต่ำกว่า พลังงานของมันจะไปให้ความร้อนกับโลหะในท้ายที่สุด ภาพอื่นจะสังเกตได้เมื่อฟลักซ์ของโฟตอนกระทำกับเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งแตกต่างจากโลหะ สารกึ่งตัวนำที่เป็นผลึกในรูปแบบบริสุทธิ์ (ไม่มีสิ่งเจือปน) หากไม่ได้รับผลกระทบจากปัจจัยภายนอกใดๆ (อุณหภูมิ สนามไฟฟ้า การแผ่รังสีของแสง ฯลฯ) จะไม่มีอิเล็กตรอนอิสระหลุดออกจากอะตอมของโครงตาข่ายคริสตัลของสารกึ่งตัวนำ ข้าว. 2.1 - การดูดซับแสงในโลหะและเซมิคอนดักเตอร์: 1 - แถบ (วาเลนซ์) ที่เติม, ช่องว่าง 2 - แถบ, 3 - แถบการนำไฟฟ้า, 4 - อิเล็กตรอน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อยู่ที่อุณหภูมิหนึ่งเสมอ (โดยปกติจะเป็นอุณหภูมิห้อง) อิเล็กตรอนเพียงเศษเสี้ยวสามารถรับพลังงานเพียงพอผ่านการสั่นสะเทือนจากความร้อนเพื่อแยกอิเล็กตรอนออกจากอะตอม อิเล็กตรอนดังกล่าวจะเป็นอิสระและสามารถมีส่วนร่วมในการถ่ายโอนไฟฟ้า อะตอมของสารกึ่งตัวนำที่สูญเสียอิเล็กตรอนไปจะได้รับประจุบวกเท่ากับประจุของอิเล็กตรอน อย่างไรก็ตาม ตำแหน่งของอะตอมที่ไม่ได้ถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอนสามารถถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอนของอะตอมข้างเคียงได้ ในกรณีนี้ อะตอมแรกจะกลายเป็นกลาง และอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงจะมีประจุบวก สถานที่ว่างที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของอิเล็กตรอนอิสระในอะตอมเทียบเท่ากับอนุภาคที่มีประจุบวกเรียกว่ารู พลังงานที่ครอบครองโดยอิเล็กตรอนในสถานะที่จับกับอะตอมจะอยู่ภายในแถบที่เต็มไปด้วย (วาเลนซ์) พลังงานของอิเล็กตรอนอิสระค่อนข้างสูงและอยู่ในแถบพลังงานที่สูงกว่า - แถบการนำไฟฟ้า มีช่องว่างระหว่างพวกเขาเช่น โซนของค่าพลังงานดังกล่าวซึ่งอิเล็กตรอนของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่กำหนดไม่สามารถมีได้ทั้งในขอบเขตหรือในสถานะอิสระ ช่องว่างของแบนด์สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่อยู่ในช่วง 0.1 - 1.5 eV สำหรับช่องว่างของย่านความถี่ที่มากกว่า 2.0 eV เรากำลังจัดการกับไดอิเล็กตริก ถ้าพลังงานของโฟตอนเท่ากับหรือมากกว่าช่องว่างของแถบ อิเล็กตรอนตัวใดตัวหนึ่งจะถูกแยกออกจากอะตอมและถ่ายโอนจากแถบเวเลนซ์ไปยังแถบการนำไฟฟ้า การเพิ่มความเข้มข้นของอิเล็กตรอนและโฮลทำให้ค่าการนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำเพิ่มขึ้น ค่าการนำไฟฟ้าปัจจุบันที่เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของปัจจัยภายนอกในเซมิคอนดักเตอร์ผลึกเดี่ยวบริสุทธิ์เรียกว่าค่าการนำไฟฟ้าภายใน เมื่ออิทธิพลจากภายนอกหายไป คู่อิเล็กตรอน-โฮลอิสระจะรวมตัวกันอีกครั้ง และค่าการนำไฟฟ้าที่แท้จริงของสารกึ่งตัวนำมีแนวโน้มเป็นศูนย์ ไม่มีสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ในอุดมคติที่จะมีเพียงค่าการนำไฟฟ้าที่แท้จริงเท่านั้น โดยทั่วไปแล้ว สารกึ่งตัวนำจะมีการนำไฟฟ้าแบบอิเล็กทรอนิกส์ (ชนิด n) หรือแบบรู (ชนิด p) ประเภทของการนำไฟฟ้าถูกกำหนดโดยความจุของอะตอมของสารกึ่งตัวนำและความจุของอะตอมของสิ่งเจือปนที่ทำงานอยู่ซึ่งฝังอยู่ในตาข่ายคริสตัล ตัวอย่างเช่น สำหรับซิลิคอน (กลุ่มที่ IV ของตารางธาตุ Mendeleev) สิ่งเจือปนที่ออกฤทธิ์ ได้แก่ โบรอน อะลูมิเนียม แกลเลียม อินเดียม แทลเลียม (กลุ่ม III) หรือฟอสฟอรัส สารหนู พลวง บิสมัท (กลุ่ม V) โครงตาข่ายคริสตัลของซิลิคอนมีรูปร่างที่อะตอมของซิลิคอนแต่ละตัวที่อยู่ในตำแหน่งขัดแตะนั้นเชื่อมโยงกับอะตอมของซิลิคอนที่ใกล้ที่สุดอีกสี่ตัวโดยเรียกว่าพันธะโควาเลนต์หรืออิเล็กตรอนคู่ องค์ประกอบกลุ่ม V (ผู้บริจาค) ที่ฝังอยู่ในโครงตาข่ายผลึกของซิลิคอนมีพันธะโควาเลนต์ของอิเล็กตรอน 4 ตัวกับอิเล็กตรอน 4 ตัวของอะตอมซิลิคอนที่อยู่ใกล้เคียง และอิเล็กตรอนตัวที่ 5 สามารถปลดปล่อยออกมาได้อย่างง่ายดาย องค์ประกอบกลุ่ม III (ตัวรับ) ที่ฝังอยู่ในโครงตาข่ายผลึกซิลิคอนดึงดูดอิเล็กตรอนจากหนึ่งในอะตอมของซิลิคอนที่อยู่ใกล้เคียงเพื่อสร้างพันธะโควาเลนต์สี่พันธะ ซึ่งทำให้เกิดรู ในทางกลับกัน อะตอมนี้สามารถดึงดูดอิเล็กตรอนจากอะตอมซิลิคอนที่อยู่ใกล้เคียงตัวใดตัวหนึ่งได้ เป็นต้น FEP คือโฟโตเซลล์ของเซมิคอนดักเตอร์ที่มีชั้นกั้น (วาล์ว) ซึ่งการทำงานของเซลล์ดังกล่าวจะขึ้นอยู่กับผลโฟโตอิเล็กทริกที่เพิ่งพิจารณา ดังนั้นกลไก FEP จึงเป็นดังนี้ (ภาพที่ 2.2) ผลึก FEP ประกอบด้วยบริเวณ p- และ n ที่มีโฮลและการนำไฟฟ้าของอิเล็กตรอนตามลำดับ ระหว่างพื้นที่เหล่านี้จะเกิดจุดเชื่อมต่อ p-n (ชั้นกั้น) ความหนา 10-4 - 10-6 ซม. เนื่องจากมีอิเล็กตรอนจำนวนมากที่ด้านหนึ่งของทางแยก p-n และอีกด้านมีรูมากขึ้น พาหะกระแสอิสระแต่ละสายเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะแพร่กระจายไปยังส่วนนั้นของเซลล์สุริยะซึ่งมีไม่เพียงพอ เป็นผลให้สมดุลไดนามิกของประจุถูกสร้างขึ้นที่จุดเชื่อมต่อ p-n ในความมืดและเกิดประจุไฟฟ้าสองชั้นขึ้น โดยมีประจุลบก่อตัวขึ้นที่ด้านข้างของบริเวณ p และประจุบวกที่ด้านข้างของบริเวณ n . สิ่งกีดขวางศักย์ไฟฟ้าที่สร้างขึ้น (หรือความต่างศักย์ของการสัมผัส) จะป้องกันการแพร่ตัวเองของอิเล็กตรอนและโฮลผ่านทางแยก p-n ความต่างศักย์ของการติดต่อ Uk ถูกส่งตรงจากภูมิภาค n ไปยังภูมิภาค p การเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนจาก n-region ไปยัง p-region นั้นต้องการค่าใช้จ่ายของงาน Uk · e ซึ่งจะถูกแปลงเป็นพลังงานศักย์ของอิเล็กตรอน ด้วยเหตุนี้ระดับพลังงานทั้งหมดในภูมิภาค p จะเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับระดับพลังงานของภูมิภาค n ตามค่าของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น Uk · e ในรูป การเคลื่อนไหวขึ้นตามแกนกำหนดสอดคล้องกับการเพิ่มขึ้น ในพลังงานของอิเล็กตรอนและพลังงานของรูที่ลดลง ข้าว. 2.2 - หลักการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ (จุดระบุอิเล็กตรอน, วงกลม - รู) ดังนั้น อุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นจึงเป็นอุปสรรคสำหรับผู้ขนส่งส่วนใหญ่ (ในทิศทางไปข้างหน้า) และสำหรับพาหะส่วนน้อย (ในทิศทางกลับกัน) อุปสรรคนี้จะไม่แสดงการต่อต้านใดๆ ภายใต้การกระทำของแสงแดด (โฟตอนของพลังงานบางอย่าง) อะตอมของเซมิคอนดักเตอร์จะถูกกระตุ้น และคู่อิเล็กตรอน-รูเพิ่มเติม (ส่วนเกิน) จะปรากฏในผลึกทั้งในบริเวณ p- และ n (รูปที่ 2.2, b ). การปรากฏตัวของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นในทางแยก p-n ทำให้เกิดการแยกตัวพาส่วนน้อยเพิ่มเติม (ประจุ) เพื่อให้อิเล็กตรอนส่วนเกินสะสมในบริเวณ n และรูส่วนเกินจะสะสมในบริเวณ p ซึ่งไม่มีเวลาที่จะรวมตัวกันใหม่ ก่อนจะถึงทางแยก p-n ในกรณีนี้จะมีการชดเชยค่าพื้นที่บางส่วนที่ทางแยก p - n และสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยพวกเขาเพิ่มขึ้นโดยเทียบกับความต่างศักย์ของการสัมผัสซึ่งนำไปสู่การลดลงของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น เป็นผลให้เกิดความต่างศักย์ U ระหว่างอิเล็กโทรด ฉ ซึ่งโดยหลักแล้วก็คือ photo-emf หากโหลดไฟฟ้าภายนอกรวมอยู่ในวงจร FEP กระแสไฟฟ้าจะไหลเข้ามา - การไหลของอิเล็กตรอนจาก n-region ไปยัง p-region ซึ่งพวกมันรวมตัวกันอีกครั้งด้วยรู ลักษณะโวลต์-แอมแปร์และโวลต์-กำลังไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์แสดงไว้ในรูปที่ 2.3 ซึ่งเห็นได้ชัดว่าในการขจัดพลังงานไฟฟ้าสูงสุดออกจากเซลล์แสงอาทิตย์นั้น จำเป็นต้องให้การทำงานอยู่ในช่วงที่ค่อนข้างแคบ ของแรงดันเอาต์พุต (0.35 - 0.45 V) น้ำหนัก 1 ม 2SB 6 ... 