Εισαγωγή

παροχή ενέργειας χώρο ηλιακής μπαταρίας

Επί του παρόντος, μία από τις προτεραιότητες για τη στρατηγική ανάπτυξη του επιστημονικού και τεχνικού δυναμικού της δημοκρατίας είναι η δημιουργία της διαστημικής βιομηχανίας. Για το σκοπό αυτό, το 2007 δημιουργήθηκε στο Καζακστάν η Εθνική Υπηρεσία Διαστήματος (Kazcosmos), της οποίας οι δραστηριότητες στοχεύουν κυρίως στην ανάπτυξη και εφαρμογή στοχευμένων διαστημικών τεχνολογιών και στην ανάπτυξη της διαστημικής επιστήμης προς το συμφέρον της κοινωνικοοικονομικής ανάπτυξης της χώρας. .

Η επιστημονική διαστημική έρευνα στον Κάζκοσμο πραγματοποιείται κυρίως στο Εθνικό Κέντρο Διαστημικής Έρευνας και Τεχνολογίας JSC (NTSKIT JSC), το οποίο περιλαμβάνει τέσσερα ερευνητικά ινστιτούτα: το Αστροφυσικό Ινστιτούτο που φέρει το όνομά του. V.G. Fesenkova, Institute of Ionosphere, Institute of Space Research, Institute of Space Engineering and Technology. Η JSC "NTSKIT" διαθέτει μια μεγάλη πειραματική βάση: ένα στόλο σύγχρονου εξοπλισμού μέτρησης, χώρους δοκιμών, παρατηρητήρια, επιστημονικά κέντρα για τη διεξαγωγή θεμελιωδών και εφαρμοσμένης επιστημονικής έρευνας στον τομέα των διαστημικών δραστηριοτήτων σύμφωνα με εγκεκριμένες προτεραιότητες.

Η Joint Stock Company "National Center for Space Research and Technology" JSC "NTSKIT" οργανώθηκε μέσω της αναδιοργάνωσης της Δημοκρατικής Κρατικής Επιχείρησης με δικαίωμα οικονομικής διαχείρισης "Center for Astrophysical Research" και των θυγατρικών της με βάση το Διάταγμα της Κυβέρνησης η Δημοκρατία του Καζακστάν αριθ. 38 με ημερομηνία 22 Ιανουαρίου 2008.

Κύριο αντικείμενο δραστηριότητας της ανώνυμης εταιρείας είναι η υλοποίηση ερευνητικών, αναπτυξιακών, παραγωγικών και οικονομικών δραστηριοτήτων στον τομέα της διαστημικής έρευνας και τεχνολογίας.

Ένα από τα πιο σημαντικά ενσωματωμένα συστήματα οποιουδήποτε διαστημικού σκάφους, το οποίο καθορίζει πρωτίστως τα χαρακτηριστικά απόδοσης, την αξιοπιστία, τη διάρκεια ζωής και την οικονομική του απόδοση, είναι το σύστημα παροχής ρεύματος. Ως εκ τούτου, τα προβλήματα ανάπτυξης, έρευνας και δημιουργίας συστημάτων τροφοδοσίας για διαστημόπλοια είναι υψίστης σημασίας.

Η αυτοματοποίηση των διαδικασιών ελέγχου πτήσης οποιουδήποτε διαστημικού σκάφους (SC) είναι αδιανόητη χωρίς ηλεκτρική ενέργεια. Η ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται για την οδήγηση όλων των στοιχείων των συσκευών και του εξοπλισμού του διαστημικού σκάφους (ομάδα πρόωσης, χειριστήρια, συστήματα επικοινωνίας, όργανα, θέρμανση κ.λπ.).

