Невероятно, но факт!
Главная / Космос / Бортовые солнечные энергетические установки

Бортовые солнечные энергетические установки

Развитие орбитальных средств различного назначения характеризуется ростом общего уровня их энергопотребления и соответственно энерговооруженности, а следовательно, и срока активного существования. В частности, уровень энергопотребления бортовой ретрансляционной аппаратуры и служебных систем коммуникационных геостационарных КА нового поколения будет составлять до 5-10 кВт при уровне энерговооруженности 1,4-2,0 Вт/кг, что примерно в 2-3 раза выше, чем соответствующие показатели отечественных аппаратов, находящихся в настоящее время в эксплуатации. Удельная мощность систем электроснабжения (СЭС), являющаяся обобщенным показателем их совершенства, за последние 10 лет возросла примерно в 1,5 раза (с 4-5 до 6-9 Вт/кг). Имеются принципиальные возможности дальнейшего увеличения удельной мощности СЭС в 2-3 раза за счет совершенствования систем генерации, накопления и преобразования энергии.

Важным направлением повышения эффективности целевого применения космических комплексов и систем, а также срока их активного существования является использование энергодвигательных систем на основе солнечных или ядерных энергоустановок и электрических ракетных двигателей. В частности, применение буксира с ЭРД позволяет в 2… 2,5 раза увеличить массу КА (целевого модуля) на геостационарной орбите (ГСО). Подобные перспективные средства межорбитальной транспортировки характеризуются значительными уровнями энергопотребления (40…100 кВт) и энергомассового совершенства бортовых ЭУ.

Для удовлетворения возрастающих требований к системам энергоснабжения необходимы:

  • повышение гарантированных удельных характеристик элементов СЭС в конце срока активного существования КА;
  • переход на элементы нового типа;
  • снижение уровня деградации СБ (начальных запасов ее мощности);
  • создание адаптивных систем преобразования электроэнергии, управления СЭС и контроля ее работы для обеспечения наиболее эффективного использования возможностей элементов данной системы;
  • повышение ресурса и стойкости СЭС при воздействии факторов космического пространства.

Проблема улучшения гарантированных удельных энергомассовых характеристик бортовых ЭУ, работающих с использованием солнечных батарей и химических источников тока, при одновременном увеличении их ресурса может решаться:

  1. дальнейшим совершенствованием традиционных СЭС и их элементов с целью достижения высоких удельных характеристик фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на основе Si (170Вт/м2; 100 Вт/кг) и GaAs (220 Вт/м2; 60 Вт/кг), солнечных батарей (100-110 Вт/м2; 1,5-2,5 кг/м2 в конце ресурса, равного 10-15 годам на высоких орбитах, и 80-90 Вт/м2 после 5-7 лет работы на низких орбитах), а также совершенствованием существующих никель-кадмиевых аккумуляторов до достижения уровня удельной энергии 40-50 Вт*ч/кг при ресурсе до 5 лет на низких орбитах и 10-15 лет на ГСО;
  2. разработкой СБ на основе высокоэффективных ФЭП с повышейными КПД и радиационной стойкостью (в частности, у ФЭП на основе InP КПД > 20 %),а также панелей СБ с концентраторами солнечной энергии для эксплуатации на особо радиационно опасных орбитах. Ожидаемые удельные характеристики панели СБ с зеркальными концентраторами — 120-140 Вт/м2; 2-5 кг/м2 в случае деградации ФЭП на основе GaAs 2-3 % за 5 лет и на основе Si 15-20 % за 5 лет при ресурсе 10 лет. Для эксплуатации на высоких и менее радиационно опасных орбитах могут использоваться разрабатываемые СБ с линзовыми концентраторами (ожидаемые характеристики модуля с гетерогенными арсенид-галлиевыми ФЭП — 200 Вт/м2; 4 кг/м2);
  3. созданием СБ на основе сверхтонких ФЭП, гибких и бескаркасных панелей (достижением удельной массы панели СБ 1,5-2,5 кг/м2);
  4. разработкой накопителей энергии новых типов на основе электрохимических источников тока: никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) с общим газовым коллектором в целях достижения их удельной энергии 45-60 Вт*ч/кг и ресурса 25 000 циклов на низких орбитах и 10 лет на ГСО; серно-натриевых АБ с удельной энергией 110-140 Вт*ч/кг, удельной мощностью 120-180 Вт/кг и ресурсом 4000 циклов; регенеративных накопителей энергии на основе водородно-кислородной электрохимической системы для работы в составе СЭС и энергодвигательных систем с высокими удельными характеристиками (120 Вт*ч/кг) и длительным ресурсом (10 лет), а также разработкой СЭС на основе электромеханических накопителей энергии с удельной энергией 30 Вт*ч/кг для КА с длительным циклическим ресурсом (10 лет) и сильноточными нагрузками;
  5. разработкой адаптивных комплексов электропреобразующей аппаратуры, включая систему преобразования электроэнергии и управления электрическими ракетными двигателями (широкое применение которых предполагается для увеличения эффективности средств межорбитальной транспортировки КА и срока их активного существования), с удельной мощностью до 100 Вт/кг при ресурсе 10-15 лет.

Одним из перспективных направлений развития бортовых ЭУ является разработка солнечных газотурбинных установок (СГТУ) с электрической мощностью 10 кВт и выше, что обусловлено их следующими преимуществами:

  • более высоким КПД преобразования солнечной энергии в электрическую (25 % и в перспективе до 50 %);
  • меньшими габаритами СГТУ по сравнению с размерами ЭУ на базе СБ;
  • возможностью генерирования переменного тока повышенного напряжения;
  • длительным ресурсом работы (за счет применения газовых подшипников в опорах турбокомпрессора);
  • меньшей стоимостью энергоустановки;
  • перспективностью газотурбинных преобразователей энергии, которые могут использоваться совместно с ядерными и химическими источниками энергии;
  • возможностью применения теплового аккумулятора энергии.