10 กก. ซึ่ง 40% ตกอยู่กับมวลของเซลล์แสงอาทิตย์ จากโฟโตเซลล์ที่มีขนาดเฉลี่ยไม่เกิน 20 มม. โดยการเชื่อมต่อแบบอนุกรม เครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าจะถูกรวบรวมตามค่าแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ เช่น ที่ค่าเล็กน้อย 27 V ข้าว. 2.3 - การพึ่งพาแรงดันไฟฟ้าและพลังงานเฉพาะกับความหนาแน่นกระแสของเซลล์แสงอาทิตย์ เครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าที่มีขนาดโดยรวมประมาณ 100 x 150 มม. ติดตั้งบนแผง SB และเชื่อมต่อเป็นอนุกรมเพื่อรับพลังงานที่ต้องการที่เอาต์พุต PDS นอกจากเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิกอน ซึ่งยังคงใช้ใน CEU เซลล์แสงอาทิตย์ส่วนใหญ่แล้ว เซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้แกลเลียมอาร์เซไนด์และแคดเมียมซัลไฟด์ก็เป็นสิ่งที่น่าสนใจที่สุด พวกมันมีอุณหภูมิในการทำงานที่สูงกว่าเซลล์แสงอาทิตย์แบบซิลิคอน (ยิ่งกว่านั้น เซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้แกลเลียมอาร์เซไนด์ยังมีประสิทธิภาพทางทฤษฎีและทางปฏิบัติที่สูงกว่า) ควรสังเกตว่าเมื่อช่องว่างแถบความถี่ของเซมิคอนดักเตอร์เพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดและประสิทธิภาพทางทฤษฎีของเซลล์แสงอาทิตย์จะเพิ่มขึ้นตาม อย่างไรก็ตาม ด้วยช่องว่างแถบความถี่มากกว่า 1.5 eV ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์เริ่มลดลง เนื่องจากจำนวนโฟตอนที่เพิ่มขึ้นไม่สามารถสร้างคู่อิเล็กตรอน-โฮลได้ ดังนั้นจึงมีช่องว่างแถบความถี่ที่เหมาะสมที่สุด (1.4 - 1.5 eV) ซึ่งประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ถึงค่าสูงสุดที่เป็นไปได้ 3. โรงไฟฟ้าอวกาศเคมีไฟฟ้า
แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าเคมี (ECS) เป็นพื้นฐานของ CEU เคมีไฟฟ้าใดๆ ประกอบด้วยอิเล็กโทรดซึ่งโดยปกติจะเป็นสารออกฤทธิ์ อิเล็กโทรไลต์ ตัวแยก และโครงสร้างภายนอก (ภาชนะ) สารละลายที่เป็นน้ำของ KOH อัลคาไลมักใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์สำหรับ ECHIT ที่ใช้ในยานอวกาศ ลองพิจารณารูปแบบที่เรียบง่ายและการออกแบบ EKhIT สีเงิน-สังกะสี (รูปที่ 3.1) อิเล็กโทรดขั้วบวกคือตัวเก็บกระแสลวดตาข่าย ซึ่งกดโลหะเงินที่เป็นผงแล้วเผาในเตาเผาที่อุณหภูมิประมาณ 400°C ซึ่งทำให้อิเล็กโทรดมีความแข็งแรงและความพรุนที่จำเป็น อิเล็กโทรดลบยังเป็นมวลที่กดลงบนตะแกรงสะสมกระแสไฟฟ้าซึ่งประกอบด้วยซิงค์ออกไซด์ (70 - 75%) และฝุ่นสังกะสี (25 - 30%) ที่ขั้วลบ (Zn) สารออกซิไดซ์ของสารออกฤทธิ์จะทำปฏิกิริยากับซิงค์ไฮดรอกไซด์ Zn(OH) 2และในเชิงบวก (AgO) - ปฏิกิริยาของการลดสารออกฤทธิ์เป็นเงินบริสุทธิ์ ไฟฟ้าถูกถ่ายโอนไปยังวงจรภายนอกในรูปของกระแสอิเล็กตรอน ในอิเล็กโทรไลต์ วงจรไฟฟ้าจะปิดโดยการไหลของไอออน OHˉ จากขั้วบวกไปยังขั้วลบ ตัวแยกเป็นสิ่งจำเป็นในเบื้องต้นเพื่อป้องกันการสัมผัส (และทำให้เกิดการลัดวงจร) ของอิเล็กโทรด นอกจากนี้ยังช่วยลดการคายประจุเองของ EHIT และเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานแบบย้อนกลับได้ในรอบการคายประจุหลายๆ รอบ ข้าว. 3.1 หลักการทำงานของ ECHIT เงินสังกะสี: อิเล็กโทรดบวก (AgO), 2 - โหลดไฟฟ้า, อิเล็กโทรดลบ (Zn), 4 - เรือ, 5 - คั่น ประการหลังเกิดจากการแยกที่ไม่เพียงพอ สารละลายคอลลอยด์ของซิลเวอร์ออกไซด์ที่ไปถึงขั้วลบจะลดลงในรูปของเกลียวเงินที่บางที่สุดที่มุ่งไปยังขั้วบวก และไอออนของสังกะสีจะลดลงในรูปของเกลียวที่เติบโต ไปทางขั้วบวก ทั้งหมดนี้อาจนำไปสู่การลัดวงจรของอิเล็กโทรดในรอบแรกของการทำงาน ตัวคั่น (ตัวแยก) ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับ ECHIT เงิน-สังกะสีคือฟิล์มของไฮเดรตเซลลูโลส (กระดาษแก้ว) ซึ่งการพองตัวในอิเล็กโทรไลต์ทำให้ส่วนประกอบมีความหนาแน่น ซึ่งป้องกันไม่ให้อิเล็กโทรดสังกะสีจม ตลอดจนการงอกของเงินและสังกะสี เข็มคริสตัล (เดนไดรต์) ภาชนะ EHIT ที่ทำด้วยสังกะสีเงินมักทำจากพลาสติก (เรซินโพลีอะไมด์หรือโพลีสไตรีน) และมีรูปร่างเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้า สำหรับ EHIT ประเภทอื่นๆ สามารถทำภาชนะได้ เช่น จากเหล็กชุบนิเกิล เมื่อชาร์จ ECHIT สังกะสีและซิลเวอร์ออกไซด์บนอิเล็กโทรดจะลดลง ดังนั้น การคายประจุของ ECHIT จึงเป็นกระบวนการปล่อยกระแสไฟฟ้าไปยังวงจรภายนอก และประจุไฟฟ้าของ ECHIT คือกระบวนการจ่ายกระแสไฟฟ้าจากภายนอกเพื่อคืนค่าสารดั้งเดิมจากผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา ตามลักษณะของงาน EHIT แบ่งออกเป็นเซลล์กัลวานิก (แหล่งกำเนิดกระแสปฐมภูมิ) ซึ่งอนุญาตให้ใช้สารออกฤทธิ์เพียงครั้งเดียว และแบตเตอรี่ไฟฟ้า (แหล่งกำเนิดกระแสทุติยภูมิ) ซึ่งอนุญาตให้ใช้สารออกฤทธิ์ซ้ำได้เนื่องจาก ความเป็นไปได้ของการกู้คืนโดยการชาร์จจากแหล่งไฟฟ้าภายนอก ใน CEU ที่ใช้ ECHIT จะใช้แบตเตอรี่ไฟฟ้าที่มีโหมดการคายประจุแบบใช้แล้วทิ้งหรือใช้ซ้ำได้ รวมถึงเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน-ออกซิเจน 3.1 แหล่งกระแสเคมี
แรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ของแหล่งกำเนิดสารเคมีคือความแตกต่างของศักย์อิเล็กโทรดของมันกับวงจรเปิดภายนอก: ที่ไหน และ - ศักยภาพของขั้วบวกและขั้วลบตามลำดับ ความต้านทานภายในทั้งหมด R ของแหล่งจ่ายสารเคมี (ความต้านทานต่อกระแสคงที่) ประกอบด้วยความต้านทานโอห์มมิก และความต้านทานโพลาไรซ์ :
ที่ไหน - EMF ของโพลาไรเซชัน - ปล่อยกระแส ความต้านทานโพลาไรซ์ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของศักย์ไฟฟ้า และ ระหว่างการไหลของกระแสและขึ้นอยู่กับระดับของประจุ ความแรงของกระแสไฟฟ้าที่ปล่อยออกมา องค์ประกอบของอิเล็กโทรด และความบริสุทธิ์ของอิเล็กโทรไลต์ ;
,
ที่ไหน และ และ .