Γενικά, το σύστημα τροφοδοσίας παράγει ενέργεια, τη μετατρέπει και τη ρυθμίζει, την αποθηκεύει για περιόδους αιχμής ζήτησης ή σκιώδη λειτουργία και τη διανέμει σε όλο το διαστημόπλοιο. Το υποσύστημα τροφοδοσίας μπορεί επίσης να μετατρέψει και να ρυθμίσει την τάση ή να παρέχει μια σειρά επιπέδων τάσης. Ενεργοποιεί και απενεργοποιεί συχνά τον εξοπλισμό και, για να βελτιώσει την αξιοπιστία, προστατεύει από βραχυκυκλώματα και απομονώνει σφάλματα. Ο σχεδιασμός του υποσυστήματος επηρεάζεται από την κοσμική ακτινοβολία, η οποία προκαλεί υποβάθμιση των ηλιακών συλλεκτών. Η διάρκεια ζωής μιας χημικής μπαταρίας συχνά περιορίζει τη διάρκεια ζωής ενός διαστημικού σκάφους.

Τα τρέχοντα προβλήματα είναι η μελέτη των λειτουργικών χαρακτηριστικών των διαστημικών πηγών ενέργειας. Η μελέτη και η εξερεύνηση του διαστήματος απαιτεί την ανάπτυξη και τη δημιουργία διαστημικών σκαφών για διάφορους σκοπούς. Επί του παρόντος, τα αυτόματα μη επανδρωμένα διαστημόπλοια είναι τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα για το σχηματισμό ενός παγκόσμιου συστήματος επικοινωνιών, τηλεόρασης, πλοήγησης και γεωδαισίας, μεταφοράς πληροφοριών, μελέτης των καιρικών συνθηκών και των φυσικών πόρων της Γης, καθώς και για την εξερεύνηση του διαστήματος. Για τη δημιουργία τους, είναι απαραίτητο να διασφαλιστούν πολύ αυστηρές απαιτήσεις για την ακρίβεια του προσανατολισμού της συσκευής στο διάστημα και τη διόρθωση των τροχιακών παραμέτρων, και αυτό απαιτεί αύξηση της τροφοδοσίας του διαστημικού σκάφους.

1. Γενικές πληροφορίες για την JSC “NCIT”

Εκτέλεση εργασιών έρευνας και ανάπτυξης για τη δημιουργία υλικού και λογισμικού για συστήματα διόρθωσης διαφορών και εξοπλισμό πλοήγησης καταναλωτών.

Αντικειμενοστραφή μοντελοποίηση και ανάπτυξη λογισμικού και υλικού για ένα σύστημα τρισδιάστατης μοντελοποίησης μεγάλης κλίμακας με χρήση τεχνολογιών δορυφορικής πλοήγησης και εμβέλειας λέιζερ.

Ανάπτυξη μηχανικών μοντέλων ενός συγκροτήματος επιστημονικού εξοπλισμού για τη διενέργεια μετρήσεων επί του σκάφους και τη συσσώρευση στοχευμένων επιστημονικών πληροφοριών και λογισμικού για τη λειτουργία τους.

Δημιουργία επιστημονικού, μεθοδολογικού και λογισμικού για την επίλυση προβλημάτων σύνθετης ανάλυσης και πρόβλεψης της ανάπτυξης της διαστημικής τεχνολογίας στη Δημοκρατία του Καζακστάν.

Δημιουργία λογισμικού και μοντέλων μαθηματικής υποστήριξης και προσομοίωσης διαστημοπλοίων και υποσυστημάτων.

Ανάπτυξη πειραματικών δειγμάτων συσκευών, εξοπλισμού, εξαρτημάτων και υποσυστημάτων μικροδορυφόρων.

Δημιουργία επιστημονικής και μεθοδολογικής υποστήριξης και ρυθμιστικής και τεχνικής βάσης για την επίλυση προβλημάτων τεχνικής ρύθμισης.

Ρύθμιση απαιτήσεων για την ανάπτυξη, σχεδιασμό, δημιουργία, λειτουργία διαστημικής τεχνολογίας, διασφάλιση της ασφάλειας, αξιολόγησης και επιβεβαίωσης συμμόρφωσης.

Σύμφωνα με το κυβερνητικό διάταγμα αριθ. Έρευνα» και τις θυγατρικές του «Ινστιτούτο Ιονόσφαιρας», «Αστροφυσικό Ινστιτούτο με το όνομα V.G. Fesenkov», «Institute of Space Research» αναδιοργανώθηκαν μέσω συγχώνευσης και μετατροπής στην ανώνυμη εταιρεία «National Center for Space Research and Technology» με 100% κρατική συμμετοχή στο εγκεκριμένο κεφάλαιο.

