Невероятно, но факт!






купонлар.ру
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 стран Европейского космического агентства

Западноевропейский космический консорциум Arianespace уже более 10 лет эксплуатирует семейство РН среднего класса Ariane-4 (первый пуск РН Ariane-4 был осуществлен 15 июня 1988 г.), коэффициент надежности которой составляет 0,97. Модификации этой РН позволили вывести около 1400 спутников. Ниже описаны модификации, эксплуатируемые в настоящее время. В процессе реализации программы создания трехступенчатой РН Ariane-4 было изготовлено 6…

Направление реструктуризации аэрокосмической промышленности

Аэрокосмическая промышленность – одна из динамично развивающихся, наукоемких, прибыльных и перспективных отраслей мировой экономики. В последние годы эта отрасль охвачена процессами, которые изучаются многими специалистами различного профиля – политологами, экономистами, юристами и т.д. Этот интерес вызван стремлением понять и, по возможности, направлять эти процессы, прогнозировать их дальнейший ход и последствия. Разные авторы используют свои термины…

Качественный скачок в развитии орбитальных средств

Учитывая перспективы развития и совершенствования науки и технологий, прогнозируемые потребности государственных и коммерческих структур в использовании космоса,можно сделать вывод, что характерной чертой космической деятельности в XXI в. будет не только стремление к достижению новых количественных и качественных рубежей в развитии космических систем, но и создание новых высокотехнологичных космических средств и систем различного целевого назначения, затрагивающих…

Многоразовые космические системы

Современный уровень развития науки и техники, имеющийся задел в разработке элементной базы многоразовых космических систем (МКС) и созданная к настоящему времени экспериментальная база, а также существующая технология производства в ракетно-космической и авиационной отраслях промышленности позволяют уже в ближайшем будущем рассматривать вопросы, связанные с проектированием и разработкой перспективных МКС. В настоящее время достаточно четко сформировались три…

Требования к основным характеристикам НКУ

Требования к НКУ определяются целевым назначением управляемых КА, выполняемыми ими на орбите функциями и баллистической структурой орбитальной группировки КА. Автоматические КА ближнего и среднего космоса, к которым относятся К А для исследования природных ресурсов Земли, геодезии, связи и телевещания, в большинстве своем не требуют при штатной эксплуатации высокой оперативности управления. Программы работы бортовых систем КА…

Проблема делимитации воздушного и космического пространства и перспективы ее решения

Проблема определения юридических границ космического пространства – одна из важнейших и до сих пор не решенных проблем международного космического права. С одной стороны, необходимо обеспечить действие принципа уважения полного и исключительного суверенитета государств на их воздушное пространство с другой – свободу мирного использования и исследования космического пространства. В решении этой проблемы существует два противоположных по…

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…

Все права защищены ©2006-2019. Перепечатка материалов с сайта возможна только с указанием ссылки на сайт – Невероятно, но факт!. Email: hi@poznovatelno.ru