ความสามารถในการคายประจุ Q (A h) ของแหล่งจ่ายสารเคมีคือปริมาณไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดระหว่างการคายประจุที่อุณหภูมิอิเล็กโทรไลต์ ความดันบรรยากาศ ความแรงของกระแสไฟฟ้าที่คายประจุ และแรงดันไฟฟ้าที่คายประจุสุดท้าย: ,
และในกรณีทั่วไปที่กระแสคงที่ระหว่างการคายประจุ ที่ไหน - ค่าปัจจุบันของกระแสไฟออก, A; - เวลาจำหน่ายชั่วโมง ,
ที่ไหน และ .
แบตเตอรี่กักเก็บเงิน-สังกะสี แคดเมียม-นิกเกิล และนิกเกิล-ไฮโดรเจนถือเป็นแหล่งกระแสเคมี 3.2 แบตเตอรี่สังกะสีเงิน
แบตเตอรี่สังกะสีเงินเนื่องจากมวลและปริมาตรที่ต่ำกว่าโดยมีความจุเท่ากันและความต้านทานภายในที่ต่ำกว่าที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดจึงแพร่หลายในอุปกรณ์ไฟฟ้าในอวกาศ สารออกฤทธิ์ของขั้วบวกของแบตเตอรี่คือซิลเวอร์ออกไซด์ AgO และแผ่นขั้วลบคือโลหะสังกะสี สารละลายในน้ำของ KOH อัลคาไลที่มีความหนาแน่น 1.46 g/cm ใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์ 3.
แบตเตอรี่มีการชาร์จและคายประจุในสองขั้นตอน ในระหว่างการคายประจุทั้งสองขั้นตอน ปฏิกิริยาออกซิเดชันของสังกะสีจะเกิดขึ้นที่ขั้วลบ 2OHˉ ปล่อย → ZnO + H 2O+2e บนขั้วไฟฟ้าบวก ปฏิกิริยาการลดธาตุเงินจะดำเนินการในสองขั้นตอน ในขั้นแรก ซิลเวอร์ออกไซด์แบบไดวาเลนต์จะถูกรีดิวซ์เป็นโมโนวาเลนต์: 2AgO + 2e + H 2อ ปล่อย → ก 2O + 2OH ˉ ในกรณีนี้ emf ของแบตเตอรี่เท่ากับ 1.82 .. 1.86 V. ในขั้นตอนที่สอง เมื่อแบตเตอรี่หมดประมาณ 30% ซิลเวอร์ออกไซด์โมโนวาเลนต์จะลดลงเป็นโลหะเงิน: 2O+2e+H 2อ ปล่อย → 2Ag + 2OH ˉ EMF ของแบตเตอรี่ในช่วงเวลาที่เปลี่ยนจากขั้นตอนแรกของการคายประจุไปยังขั้นที่สองลดลงเป็น 1.52 .. 1.56 V. เป็นผลให้เส้นโค้ง 2 ของการเปลี่ยนแปลง EMF ระหว่างการคายประจุด้วยกระแสไฟฟ้าที่กำหนด (รูปที่ 3.2 ) มีลักษณะกระโดด เมื่อคายประจุเพิ่มเติม EMF ของแบตเตอรี่จะคงที่จนกว่าแบตเตอรี่จะหมด เมื่อชาร์จ ปฏิกิริยาจะดำเนินการในสองขั้นตอน แรงดันไฟกระชากและแรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่อแบตเตอรี่มีประจุประมาณ 30% (เส้นโค้ง 1) ในสถานะนี้ พื้นผิวอิเล็กโทรดจะเคลือบด้วยซิลเวอร์ออกไซด์ไดวาเลนต์ ข้าว. 3.2 - EMF ของแบตเตอรี่ระหว่างการชาร์จ (1) และการคายประจุ (2) ในตอนท้ายของประจุ เมื่อการเกิดออกซิเดชันของเงินจากโมโนวาเลนต์เป็นไบวาเลนต์หยุดในความหนาทั้งหมดของอิเล็กโทรด วิวัฒนาการของออกซิเจนจะเริ่มขึ้นตามสมการ โอ้ ปล่อย → 2 ชม 2O+4e+O 2
ในกรณีนี้ แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้น 0.2 ... 0.3 V (ดูรูปที่ 5.1 ส่วนจุดบนเส้นโค้ง 1) ออกซิเจนที่ปล่อยออกมาระหว่างการชาร์จจะเร่งกระบวนการทำลายพารามิเตอร์กระดาษแก้วของแบตเตอรี่และเกิดการลัดวงจรภายใน ในระหว่างกระบวนการชาร์จ ซิงค์ออกไซด์ทั้งหมดสามารถรีดิวซ์เป็นเมทัลลิกซิงค์ได้ เมื่อชาร์จใหม่สังกะสีออกไซด์ของอิเล็กโทรไลต์ซึ่งอยู่ในรูขุมขนของอิเล็กโทรดจะถูกคืนค่าและจากนั้นในตัวคั่นของแผ่นลบซึ่งฟิล์มกระดาษแก้วหลายชั้นมีบทบาท สังกะสีถูกปลดปล่อยออกมาเป็นผลึกที่เติบโตไปทางขั้วบวก ก่อตัวเป็นสังกะสีเดนไดรต์ คริสตัลดังกล่าวสามารถเจาะฟิล์มกระดาษแก้วและทำให้เกิดการลัดวงจรของอิเล็กโทรดได้ สังกะสีเดนไดรต์ไม่ทำปฏิกิริยาย้อนกลับ ดังนั้นการชาร์จในระยะสั้นจึงเป็นอันตราย 3.3 แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม
สารออกฤทธิ์ของขั้วลบในแบตเตอรี่แคดเมียม-นิเกิลคือโลหะแคดเมียม อิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่เป็นสารละลายโพแทสเซียม KOH ในน้ำที่มีความหนาแน่น 1.18 ... 1.40 g / cm 3.
แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมใช้ปฏิกิริยารีดอกซ์ระหว่างแคดเมียมและนิกเกิลไฮดรอกไซด์: 2Ni(OH) 3→ ซีดี(OH) 2+ 2Ni(OH) 2
อย่างง่าย ปฏิกิริยาเคมีบนขั้วไฟฟ้าสามารถเขียนได้ดังนี้ บนขั้วลบระหว่างการคายประจุแคดเมียมจะถูกออกซิไดซ์: 2e →ซีดี ++
แคดเมียมไอออนจับกับอัลคาไลไฮดรอกไซด์ไอออนเพื่อสร้างแคดเมียมไฮเดรต: 2e + 2OH ปล่อย → ซีดี(OH) 2.