Πιστοποιητικό κρατικής εγγραφής της JSC "NTSKIT" - Αρ. 93168-1910-AO, αριθμός ταυτοποίησης 080740009161, ημερομηνία 16 Ιουλίου 2008, εγγεγραμμένο στο Τμήμα Δικαιοσύνης του Αλμάτι του Υπουργείου Δικαιοσύνης της Δημοκρατίας του Καζακστάν

.2 Γενικά χαρακτηριστικά του οργανισμού

Η Joint Stock Company "Εθνικό Κέντρο Διαστημικής Έρευνας και Τεχνολογίας" εγγράφηκε στις 16 Ιουλίου 2008.

Την περίοδο από το 2004 έως τις 15 Ιουλίου 2008, η JSC NTsKIT ήταν νόμιμα η Δημοκρατική Κρατική Επιχείρηση «Κέντρο Αστροφυσικής Έρευνας» (με δικαίωμα οικονομικής διαχείρισης), η οποία δημιουργήθηκε σύμφωνα με το διάταγμα της κυβέρνησης της Δημοκρατίας του Καζακστάν με ημερομηνία 5 Μαρτίου 2004 Αρ. 280 «Εκδίδει ορισμένες δημοκρατικές κρατικές επιχειρήσεις του Υπουργείου Παιδείας και Επιστημών της Δημοκρατίας του Καζακστάν». Το RSE δημιουργήθηκε με βάση την αναδιοργάνωση και τη συγχώνευση των δημοκρατικών κρατικών κυβερνητικών επιχειρήσεων «Institute of Space Research», «Institute of the Ionosphere» και «Astrophysical Institute με το όνομα V.G. Fesenkov», στις οποίες δόθηκε το νομικό καθεστώς των θυγατρικών κρατικών επιχειρήσεων.

Με Διάταγμα της Κυβέρνησης της Δημοκρατίας του Καζακστάν της 29ης Μαΐου 2007 αριθ. Εθνική Διαστημική Υπηρεσία της Δημοκρατίας του Καζακστάν.

Το Ινστιτούτο Διαστημικής Έρευνας της Ακαδημίας Επιστημών της ΣΣΔ του Καζακστάν οργανώθηκε σύμφωνα με το ψήφισμα του Υπουργικού Συμβουλίου της Καζακικής SSR Νο. 470 της 12ης Αυγούστου 1991. Ο ιδρυτής και ο πρώτος διευθυντής του Ινστιτούτου είναι ο βραβευμένος με το Κρατικό Βραβείο της ΕΣΣΔ, κάτοχος του Τάγματος του Λένιν, του Κόκκινου Πανό της Εργασίας, "Parasat", ακαδημαϊκός της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών της Δημοκρατίας του Καζακστάν Sultangazin Umirzak Makhmutovich (1936 - 2005). Τον Ιανουάριο του 2011, το Ινστιτούτο πήρε το όνομά του από τον Ακαδημαϊκό U.M. Σουλτανγκαζίνα.

Αντικείμενο των δραστηριοτήτων του Ινστιτούτου ήταν η διεξαγωγή θεμελιωδών και εφαρμοσμένης έρευνας στο πλαίσιο κρατικών, βιομηχανικών, διεθνών προγραμμάτων και έργων, καθώς και η εκτέλεση εργασιών με επιχορηγήσεις από εγχώριους και ξένους πόρους στον τομέα της Τηλεπισκόπησης της Γης (ERS), της παρακολούθησης του διαστήματος. , μοντελοποίηση γεωγραφικών πληροφοριών και επιστήμη των διαστημικών υλικών.

Το Ινστιτούτο Διαστημικών Ερευνών, ως μητρικός οργανισμός, συντόνισε την έρευνα των ινστιτούτων της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών της Δημοκρατίας του Καζακστάν και άλλων τμηματικών οργανισμών για την ανάπτυξη και εφαρμογή και των τεσσάρων προγραμμάτων επιστημονικής έρευνας και πειραμάτων του Καζακστάν στο Mir τροχιακό σύμπλεγμα με τη συμμετοχή του κοσμοναύτη T.O Aubakirov. (1991) και με τη συμμετοχή του κοσμοναύτη T.A. - (1994, 1998), στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό - με τη συμμετοχή του κοσμοναύτη T.A (2001).