В настоящее время в Исследовательском центре им. М.В. Келдыша совместно с другими предприятиями создается установка СГТУ-10 первого поколения (модуль мощностью 10 кВт) для орбитальных станций типа «Мир», МКС. С помощью таких модулей можно получить электрическую мощность до 100 кВт. Уровни мощности в сотни и тысячи киловатт (для функционирования буксиров с ЭРД, выполнения лунной и марсианской программ) могут быть достигнуты с использованием СГТУ второго поколения (на основе высокотемпературных светоприемников и турбины, а также капельных холодильников-излучателей). Прогнозируемые удельные характеристики подобного СГТУ: мощность — 250-2500 кВт; удельная мощность — 100-250 Вт/кг. При высоких уровнях энергопотребления весьма перспективным представляется использование ядерных бортовых энергоустановок.

Космонавтика

Космонавтика как наука, а затем и как практическая отрасль, сформировалась в середине XX века. Но этому предшествовала увлекательная история рождения и развития идеи полета в космос, начало которой положила фантазия, и только затем появились первые теоретические работы и эксперименты. Так, первоначально в мечтах человека полет в космические просторы осуществлялся с помощью сказочных средств или сил…

Носители среднего класса Японии

Двухступенчатая РН Н2 (табл.), разработанная фирмой Mitsubishi под руководством NASDA, существенно расширяет возможности Японии по запуску крупногабаритных КА в космос. По американской классификации ее можно отнести к промежуточному (между средним и тяжелым) классу. В конструкции РН Н2 и новой тяжелой западноевропейской РН Ariane-5 имеется некоторое сходство. Различия главным образом в размерах и суммарной тяге. Компоновка…

Экономические причины реструктуризации

Процессы на фондовой бирже. Не только политика, но и реальный сектор экономики повинен в реструктуризации финансово-промышленных групп в военной индустрии. В США развиты финансовые рычаги влияния на военно-промышленную отрасль, и среди них процессы на фондовой бирже стоят на первом месте. Первичным толчком к консолидационным слияниям послужило падение Берлинской стены в 1989 г. Фондовые игроки под…

Навигационные системы

Находящие все большее применение в различных областях космические навигационные системы будут развиваться в направлении создания на качественно новом уровне навигационно-временного обеспечения различных объектов хозяйственного, научного и оборонного назначения в интересах решения широкого круга задач навигации подвижных объектов, высокоточной привязки при строительстве, геологических изысканиях, при проведении кадастровых работ, контроля за перевозкой ценных грузов, проведения аварийно-спасательных работ…

Энергетические и двигательные установки ракетно-космической техники

В создание движителей для вывода полезных нагрузок в космос огромный вклад внесли наши соотечественники. Будучи приговоренным к смертной казни, студент медико-хирургической академии Николай Иванович Кибальчич (1853-1881 гг.) передал в адвокатуру не просьбу о помиловании, а свой «Проект воздухоплавательного прибора». В этом проекте он высказал идею ракетного летательного аппарата. Н.И. Кибальчич писал, что если его идея…

Командно-измерительные пункты НКУ

Наземная аппаратура радиотехнических систем НКУ, предназначенная для обмена информацией с КА, размещается на командно-измерительных пунктах. В составе НКУ обычно используются несколько КИПов. Они могут быть стационарными или подвижными (располагаться на плавучих судах, автомобилях, самолетах и т.п.). Место размещения КИПа на поверхности Земли существенно зависит от баллистической структуры орбитальной группировки управляемой космической системы, требований к точности…

Международно-правовой режим военно-космической деятельности

Международно-правовой режим, регламентирующий решение в космосе военных вопросов, не успевает за экспансивным развитием ракетно-космической техники и технологий. Принимаемые политические меры также до конца не способны обеспечить эффективный контроль за эволюцией космических вооружений, надежно заключая их в «прокрустово ложе» международных договоров и соглашений. Бурное развитие космических систем, усиление их роли в поддержании боеспособности современных вооруженных сил…

Достижения космонавтики

В докладе Правительству в 1954 г. о возможности разработки ИСЗ С.П. Королев писал: «По вашему указанию представляю докладную записку тов. Тихонравова М.К. «Об искусственном спутнике Земли…». В отчете о научной деятельности за 1954 г. С.П. Королев отмечал: «Мы полагали бы возможным провести эскизную разработку проекта самого ИСЗ с учетом ведущихся работ (особенно заслуживают внимания работы…

Носители среднего класса Индии

С 1986 г. фирмой «Хиндустан аэронотикс» под руководством ISRO в Индии осуществляется разработка трехступенчатой РН среднего класса GSLV (Geosynchronous Satellite Vehicle — РН для выведения спутников на геостационарную орбиту). Согласно проекту на первой ступени РН GSLV предполагается установить ЖРД индийского производства — РДТТ S-125, на второй — ЖРД индийского производства Vicas, на третьей — криогенный…

Ресурсные причины реструктуризации

В 1990 — 1992 гг. в США произошел спад производства в высокотехнологическом секторе промышленности (который включает и аэрокосмическую отрасль). Причина спада — сокращение государственных капиталовложений в науку и технику, осваиваемых промышленностью в порядке выполнения государственных программ. Если в 1987 г. эти вложения составляли 57,9 млрд. дол., то в 1996 г. — 47,4 млрд. дол. Из…

Все права защищены ©2006-2022. Перепечатка материалов с сайта возможна только с указанием ссылки на сайт – Невероятно, но факт!.
Email: hi@poznovatelno.ru. Карта сайта
 

Невероятно, но факт!