บนขั้วบวก ระหว่างการคายประจุ นิกเกิลจะลดลงจากไตรวาเลนต์เป็นไบวาเลนต์: 2Ni(OH) 3+ 2e ปล่อย → 2Ni(OH)2 +2OH. การทำให้เข้าใจง่ายคือองค์ประกอบของไฮดรอกไซด์ไม่ตรงกับสูตรของมันทุกประการ เกลือของแคดเมียมและนิกเกิลละลายในน้ำได้น้อย ดังนั้น ความเข้มข้นของไอออน Cd ++, พรรณี ++, พรรณี +++ถูกกำหนดโดยความเข้มข้นของ KOH ซึ่งขนาดของ EMF ของแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับอิเล็กโทรไลต์ทางอ้อม แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่เพิ่งชาร์จใหม่คือ 1.45 V ภายในไม่กี่วันหลังจากการชาร์จสิ้นสุดลง EMF จะลดลงเหลือ 1.36 V 3.4 แบตเตอรี่นิกเกิล-ไฮโดรเจน
แบตเตอรี่นิกเกิล-ไฮโดรเจน (HNAB) ที่มีความน่าเชื่อถือสูง อายุการใช้งานยาวนาน และความหนาแน่นของพลังงาน ประสิทธิภาพที่ดีเยี่ยม จะถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในยานอวกาศแทนแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม การทำงานของ NVAB ในวงโคจรต่ำของโลก (LEO) ต้องใช้ทรัพยากรประมาณ 30,000 รอบเป็นเวลาห้าปี การใช้แบตเตอรี่ใน LEO ที่มีความลึกของการคายประจุ (DD) ตื้นทำให้พลังงานจำเพาะที่รับประกันลดลงสอดคล้องกัน (สามารถทำได้ 30,000 รอบด้วย DD 40%) วงจรต่อเนื่องสามปีในโหมด LEO ที่ GR = 30% ของ NVAB มาตรฐาน 12 ตัว (RNH-30-1) ที่มีความจุ 30 Ah แสดงให้เห็นว่า NVAB ทั้งหมดทำงานได้อย่างเสถียรเป็นเวลา 14,600 รอบ ระดับพลังงานเฉพาะที่ได้รับสำหรับ NVAB คือ 40 W h/kg ภายใต้เงื่อนไขของวงโคจรใกล้โลกที่ความลึกของการปล่อย 100% ทรัพยากรที่ GR 30% คือ 30,000 รอบ 4/ การเลือกพารามิเตอร์สำหรับแผงเซลล์แสงอาทิตย์และการจัดเก็บบัฟเฟอร์
ข้อมูลเริ่มต้น: มวลสูงสุดของยานอวกาศ - Mn = มากถึง 15 กก. ความสูงของวงโคจรเป็นวงกลม - h = 450 km; น้ำหนักของระบบเป้าหมาย - ไม่เกิน 0.5 กก. ความถี่ในการส่ง - 24 GHz; แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ - 3.3 - 3.6 V; การใช้พลังงานขั้นต่ำของตัวรับส่งสัญญาณคือ 300 mW การใช้พลังงานของเครื่องยนต์พลาสม่าไอออน - 155 W; ระยะเวลาของการดำรงอยู่คือ 2-3 ปี 4.1 การคำนวณพารามิเตอร์ถังบัฟเฟอร์
การคำนวณพารามิเตอร์ของที่เก็บบัฟเฟอร์ (BN) จากแบตเตอรี่และการกำหนดองค์ประกอบนั้นดำเนินการตามข้อจำกัดที่กำหนดบนแบตเตอรี่ในแง่ของกระแสการชาร์จและการคายประจุ ความสามารถในการคายประจุรวม ความลึกในการคายประจุครั้งเดียว , ความน่าเชื่อถือ , สภาพการใช้งาน อุณหภูมิ เป็นต้น เมื่อคำนวณพารามิเตอร์ของแบตเตอรี่นิกเกิลไฮโดรเจน เราจะใช้ลักษณะและสูตรต่อไปนี้ [ผู้เขียน "การออกแบบยานอวกาศอัตโนมัติ": D.I. Kozlov, G.N. อันชาคอฟ, V.F. อการ์คอฟ, ยู.จี. Antonov § 7.5] รวมถึงคุณสมบัติทางเทคนิคของ AB HB-50 NIAI สูงถึง 1.36 V. · กระแสไฟชาร์จสูงสุด 30 A; · ปล่อยกระแสไฟ 12 - 50A ในสภาวะคงที่และสูงถึง 120 A ในโหมดพัลซิ่งนานถึง 1 นาที · ความลึกสูงสุดของการปล่อยสูงสุด 54 Ah; · ระหว่างการทำงานของแบตเตอรี่ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโหมดการปั่นจักรยานที่มีกระแสไฟและประจุไฟฟ้าสูง) จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าการทำงานด้านความร้อนของแบตเตอรี่อยู่ในช่วง 10 ... 30 ° C ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องจัดให้มีการติดตั้งแบตเตอรี่ในช่องที่ปิดสนิทของยานอวกาศและเพื่อให้แน่ใจว่าโหมดการระบายความร้อนแต่ละบล็อกด้วยอากาศ สูตรที่ใช้ในการคำนวณพารามิเตอร์ของแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม: แรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงานเคมีแตกต่างจาก EMF โดยค่าของแรงดันตกในวงจรภายในซึ่งกำหนดโดยความต้านทานภายในทั้งหมดและกระแสที่ไหล: , (1)
, (2)
ที่ไหน และ - แรงดันการคายประจุและการชาร์จที่แหล่งกำเนิดตามลำดับ และ - ความแรงของการคายประจุและกระแสประจุตามลำดับ สำหรับเซลล์กัลวานิกแบบใช้ครั้งเดียว แรงดันไฟฟ้าจะถูกกำหนดเป็นดิสชาร์จ .
ความสามารถในการคายประจุ Q (A h) ของแหล่งจ่ายสารเคมีคือปริมาณไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดระหว่างการคายประจุที่อุณหภูมิอิเล็กโทรไลต์ ความดันบรรยากาศ ความแรงของกระแสไฟฟ้าที่คายประจุ และแรงดันไฟฟ้าที่คายประจุสุดท้าย: , (3)
ความจุเล็กน้อยของแหล่งจ่ายกระแสเคมีคือความจุที่แหล่งกำเนิดต้องให้ภายใต้โหมดการทำงานที่ระบุโดยเงื่อนไขทางเทคนิค สำหรับแบตเตอรี่ KA กระแสไฟปกติและกระแสดิสชาร์จมักจะถือเป็นกระแสในโหมดดิสชาร์จ 1-2 หรือ 10 ชั่วโมง การปลดปล่อยตัวเอง - การสูญเสียความจุโดยเปล่าประโยชน์จากแหล่งสารเคมีที่มีวงจรเปิดภายนอก โดยปกติการปลดปล่อยตัวเองจะแสดงเป็น% ต่อวันของการจัดเก็บ: (4)
ที่ไหน และ - ภาชนะบรรจุแหล่งที่มาของสารเคมีก่อนและหลังการจัดเก็บ T - เวลาจัดเก็บ, วัน พลังงานเฉพาะของแหล่งกระแสเคมีคืออัตราส่วนของพลังงานที่ส่งออกต่อมวล: (5)
ค่าของพลังงานเฉพาะนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของแหล่งกำเนิดเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับความแรงของกระแสไฟที่ปล่อยออกมาด้วยเช่น จากอำนาจที่ได้รับ ดังนั้นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าทางเคมีจึงมีลักษณะเฉพาะที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นโดยการพึ่งพาพลังงานเฉพาะกับพลังงานเฉพาะ การคำนวณพารามิเตอร์: กำหนดเวลาปล่อยสูงสุดและต่ำสุดจากสูตร: ดังนั้น เวลาปล่อยสูงสุดคือ: ;
เวลาระบายขั้นต่ำ: .
เป็นไปตามที่เวลาปล่อยช่วยให้ดาวเทียมที่ออกแบบใช้กระแสไฟฟ้าโดยเฉลี่ย 167 นาทีหรือ 2.8 ชั่วโมง เนื่องจากการติดตั้งเป้าหมายของเราใช้ 89 มิลลิแอมป์ เวลาในการคายประจุจึงไม่มีนัยสำคัญ ซึ่งส่งผลดีต่อการจัดหากระแสไฟฟ้าให้กับผู้อื่น ดาวเทียมระบบสำคัญ เรากำหนดแรงดันดิสชาร์จและความต้านทานภายในทั้งหมดของแบตเตอรี่จากสูตร: ; (1)
(2)
.
จะเห็นได้จากสิ่งนี้ว่าสามารถจ่ายแรงดันประจุได้อย่างเพียงพอโดยใช้แผงโซลาร์เซลล์ แม้ว่าจะไม่ได้อยู่ในพื้นที่ขนาดใหญ่ก็ตาม คุณยังสามารถระบุการปลดปล่อยตัวเองได้ด้วยสูตร: (4)
ใช้เวลาในการทำงานของแบตเตอรี่ T = 0.923 h, Q 1= 50 (A ชั่วโมง) และ Q 2 = 6 (A h) เป็นเวลาสามสิบนาทีของการทำงาน: ,
นั่นคือด้วยการใช้กระแสไฟขั้นต่ำ 12 A ใน 30 นาทีแบตเตอรี่จะถูกคายประจุ 95% เมื่อวงจรเปิด มาหาพลังงานเฉพาะของแหล่งเคมีโดยใช้สูตร: ,
นั่นคือ แหล่งกำเนิดสารเคมี 1 กิโลกรัมสามารถให้พลังงานได้ 61.2 วัตต์ต่อชั่วโมง ซึ่งเหมาะสำหรับการติดตั้งเป้าหมายของเรา ซึ่งกำลังไฟสูงสุด 370 มิลลิวัตต์ 4.2 การคำนวณพารามิเตอร์ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์
ในการคำนวณพารามิเตอร์หลักของ SB ที่มีผลต่อการออกแบบยานอวกาศ ลักษณะทางเทคนิค เราจะใช้สูตรต่อไปนี้ [ผู้เขียน "การออกแบบยานอวกาศอัตโนมัติ": D.I. Kozlov, G.N. อันชาคอฟ, V.F. อการ์คอฟ, ยู.จี. โทนอฟ § 7.5]: การคำนวณพารามิเตอร์ SB ลดลงเหลือการกำหนดพื้นที่และมวล การคำนวณกำลังของ SB ดำเนินการตามสูตร: (6)
ที่ไหน - พลังงาน SB; ร น - กำลังโหลดเฉลี่ยต่อวัน (โดยไม่คำนึงถึงความต้องการของ EPS) - เวลาของการปฐมนิเทศของ SB ไปยังดวงอาทิตย์ต่อการปฏิวัติ ที ต - เวลาที่ SB ไม่สว่าง - ประสิทธิภาพของตัวควบคุมพลังงานส่วนเกิน SB เท่ากับ 0.85; - ประสิทธิภาพของตัวควบคุมการปล่อย BN เท่ากับ 0.85 ร .3- ประสิทธิภาพของตัวควบคุมการประจุ BN เท่ากับ 0.9; - ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ BN เท่ากับ 0.8 พื้นที่ของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์คำนวณโดยสูตร: (7)
ที่ไหน - รับพลังงานเฉพาะของ SB: ว/ม 2ที่ = 60°С และ 85 W/m 2ที่ = 110°C สำหรับวัสดุ FEP KSP; ว/ม 2ที่ = 60°С และ 100 W/m 2ที่ = 110°С สำหรับวัสดุ FEP; ว/ม 2ที่ = 60°С และ 160 W/m 2ที่ = 110°C สำหรับวัสดุ FEP Ga - As; - ปัจจัยด้านความปลอดภัยที่คำนึงถึงการเสื่อมสภาพของเซลล์แสงอาทิตย์เนื่องจากการแผ่รังสี เท่ากับ 1.2 สำหรับระยะเวลาการทำงาน 2-3 ปี และ 1.4 สำหรับระยะเวลาการทำงาน 5 ปี ปัจจัยการเติมคำนวณโดยสูตร 1,12; -
ประสิทธิภาพ SB = 0.97 มวลของ SB ถูกกำหนดตามพารามิเตอร์เฉพาะ ในการออกแบบ SB ที่มีอยู่ในปัจจุบัน ความถ่วงจำเพาะคือ = 2.77 กก./ม 2สำหรับซิลิกอนและ = 4.5 กก./ม 2สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์แกลเลียมอาร์เซไนด์ มวลของ SB คำนวณโดยสูตร: (8)
ในการเริ่มคำนวณ SEP คุณต้องเลือกแผงโซลาร์เซลล์ เมื่อพิจารณา SBs ต่างๆ ตัวเลือกจะอยู่ที่สิ่งต่อไปนี้: แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ขององค์กร Saturn OJSC ที่ใช้โฟโตคอนเวอร์เตอร์ GaAs ที่มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้ พารามิเตอร์ SB พื้นฐาน พารามิเตอร์ SBSB อิงตาม GaAs อายุการใช้งาน ปี15ประสิทธิภาพที่ 28°C, %28กำลังไฟเฉพาะ, W/m 2170กำลังไฟสูงสุด W/m 2381ความถ่วงจำเพาะ กก./ม 21.6 ความหนาของ FEP, µm 150 ± 20 นอกจากนี้ สำหรับการคำนวณ คุณจำเป็นต้องทราบระยะเวลาการโคจรของดาวเทียมในวงโคจรระดับต่ำ ข้อมูลที่นำมาจากเว็บไซต์: · ในช่วง 160 กม. ระยะเวลาของการปฏิวัติประมาณ 88 นาที · ถึง 2,000 กม. ระยะเวลาประมาณ 127 นาที สำหรับการคำนวณเราใช้ค่าเฉลี่ย - ประมาณ 100 นาที ในขณะเดียวกัน เวลาในการส่องสว่างของแผงโซลาร์เซลล์ของยานอวกาศในวงโคจรจะนานกว่า (ประมาณ 60 นาที) มากกว่าเวลาที่อยู่ในเงามืดประมาณ 40 นาที กำลังโหลด เท่ากับผลรวมของกำลังที่ต้องการของระบบขับเคลื่อน อุปกรณ์เป้าหมาย กำลังชาร์จ และเท่ากับ 220 W (ค่านี้นำมาจากส่วนที่เกิน 25 W) แทนค่าที่ทราบทั้งหมดลงในสูตร เราได้รับ: ,
.