Ινστιτούτο Διαστημικής Έρευνας που πήρε το όνομά του από τον ακαδημαϊκό U.M. Η Sultangazina ήταν μέρος της JSC NTsKIT ως χωριστή νομική οντότητα υπό την ιδιότητα της θυγατρικής εταιρείας περιορισμένης ευθύνης.

Από το 2014Το ινστιτούτο και ο διοικητικός μηχανισμός της JSC "NCIT" συνδυάστηκαν σε μια ενιαία δομή, διατηρώντας τη σύνθεση του προσωπικού και τους τομείς έρευνας.

1.3 Τύποι δραστηριοτήτων της JSC "NCIT"

Συντονισμός, υποστήριξη και υλοποίηση ερευνητικών δραστηριοτήτων. Θεμελιώδης και εφαρμοσμένη διαστημική έρευνα

Διαμόρφωση κύριων κατευθύνσεων και σχεδίων επιστημονικής έρευνας, υποβολή ολοκληρωμένης επιστημονικής έρευνας στην Εθνική Διαστημική Υπηρεσία της Δημοκρατίας του Καζακστάν.

Υποβολή στην Εθνική Διαστημική Υπηρεσία της Δημοκρατίας του Καζακστάν συμπερασμάτων και συστάσεων που βασίζονται σε ετήσιες εκθέσεις επιστημονικών οργανισμών για επιστημονικές και επιστημονικές και τεχνικές δραστηριότητες·

Υποστήριξη και υλοποίηση πειραματικού σχεδιασμού και παραγωγής και οικονομικών δραστηριοτήτων

Δημιουργία συστημάτων γεωγραφικών πληροφοριών που βασίζονται σε μεθόδους αεροδιαστημικής έρευνας.

Λήψη, επεξεργασία, διανομή, ισοδύναμη ανταλλαγή και πώληση δεδομένων τηλεπισκόπησης της γης από το διάστημα.

Ανάπτυξη και λειτουργία διαστημικών πόρων για διάφορους σκοπούς, συστήματα διαστημικής επικοινωνίας, πλοήγησης και τηλεπισκόπησης.

Παροχή μηχανικών και συμβουλευτικών υπηρεσιών

Διεξαγωγή έρευνας μάρκετινγκ

Υλοποίηση καινοτόμων δραστηριοτήτων

Ενημέρωση για τις δραστηριότητες της Εθνικής Διαστημικής Υπηρεσίας - Δημοκρατία του Καζακστάν και προώθηση επιστημονικών επιτευγμάτων

Προώθηση των επιτευγμάτων της επιστήμης και της διαστημικής τεχνολογίας, οργάνωση. Διεξαγωγή διεθνών και δημοκρατικών συνεδρίων, συνεδριών, συνεδρίων, σεμιναρίων, συναντήσεων, εκθέσεων. δημοσίευση επιστημονικών περιοδικών, εργασιών και πληροφοριών σχετικά με τις δραστηριότητες της Εθνικής Διαστημικής Υπηρεσίας της Δημοκρατίας του Καζακστάν

Εκπαίδευση επιστημονικού προσωπικού υψηλής ειδίκευσης. Προστασία Πνευματικής Ιδιοκτησίας

Ανάπτυξη κανονιστικής και νομικής τεκμηρίωσης

Σύνθεση προσωπικού

Συνολικά - 450 ειδικευμένοι ειδικοί και επιστήμονες.

Ανάμεσά τους 27 διδάκτορες επιστημών, 73 υποψήφιοι επιστήμες, 2 ακαδημαϊκοί, 2 αντεπιστέλλοντα μέλη και 3 διδάκτορες.

