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.

Носители среднего класса Китая

К РН промежуточного класса (по американской классификации) можно отнести находящиеся в настоящее время в Китае в эксплуатации две модификации базовой трехступенчатой РН Чанчжэн-3 (CZ-3): Чанчжэн-ЗА (CZ-3A) и Чанчжэн-3В (CZ-3B),npинципиально не отличающиеся от базовой РН Чанчжэн-3,а также РН Чанчжэн-2Е (CZ-2E). Зарубежные специалисты считают эти РН идентичными американской РН среднего класса Delta-2. На РН Чанчжэн-3 китайцы впервые…

Причины реструктуризации военно-политического характера

Причины, вызвавшие к жизни и продолжающие подпитывать процесс реструктуризации аэрокосмических фирм за рубежом, условно могут быть разделены на три группы: военно-политические, экономические и ресурсные. В основе военно-политических причин лежат новые условия, складывающиеся в мире после завершения “холодной войны”, когда сокращения выделяемых на военные нужды ассигнований привели к уменьшению военных заказов. Так, с 1987 по 1994…

Космические системы мониторинга

В области систем мониторинга следует выделить ряд приоритетных направлений развития, связанных как с повышением глобальности и оперативности наблюдения земной поверхности и околоземного пространства космическими средствами,так и с повышением эффективности решения задач прогноза и контроля, в том числе перспективные методы прогноза и контроля опасных природных явлений, биоэнергоинформационного состояния районов, городов, сельскохозяйственных угодий, пастбищ, геологического изучения территории…

Пилотируемая космонавтика – магистральное направление

История пилотируемой космонавтики началась 12 апреля 1961 г., когда советский летчик-космонавт Юрий Гагарин совершил первый космический полет продолжительностью 108 минут и навсегда вошел в историю развития нашей цивилизации. Это событие аккумулировало в себе титанические усилия и накопленный научно-технический потенциал ракетно-космической отрасли СССР. Пилотируемое освоение космоса давалось нелегко. Достижения и свершения сопровождались потерями и трагедиями. Мрачный…

Основные средства НКУ

Все средства НКУ можно подразделить по функциональному признаку на следующие основные группы: средства центра управления полетом КА; средства информационного обмена с КА; средства связи и передачи данных (ССПД) между ЦУПом и другими элементами НКУ, а также между ЦУПом и внешними взаимодействующими комплексами; средства системы единого времени. Информационный обмен между НКУ и КА осуществляется по радиоканалам…

Международно-правовой режим создания и использования космических телекоммутационных систем, включая вопросы непосредственного телевизионного вещания

Основы международно-правового режима в вопросах создания и использования систем космической связи определяются сегодня деятельностью Международного союза электросвязи (МСЭ), его многочисленных органов и организаций, осуществляемой в интересах эффективного сотрудничества государств в деле улучшения и рационального использования всех видов электросвязи. МСЭ осуществляет распределение радиочастотного спектра и регистрацию присвоения радиочастот во избежание появления помех между радиолиниями различных государств,…

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…

Все права защищены ©2006-2021. Перепечатка материалов с сайта возможна только с указанием ссылки на сайт – Невероятно, но факт!.
Email: hi@poznovatelno.ru. Карта сайта
 

Невероятно, но факт!