ในการกำหนดพื้นที่ของแผง SB เราจะใช้วัสดุ Ga-As FEP ที่อุณหภูมิการทำงาน = 60°C การทำงานของดาวเทียมคือ 2-3 ปี และเราใช้สูตร: ,
แทนที่ข้อมูลเริ่มต้น เราได้รับ: หลังจากการคำนวณเราได้รับ ,
แต่คำนึงถึงการชาร์จแบตเตอรี่ไม่บ่อยนักการใช้เทคโนโลยีที่ทันสมัยในการพัฒนาระบบอื่น ๆ และยังคำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่ากำลังโหลดถูกถ่ายด้วยระยะขอบประมาณ 25 W จึงเป็นไปได้ที่จะลด พื้นที่ SB ถึง 3.6 ตร.ม
เจ้าของสิทธิบัตร RU 2598862:
การใช้งาน: ในสาขาวิศวกรรมไฟฟ้าสำหรับแหล่งจ่ายไฟของยานอวกาศจากแหล่งพลังงานหลักที่มีความจุต่างกัน ผล: เพิ่มความน่าเชื่อถือของแหล่งจ่ายไฟ ระบบจ่ายไฟของยานอวกาศประกอบด้วย: กลุ่มแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีแสงแดดส่องถึงโดยตรง (1) กลุ่มแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีแสงแดดสะท้อน (7) วงจรกำเนิด (8) ตัวปรับแรงดันไฟฟ้า (2) เครื่องชาร์จ (3) , อุปกรณ์คายประจุ (4), แบตเตอรี่ (5), วงจรเรียงกระแส (9), ตัวควบคุมการประจุแบตเตอรี่ (10) และผู้บริโภค (6) แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจากวงจรสร้าง (8) จะถูกแปลงเป็นค่าคงที่ในบล็อก (9) และป้อนเข้าที่อินพุตแรกของตัวควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่ (10) แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงจากแผงโซลาร์เซลล์สะท้อนแสงอาทิตย์ (7) จ่ายให้กับอินพุตที่สองของตัวควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่ (10) แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดจากวงจรสร้างและแผงโซลาร์เซลล์ของแสงอาทิตย์ที่สะท้อนจากเอาต์พุตแรกของตัวควบคุม (10) เข้าสู่อินพุตที่สองของแบตเตอรี่จัดเก็บ (5) จากเอาต์พุตที่สองของคอนโทรลเลอร์ไปยังอินพุตแรกของแบตเตอรี่เก็บข้อมูล (5) จะได้รับสัญญาณควบคุมสำหรับสวิตช์ (15-21) ที่มีหน้าสัมผัส 1-3 และสวิตช์ (22-25) ที่มีหน้าสัมผัส 1-2 จำนวนอุปกรณ์สวิตช์ควบคุมขึ้นอยู่กับจำนวนแบตเตอรี่ในแบตเตอรี่ ในการชาร์จแบตเตอรี่ที่เลือกใหม่ (11-14) บนสวิตช์ที่เกี่ยวข้อง หน้าสัมผัสแรกจะเปิดด้วยตัวที่สามและปิดด้วยตัวที่สอง บนสวิตช์ที่เกี่ยวข้อง หน้าสัมผัสตัวแรกและตัวที่สองจะปิด เมื่อเชื่อมต่อด้วยวิธีนี้เข้ากับอินพุตที่สองของแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ที่เกี่ยวข้องจะถูกชาร์จใหม่ด้วยกระแสชาร์จที่กำหนดจนกว่าจะได้รับคำสั่งจากตัวควบคุม (10) เพื่อเปลี่ยนแบตเตอรี่ก้อนถัดไป ผู้บริโภค (6) รับพลังงานจากแบตเตอรี่ที่เหลืออยู่โดยผ่านแบตเตอรี่ที่ตัดการเชื่อมต่อจากเอาต์พุตแรกของแบตเตอรี่ (5) 5 ป่วย
สิ่งประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีอวกาศและสามารถใช้เป็นส่วนหนึ่งของยานอวกาศที่เสถียรโดยการหมุน
รู้จักระบบจ่ายไฟของยานอวกาศด้วยยางทั่วไป (คล้ายกัน) ซึ่งประกอบด้วยแผงโซลาร์เซลล์ (แหล่งพลังงานหลัก) แบตเตอรี่ ผู้บริโภค ข้อเสียของระบบนี้คือแรงดันไฟฟ้าในระบบนี้ไม่เสถียร สิ่งนี้นำไปสู่การสูญเสียพลังงานในเครือข่ายเคเบิลและในตัวปรับความเสถียรของผู้บริโภคแต่ละรายในตัว
ระบบจ่ายไฟของยานอวกาศที่เป็นที่รู้จักพร้อมบัสบาร์แยกและตัวปรับแรงดันไฟฟ้าแบบขนาน (อะนาล็อก) ซึ่งประกอบด้วยเครื่องชาร์จ อุปกรณ์คายประจุ และแบตเตอรี่ ข้อเสียของมันคือเป็นไปไม่ได้ที่จะใช้ตัวควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์มากในนั้น
สาระสำคัญทางเทคนิคที่ใกล้เคียงที่สุดกับระบบที่เสนอคือระบบจ่ายไฟของยานอวกาศที่มียางแยกและการเชื่อมต่อแบบขนานของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า 2 (ต้นแบบ) ซึ่งยังมีแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีแสงแดดส่องถึงโดยตรง 1, เครื่องชาร์จ 3, อุปกรณ์ปล่อย 4, แบตเตอรี่ 5 (รูปที่ 1) ข้อเสียของระบบจ่ายไฟนี้คือไม่สามารถรับ แปลง และเก็บพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานต่างๆ เช่น พลังงานสนามแม่เหล็กโลกและพลังงานของแสงอาทิตย์ที่สะท้อนจากพื้นผิวโลก
จุดประสงค์ของการประดิษฐ์คือการขยายขีดความสามารถของระบบจ่ายพลังงานของยานอวกาศในการรับ แปลง และจัดเก็บไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหลักที่มีความจุต่างกัน ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มอายุการใช้งานและอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักของยานอวกาศได้
ในมะเดื่อ รูปที่ 2 แสดงระบบจ่ายไฟของยานอวกาศที่เสถียรด้วยการหมุน, มะเดื่อ 3 - แบตเตอรี่สำรองที่มีอุปกรณ์สวิตชิ่งที่ควบคุมโดยคอนโทรลเลอร์ ในรูป 4 เป็นมุมมองภายนอกของยานอวกาศ ซึ่งเสถียรโดยการหมุน ในรูปที่ 5 แผนผังแสดงหนึ่งในตัวเลือกสำหรับการเคลื่อนที่ของยานอวกาศซึ่งเสถียรโดยการหมุนในวงโคจร
ระบบจ่ายพลังงานของยานอวกาศซึ่งมีความเสถียรตามการหมุนประกอบด้วยกลุ่มของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ 7 ที่ออกแบบมาเพื่อเปลี่ยนแสงอาทิตย์ที่สะท้อนจากโลกเป็นพลังงานไฟฟ้า สร้างวงจร 8 ซึ่งเป็นชุดตัวนำ (ขดลวด) ที่อยู่ตามลำตัวยานอวกาศ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดขึ้นหลังการคำนวณการหมุนของยานอวกาศรอบแกนของมันในสนามแม่เหล็กโลก โดยวงจรเรียงกระแส 9 ตัวควบคุมการประจุแบตเตอรี่จากแหล่งพลังงานที่มีกำลังต่างกัน 10 แบตเตอรี 5 ที่มีอุปกรณ์สวิตชิ่ง 15-25 ซึ่งควบคุมโดย ตัวควบคุม เชื่อมต่อหรือถอดแบตเตอรี่แต่ละก้อน 11-14 เข้ากับตัวควบคุม 9 เพื่อชาร์จใหม่ด้วยกระแสไฟขนาดเล็ก (รูปที่ 2)
ระบบทำงานดังนี้ ในกระบวนการส่งยานอวกาศขึ้นสู่วงโคจร ยานอวกาศจะบิดในลักษณะที่แกนหมุนของยานอวกาศและแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่รับแสงอาทิตย์โดยตรงจะหันไปทางดวงอาทิตย์ (รูปที่ 4) ระหว่างการเคลื่อนที่ของยานอวกาศที่หมุนอยู่ในวงโคจร วงจรกำเนิดจะตัดเส้นการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กโลกด้วยความเร็วการหมุนของยานอวกาศรอบแกนของมัน เป็นผลให้ตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า แรงเคลื่อนไฟฟ้าถูกเหนี่ยวนำในวงจรกำเนิด
โดยที่ µ o คือค่าคงที่แม่เหล็ก, H คือความแรงของสนามแม่เหล็กโลก, S in คือพื้นที่ของวงจรสร้าง, N c คือจำนวนรอบในวงจร, ω คือความถี่เชิงมุมของการหมุน
เมื่อวงจรกำเนิดถูกปิดที่โหลด กระแสจะไหลในวงจรสร้างผู้บริโภค พลังของวงจรสร้างขึ้นอยู่กับแรงบิดของยานอวกาศรอบแกนของมัน
โดยที่ J KA คือโมเมนต์ความเฉื่อยของยานอวกาศ
ดังนั้น วงจรกำเนิดจึงเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าเพิ่มเติมบนยานอวกาศ
แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจากวงจรกำเนิด 8 ถูกแก้ไขที่บล็อก 9 และป้อนเข้ากับอินพุตแรกของตัวควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่ 10 แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ของแสงอาทิตย์ที่สะท้อนกลับ 7 จะถูกส่งไปยังอินพุตที่สองของตัวควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่ 10. แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดจากเอาต์พุตแรกของคอนโทรลเลอร์ 10 เข้าสู่อินพุตแบตเตอรี่ที่สอง 5. จากเอาต์พุตที่สองของคอนโทรลเลอร์ไปยังอินพุตแรกของแบตเตอรี่ 5 จะได้รับสัญญาณควบคุมสำหรับสวิตช์ 15-21 ที่มีหน้าสัมผัส 1-3 และสวิตช์ 22-25 มีหน้าสัมผัส 1-2 จำนวนอุปกรณ์สวิตช์ควบคุมขึ้นอยู่กับจำนวนแบตเตอรี่ในแบตเตอรี่ ในการชาร์จแบตเตอรี่ที่เลือกใหม่ (11-14) บนสวิตช์ที่เกี่ยวข้อง หน้าสัมผัสแรกจะเปิดด้วยตัวที่สามและปิดด้วยตัวที่สอง บนสวิตช์ที่เกี่ยวข้อง หน้าสัมผัสตัวแรกและตัวที่สองจะปิด เมื่อเชื่อมต่อด้วยวิธีนี้เข้ากับอินพุตที่สองของแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ที่เกี่ยวข้องจะถูกชาร์จใหม่ด้วยกระแสไฟต่ำจนกว่าจะได้รับคำสั่งจากตัวควบคุม 10 เพื่อเปลี่ยนแบตเตอรี่ก้อนถัดไป ผู้บริโภคได้รับพลังงานจากแบตเตอรี่ที่เหลืออยู่ โดยผ่านแบตเตอรี่ 5 ที่ตัดการเชื่อมต่อจากเอาต์พุตแรก
เมื่อยานอวกาศอยู่ในวงโคจรในตำแหน่งที่ 1 (รูปที่ 4, 5) แผงเซลล์แสงอาทิตย์ของแสงอาทิตย์ที่สะท้อนจะหันเข้าหาโลก ในขณะนี้ เครื่องชาร์จ 3 ที่รวมอยู่ในระบบจ่ายไฟของยานอวกาศได้รับกระแสไฟฟ้าจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีแสงแดดส่องถึงโดยตรง 1 และตัวควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่ 10 ได้รับกระแสไฟฟ้าจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ของแสงอาทิตย์ที่สะท้อนกลับ 7 และวงจรกำเนิด 8 ในตำแหน่งของ ยานอวกาศ 2 แผงโซลาร์เซลล์ของแสงจากแสงอาทิตย์โดยตรง 1 ยังคงพุ่งตรงไปที่ดวงอาทิตย์ ในขณะที่แผงโซลาร์เซลล์ของแสงอาทิตย์ที่สะท้อนกลับถูกบดบังบางส่วน ในขณะนี้ เครื่องชาร์จ 3 ของระบบจ่ายไฟของยานอวกาศยังคงรับไฟฟ้าจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีแสงแดดส่องถึงโดยตรง และผู้ควบคุม 10 สูญเสียพลังงานบางส่วนจากบล็อก 7 แต่ยังคงได้รับพลังงานจากบล็อก 8 ผ่าน วงจรเรียงกระแส 9. ในตำแหน่งของยานอวกาศ 3 แผงโซลาร์เซลล์ทั้งหมดจะถูกแรเงา เครื่องชาร์จ 3 ไม่ได้รับไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ 1 และผู้ใช้บนยานอวกาศจะได้รับไฟฟ้าจากแบตเตอรี่สำรอง ตัวควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่ยังคงรับพลังงานจากวงจรสร้าง 8 ต่อไป เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ก้อนถัดไป ที่ตำแหน่งของยานอวกาศ 4 แผงโซลาร์เซลล์ของแสงอาทิตย์โดยตรง 1 จะได้รับแสงสว่างจากดวงอาทิตย์อีกครั้ง ในขณะที่แผงโซลาร์เซลล์ของแสงอาทิตย์ที่สะท้อนกลับถูกบดบังบางส่วน ในขณะนี้ เครื่องชาร์จ 3 ของระบบจ่ายไฟของยานอวกาศยังคงรับไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ที่มีแสงแดดส่องถึงโดยตรง และผู้ควบคุม 10 จะสูญเสียพลังงานบางส่วนจากบล็อก 7 แต่ยังคงรับพลังงานจากบล็อก 8 ผ่านวงจรเรียงกระแส 9 ต่อไป
ดังนั้น ระบบจ่ายพลังงานของยานอวกาศที่เสถียรโดยการหมุนจึงสามารถรับ แปลง และสะสม: a) พลังงานโดยตรงและสะท้อนจากแสงอาทิตย์; b) พลังงานจลน์ของการหมุนของยานอวกาศในสนามแม่เหล็กโลก มิฉะนั้นการทำงานของระบบที่เสนอจะคล้ายกับระบบที่รู้จัก
ผลลัพธ์ทางเทคนิค - การเพิ่มระยะเวลาการดำรงอยู่และการจ่ายพลังงานของยานอวกาศทำได้โดยการใช้เครื่องชาร์จไมโครคอนโทรลเลอร์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบจ่ายไฟของยานอวกาศซึ่งช่วยให้สามารถชาร์จแบตเตอรี่จากแหล่งพลังงานไฟฟ้าของ ความจุที่แตกต่างกัน (แสงแดดสะท้อนและพลังงานของสนามแม่เหล็กโลก)
การใช้งานจริงของหน่วยงานของการประดิษฐ์นี้สามารถดำเนินการได้ดังต่อไปนี้
ในฐานะที่เป็นวงจรสร้างสามารถใช้ขดลวดสองชั้นสามเฟสที่มีลวดทองแดงหุ้มฉนวนซึ่งจะทำให้สามารถนำรูปร่างของเส้นโค้งแรงเคลื่อนไฟฟ้าเข้าใกล้ไซน์ไซด์ได้ ในฐานะที่เป็นวงจรเรียงกระแสสามารถใช้วงจรบริดจ์ของวงจรเรียงกระแสสามเฟสที่มีไดโอดพลังงานต่ำประเภท D2 และ D9 ซึ่งจะช่วยลดการกระเพื่อมของแรงดันไฟฟ้าที่แก้ไข สามารถใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ MAX 17710 เป็นตัวควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่ได้ โดยสามารถทำงานกับแหล่งสัญญาณที่ไม่เสถียรโดยมีช่วงกำลังเอาต์พุตตั้งแต่ 1 μW ถึง 100 mW อุปกรณ์นี้มีบูสต์คอนเวอร์เตอร์ในตัวสำหรับชาร์จแบตเตอรี่จากแหล่งที่มีแรงดันเอาต์พุตทั่วไปที่ 0.75 V และตัวควบคุมในตัวเพื่อป้องกันแบตเตอรี่จากการชาร์จมากเกินไป แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีระบบย่อยการปรับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ (ระบบปรับสมดุล) สามารถใช้เป็นแบตเตอรี่สำรองที่มีอุปกรณ์สวิตชิ่งที่ควบคุมโดยคอนโทรลเลอร์ สามารถขึ้นอยู่กับคอนโทรลเลอร์ MSP430F1232
ดังนั้นคุณสมบัติที่โดดเด่นของอุปกรณ์ที่นำเสนอจะช่วยให้บรรลุเป้าหมาย
แหล่งข้อมูล
1. โลกอะนาล็อกของ Maxim ใหม่ microcircuits / กลุ่ม บริษัท Symmetron // ฉบับที่ 2, 2013 - 68 p.
2. Grilikhes วี.เอ. พลังงานแสงอาทิตย์และการบินในอวกาศ / V.A. Griliches, P.P. ออร์โลฟ, แอล.บี. Popov - M.: Nauka, 1984. - 211 p.
3. คาร์กู ดี.แอล. ระบบจ่ายไฟของยานอวกาศ / D.L. คาร์กู, G.B. Steganov [และคนอื่น ๆ ] - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: VKA im เอเอฟ Mozhaisky, 2013. - 116 น.
4. Katsman M.M. เครื่องจักรไฟฟ้า / ต.ม. แคทซ์แมน. - การศึกษา ค่าเผื่อสำหรับนักเรียน spec. โรงเรียนเทคนิค - แก้ไขครั้งที่ 2 และเพิ่มเติม - ม.: สูงกว่า. สค. 2533 - 463 น.
5. Pryanishnikov V.A. อิเล็กทรอนิกส์. หลักสูตรการบรรยาย / V.A. Pryanishnikov - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: Krona Print LLC, 1998. - 400 p.
6. Rykovanov A.N. ระบบไฟสำหรับแบตเตอรี่ Li-ion / A.N. Rykovanov // อิเล็กทรอนิกส์กำลัง - 2552. - ครั้งที่ 1.
7. Chilin Yu.N. การสร้างแบบจำลองและการเพิ่มประสิทธิภาพในระบบพลังงานของยานอวกาศ / Yu.N. ชิลิน. - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: VIKA, 1995. - 277 น.
ระบบจ่ายไฟของยานอวกาศประกอบด้วยกลุ่มแผงโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์โดยตรง เครื่องชาร์จที่รับไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์โดยตรง อุปกรณ์ปล่อยประจุที่ป้อนผู้บริโภคจากแบตเตอรี่ ตัวปรับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายพลังงานให้กับผู้บริโภคจากแบตเตอรี่แสงอาทิตย์แสงอาทิตย์โดยตรง โดดเด่นด้วยกลุ่มของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่ออกแบบมาเพื่อเปลี่ยนแสงอาทิตย์ที่สะท้อนจากโลกเป็นพลังงานไฟฟ้า สร้างวงจรที่เป็นชุดตัวนำ (ขดลวด) ที่อยู่บนลำตัวของยานอวกาศซึ่งเหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเนื่องจาก ไปจนถึงการหมุนของยานอวกาศรอบแกนในสนามแม่เหล็กโลก อุปกรณ์แก้ไข และยังมีตัวควบคุมการประจุแบตเตอรี่จากแหล่งพลังงานที่มีความจุต่างกัน แบตเตอรี่ นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์สวิตชิ่งที่ควบคุมโดยตัวควบคุม การเชื่อมต่อหรือตัดการเชื่อมต่อ แบตเตอรี่แต่ละก้อนไปยังคอนโทรลเลอร์เพื่อชาร์จใหม่
สิทธิบัตรที่คล้ายกัน:
การประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีอวกาศและสามารถนำมาใช้เพื่อให้พลังงานแก่ยานอวกาศ (SC) และสถานีต่างๆ ผลลัพธ์ทางเทคนิคคือการใช้ระบบควบคุมความร้อนเพื่อรับพลังงานเพิ่มเติม
การประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับสาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า ระบบจ่ายไฟฟ้าอัตโนมัติประกอบด้วยแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ อุปกรณ์จัดเก็บพลังงาน อุปกรณ์ชาร์จและคายประจุ และโหลดที่ประกอบด้วยตัวปรับแรงดันไฟฟ้าหนึ่งตัวหรือมากกว่าที่มีผู้ใช้ไฟฟ้าปลายทางเชื่อมต่อกับเอาต์พุต
สิ่งประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมไฟฟ้าและสามารถใช้ในการออกแบบระบบจ่ายพลังงานอัตโนมัติสำหรับดาวเทียม Earth Earth (AES) ผลลัพธ์ทางเทคนิคคือการเพิ่มคุณลักษณะเฉพาะด้านพลังงานและความเชื่อถือได้ของระบบจ่ายไฟอัตโนมัติของดาวเทียม มีการเสนอวิธีการสำหรับการจ่ายโหลดด้วยไฟฟ้ากระแสตรงในระบบจ่ายไฟอัตโนมัติสำหรับดาวเทียม Earth เทียมจากแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์และชุดของแหล่งพลังงานสำรอง - แบตเตอรี่ที่มีแบตเตอรี่ Nac เชื่อมต่อเป็นอนุกรมซึ่งประกอบด้วยแรงดันไฟฟ้าคงที่ที่ โหลด การชาร์จ และการคายประจุแบตเตอรี่ผ่านเครื่องชาร์จและตัวแปลงการคายประจุแต่ละตัว ในขณะที่ตัวแปลงการคายประจุทำขึ้นโดยไม่มีหน่วยเพิ่มแรงดัน ซึ่งจำนวนของแบตเตอรี่ Nacc ในแต่ละแบตเตอรี่จะถูกเลือกจากอัตราส่วน: Nacc≥(Un+1)/Uacc นาที โดยที่ Nacc คือจำนวนแบตเตอรี่ในวงจรอนุกรมของแบตเตอรี่แต่ละก้อน Un - แรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของระบบจ่ายไฟอัตโนมัติ, V; Uacc.min - แรงดันดิสชาร์จขั้นต่ำของแบตเตอรี่หนึ่งก้อน, V, ตัวแปลงการชาร์จทำขึ้นโดยไม่มีหน่วยบูสเตอร์ซึ่งเลือกแรงดันที่จุดทำงานของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์จากอัตราส่วน: Urt>Uacc.max Nacc+1 โดยที่ Urt คือแรงดันไฟฟ้าที่จุดทำงานของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์เมื่อสิ้นสุดการรับประกันทรัพยากรของงานของเธอ B; Uacc.max คือแรงดันการชาร์จสูงสุดของแบตเตอรี่หนึ่งก้อน V ในขณะที่จำนวน Nacc ของแบตเตอรี่ที่คำนวณได้จะเพิ่มขึ้นตามอัตราส่วน: Nacc≥(Un+1)/Uacc.min+Nfailure โดยที่ Nfailure คือจำนวนที่ยอมรับได้ ความล้มเหลวของแบตเตอรี่และแรงดันไฟฟ้าคงที่โดยการโหลดและการชาร์จแบตเตอรี่จะดำเนินการโดยใช้การควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่รุนแรงของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์
การประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับสาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า ผลลัพธ์ทางเทคนิคประกอบด้วยการขยายขีดความสามารถในการทำงานของระบบ เพิ่มความจุในการโหลด และรับประกันการทำงานสูงสุดอย่างต่อเนื่องโดยยังคงรักษาพารามิเตอร์การทำงานของแบตเตอรี่ที่เหมาะสมที่สุดเมื่อผู้บริโภคได้รับกระแสตรง
สิ่งประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับด้านพลังงานแสงอาทิตย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ที่ติดตามดวงอาทิตย์อย่างต่อเนื่อง ทั้งที่มีหัวรวมรังสีดวงอาทิตย์และโมดูลซิลิกอนแบน ซึ่งออกแบบมาเพื่อผู้ใช้ไฟฟ้า เช่น ในพื้นที่ของแหล่งจ่ายไฟที่ไม่น่าเชื่อถือและมีการกระจายอำนาจ
สิ่งประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมไฟฟ้าและสามารถใช้ในการออกแบบระบบจ่ายพลังงานอัตโนมัติสำหรับดาวเทียม Earth Earth (AES)
สาร: สิ่งประดิษฐ์ที่เกี่ยวข้องกับระบบการหมุนของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ (SPSB) ของยานอวกาศ (SC) สาร: การประดิษฐ์นี้มีวัตถุประสงค์เพื่อจัดวางองค์ประกอบ SPSB เพื่อหมุนแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์พลังงานสูงและส่งพลังงานจากแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ไปยังยานอวกาศ
การประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับด้านการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์และการส่งผ่านไปยังผู้บริโภคภาคพื้นดิน สถานีพลังงานอวกาศประกอบด้วยตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ (1) แบบกลีบดอกไม้ ตัวสถานี (2) และลำแสง (3) ของเสาอากาศไมโครเวฟ ตัวสะสม (1) ทำจากแผ่น (แผง) ของตัวแปลงตาแมว - ทั้งตัวหลักและตัวเสริม จานเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าและสามเหลี่ยม การเชื่อมต่อของพวกเขาทำในรูปแบบของตะขอและห่วงอัตโนมัติซึ่งเมื่อใช้งานตัวรวบรวมจะเชื่อมต่อด้วยกลไกหลายใบ เมื่อพับเก็บ (1) จะมีรูปร่างเป็นลูกบาศก์ เสาอากาศแบบบีม (3) โฟกัสพลังงานไมโครเวฟไปยังเครื่องขยายสัญญาณที่ส่งพลังงานนี้ไปยังโรงไฟฟ้าภาคพื้นดิน ผลลัพธ์ทางเทคนิคของการประดิษฐ์นี้มีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของการแปลงและการส่งพลังงานไปยังผู้บริโภคในพื้นที่กว้างใหญ่ของโลก 16 ป่วย
การใช้งาน: ในสาขาวิศวกรรมไฟฟ้าสำหรับแหล่งจ่ายไฟของยานอวกาศจากแหล่งพลังงานหลักที่มีความจุต่างกัน ผล: เพิ่มความน่าเชื่อถือของแหล่งจ่ายไฟ ระบบจ่ายไฟของยานอวกาศประกอบด้วย: กลุ่มของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีแสงแดดส่องถึงโดยตรง, กลุ่มของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีแสงแดดสะท้อน, วงจรกำเนิด, ตัวปรับแรงดันไฟฟ้า, เครื่องชาร์จ, อุปกรณ์ปล่อยประจุ, แบตเตอรี่, วงจรเรียงกระแส, ตัวควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่ และผู้บริโภค แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจากวงจรสร้างจะถูกแปลงเป็นค่าคงที่ในหน่วยและป้อนเข้าที่อินพุตแรกของตัวควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงจากแผงโซลาร์เซลล์ของแสงอาทิตย์ที่สะท้อนกลับจะถูกส่งไปยังอินพุตที่สองของตัวควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดจากวงจรสร้างและแผงโซลาร์เซลล์ของแสงอาทิตย์ที่สะท้อนจากเอาต์พุตแรกของคอนโทรลเลอร์จะเข้าสู่อินพุตที่สองของแบตเตอรี่สำรอง จากเอาต์พุตที่สองของตัวควบคุมไปยังอินพุตแรกของแบตเตอรี่ จะรับสัญญาณควบคุมสำหรับสวิตช์ที่มีหน้าสัมผัส 1-3 และสวิตช์ที่มีหน้าสัมผัส 1-2 จำนวนอุปกรณ์สวิตช์ควบคุมขึ้นอยู่กับจำนวนแบตเตอรี่ในแบตเตอรี่ ในการชาร์จแบตเตอรี่ที่เลือกใหม่บนสวิตช์ที่เกี่ยวข้อง หน้าสัมผัสแรกจะเปิดด้วยตัวที่สามและปิดด้วยตัวที่สอง บนสวิตช์ที่เกี่ยวข้อง หน้าสัมผัสตัวแรกและตัวที่สองจะปิด เมื่อเชื่อมต่อด้วยวิธีนี้เข้ากับอินพุตที่สองของแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ที่เกี่ยวข้องจะถูกชาร์จใหม่ด้วยกระแสชาร์จที่กำหนดจนกว่าจะได้รับคำสั่งจากตัวควบคุมเพื่อเปลี่ยนแบตเตอรี่ก้อนถัดไป ผู้บริโภคได้รับพลังงานจากแบตเตอรี่ที่เหลืออยู่ โดยผ่านแบตเตอรี่ที่ตัดการเชื่อมต่อจากเอาต์พุตแบตเตอรี่ก้อนแรก 5 ป่วย
ศศ.ม. เปโตรวิเชฟ, A. S. GURTOV SYSTEM การจัดหาพลังงาน บนกระดาน ซับซ้อน OF SPACE VEHICLES ได้รับการอนุมัติจากกองบรรณาธิการและสำนักพิมพ์ของมหาวิทยาลัยให้เป็นตำราเรียน SAMARA Publishing House SSAU 2007 UDC 629.78.05 BBC 39.62 P306 geoinformation technology” PR I Reviewers: doctor of technical sciences A.<...>K o pt e v รอง. หัวหน้าแผนก SNP RCC "TsSKB - ความคืบหน้า" S. I. Minenko P306 เปโตรวิเชฟศศ.ม.<...>ระบบ การจัดหาพลังงานทางอากาศ ซับซ้อนยานอวกาศ: หนังสือเรียน. เบี้ยเลี้ยง / อ.บ.ต. เปโตรวิเชฟ, เช่น. กูร์ตอฟ.<...>หนังสือเรียนมีไว้สำหรับนักเรียนพิเศษ 160802 " ช่องว่าง อุปกรณ์และบูสเตอร์บล็อก<...>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 ระบบ แหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าคอมเพล็กซ์บนยานอวกาศของพลังงานทุกประเภท ไฟฟ้าเป็นสิ่งที่อเนกประสงค์ที่สุด<...>. ระบบ แหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้า(สส.) KAเป็นหนึ่งในระบบที่สำคัญที่สุดที่รับประกันประสิทธิภาพ KA. <...>ความน่าเชื่อถือของ SES ส่วนใหญ่พิจารณาจากความซ้ำซ้อนของแหล่งที่มา ตัวแปลงทุกประเภท การสลับ อุปกรณ์และเครือข่าย.<...>โครงสร้าง ระบบ แหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้า KAขั้นพื้นฐาน ระบบ แหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้า KAเป็น ระบบกระแสตรง.<...>ในการปัดป้องยอดโหลดให้ใช้ กันชน แหล่งที่มา. <...>ครั้งแรกเมื่อ ใช้ซ้ำได้ KAกระสวยใช้ระบบจ่ายพลังงานแบบไร้บัฟเฟอร์<...> 4 ระบบ การกระจายอินเวอร์เตอร์อินเวอร์เตอร์อ่างเครือข่าย หลัก แหล่งที่มา กันชน แหล่งที่มาข้าว.<...>โครงสร้างของอุปกรณ์ของระบบจ่ายไฟในอวกาศ กันชน แหล่งที่มาโดดเด่นด้วยความจริงที่ว่าพลังงานทั้งหมดที่ผลิตโดยมันเป็นศูนย์<...>เพื่อให้ตรงกับคุณลักษณะของแบตเตอรี่กับแหล่งหลักและเครือข่าย ให้ใช้<...>
System_of_power_supply_on_board_complex_of_spacecraft_.pdf
หน่วยงานการศึกษาของรัฐบาลกลาง สถาบันการศึกษาระดับอุดมศึกษาของรัฐ “SAMARA STATE AEROSPACE UNIVERSITY ตั้งชื่อตามนักวิชาการ S.P. ราชินี» M. A. PETROVICHEV, A. S. GURTOV ระบบจ่ายไฟของคอมเพล็กซ์ออนบอร์ดของยานพาหนะอวกาศ ได้รับการอนุมัติจากกองบรรณาธิการและสำนักพิมพ์ของมหาวิทยาลัยเป็นตำราเรียน SAM A R A สำนักพิมพ์ SSAU 2007
หน้า 1
UDC 629.78.05 LBC 39.62 P306 โปรแกรมการศึกษานวัตกรรม "การพัฒนาศูนย์ความสามารถและการฝึกอบรมผู้เชี่ยวชาญระดับโลกในสาขาเทคโนโลยีการบินและอวกาศและภูมิสารสนเทศ" ผู้ตรวจสอบ: ดุษฎีบัณฑิตเทคนิค A.N. - ความคืบหน้า "S.I.Minenko เกี่ยวกับ Petrovichev M.A. P306 The ระบบจ่ายไฟของคอมเพล็กซ์ออนบอร์ดของยานอวกาศ: ตำรา / M.A. Petrovichev, A.S. Gurtov - Samara: Samar Publishing House State Aerospace University, 2007 - 88 หน้า: ISBN 978-5-7883-0608-7 บทบาทและความสำคัญของ ระบบจ่ายไฟสำหรับยานอวกาศ, องค์ประกอบที่เป็นส่วนประกอบของระบบนี้ได้รับการพิจารณา, ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการพิจารณาหลักการของการทำงานและอุปกรณ์จ่ายไฟ, คุณลักษณะของการใช้เทคโนโลยีอวกาศคู่มือให้การอ้างอิงที่ค่อนข้างกว้างขวาง วัสดุที่สามารถใช้ในการออกแบบหลักสูตรและอนุปริญญาโดยนักศึกษาที่เชี่ยวชาญด้านไฟฟ้า คู่มือนี้จัดทำขึ้นสำหรับนักศึกษาสาขาวิชาพิเศษ 160802 "Spacecraft and Upper Stages" นอกจากนี้ยังสามารถเป็นประโยชน์สำหรับผู้เชี่ยวชาญรุ่นเยาว์ในอุตสาหกรรมจรวดและอวกาศ จัดทำขึ้นที่กรมอากาศยาน. 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
หน้า 2
ระบบจ่ายไฟของคอมเพล็กซ์ออนบอร์ดของยานอวกาศ ในบรรดาพลังงานทุกประเภท ไฟฟ้านั้นมีประโยชน์หลากหลายที่สุด เมื่อเทียบกับพลังงานประเภทอื่น มันมีข้อดีหลายประการ: พลังงานไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานประเภทอื่นได้ง่าย ประสิทธิภาพของการติดตั้งระบบไฟฟ้านั้นสูงกว่าประสิทธิภาพของการติดตั้งที่ใช้พลังงานประเภทอื่นมาก พลังงานไฟฟ้านั้นง่ายต่อการ ถ่ายโอนผ่านสายไปยังผู้บริโภค พลังงานไฟฟ้าจะกระจายได้ง่ายในหมู่ผู้บริโภค ระบบอัตโนมัติของกระบวนการควบคุมการบินของยานอวกาศใดๆ (SC) เป็นสิ่งที่คิดไม่ถึงหากไม่มีพลังงานไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้าถูกใช้เพื่อกระตุ้นองค์ประกอบทั้งหมดของอุปกรณ์และอุปกรณ์ในยานอวกาศ (กลุ่มขับเคลื่อน การควบคุม ระบบสื่อสาร เครื่องมือที่ซับซ้อน เครื่องทำความร้อน ฯลฯ) ระบบจ่ายไฟ (PSS) ของยานอวกาศเป็นหนึ่งในระบบที่สำคัญที่สุดที่รับประกันการทำงานของยานอวกาศ ข้อกำหนดหลักสำหรับ SES: การสำรองพลังงานที่จำเป็นสำหรับเที่ยวบินทั้งหมด, การทำงานที่เชื่อถือได้ในสภาวะแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์, ความน่าเชื่อถือที่จำเป็นซึ่งจัดทำโดยความซ้ำซ้อน (ในแง่ของพลังงาน) ของแหล่งกำเนิดหลักและบัฟเฟอร์, การไม่มีการปล่อยและการใช้ก๊าซ ความสามารถในการปฏิบัติการในทุกตำแหน่งในอวกาศ มวลขั้นต่ำ ต้นทุนขั้นต่ำ พลังงานไฟฟ้าทั้งหมดที่จำเป็นในการดำเนินโปรแกรมการบิน (สำหรับโหมดปกติและสำหรับพลังงานที่ผิดปกติบางอย่าง) จะต้องอยู่บนยานอวกาศ เนื่องจากการเติมเต็มเป็นไปได้สำหรับสถานีที่มีคนขับเท่านั้น ความน่าเชื่อถือของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดย 3