Κεντρική δομή

Τμήμα Τηλεπισκόπησης

Κύριοι τομείς έρευνας:

Ανάπτυξη τεχνολογιών λήψης, αρχειοθέτησης, επεξεργασίας και εμφάνισης δεδομένων τηλεπισκόπησης. Διεξαγωγή θεμελιωδών και εφαρμοσμένης επιστημονικής έρευνας στον τομέα της μελέτης των φασματικών χαρακτηριστικών αντικειμένων στην επιφάνεια της γης, της διαστημικής παρακολούθησης γεωργικής γης και του περιβάλλοντος, καταστάσεων έκτακτης ανάγκης (πλημμύρες, πλημμύρες, πυρκαγιές), θεματική ερμηνεία δορυφορικών δεδομένων διαφόρων φασματικών, χωρικών και χρονικές αναλύσεις που βασίζονται στην ανάλυση μακροπρόθεσμων σειρών δεδομένων Τηλεπισκόπηση και την κατάσταση της επιφάνειας της γης.

Διεξαγωγή υποδορυφορικής έρευνας. Δημιουργία τομεακών και περιφερειακών κέντρων καταστάσεων για διαστημική παρακολούθηση καταστάσεων έκτακτης ανάγκης.

Τμήμα Μοντελοποίησης Γεωγραφικών Πληροφοριών

Ανάπτυξη αριθμητικών μοντέλων μεταφοράς βραχέων κυμάτων και θερμικής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα για διόρθωση δορυφορικών εικόνων και υπολογισμοί φυσικών παραμέτρων της ατμόσφαιρας με βάση δορυφορικές πληροφορίες.

Δημιουργία μοντέλων γεωγραφικών πληροφοριών «ανάλυσης κινδύνου» για τον προσδιορισμό του βαθμού επιρροής φυσικών και ανθρωπογενών παραγόντων στην ανάπτυξη καταστάσεων έκτακτης ανάγκης στους κεντρικούς αγωγούς.

Δημιουργία αυτοματοποιημένων μεθόδων και τεχνολογιών ψηφιακής φωτογραμμετρίας, μεθόδων και υπολογιστικών αλγορίθμων συμβολομετρικής ανάλυσης δεδομένων τηλεπισκόπησης.

Τμήμα Επιστήμης Διαστημικών Υλικών και Μηχανικών Οργάνων

Δημιουργία τεχνολογιών για την παραγωγή δομικών και λειτουργικών υλικών για αεροδιαστημικούς σκοπούς, καθώς και προϊόντων που παράγονται από αυτά.

Ανάπτυξη ποιοτικών, αναλυτικών και αριθμητικών μεθόδων για τη μελέτη μη ακίνητων προβλημάτων στη δυναμική τεχνητών και φυσικών ουράνιων σωμάτων.

Ανάπτυξη νέων μαθηματικών μοντέλων και μεθόδων για την παροχή προγραμματισμένης κίνησης διαστημικών σκαφών.

Τμήμα Πληροφοριών και Εκπαιδευτικής Υποστήριξης (Αστάνα)

Οργάνωση προηγμένης εκπαίδευσης και επανεκπαίδευσης ειδικών για τη διαστημική βιομηχανία του Καζακστάν.

Κέντρο Υποδοχής Πληροφοριών Διαστήματος (Αλμάτι) και Επιστημονικό και Εκπαιδευτικό Κέντρο Παρακολούθησης Διαστήματος για Συλλογική Χρήση (Αστάνα)

Τακτική λήψη, αρχειοθέτηση και επεξεργασία δεδομένων δορυφορικών εικόνων από το διαστημόπλοιο Aqua/MODIS, Terra/MODIS, SuomiNPP (ΗΠΑ).

Υπάρχει διεθνής πιστοποίηση.

DTOO "II" (Ινστιτούτο Ιονόσφαιρας)

Αντικείμενο δραστηριότηταςΤο DTOO "Institute of the Ionosphere" διεξάγει θεμελιώδη, διερευνητική και εφαρμοσμένη έρευνα στον τομέα της ηλιακής-γήινης φυσικής και γεωδυναμικής: ιονόσφαιρα και γεωμαγνητικό πεδίο, διαστημικός καιρός, παρακολούθηση ακτινοβολίας κοντά στη Γη, γεωδυναμική και γεωφυσική παρακολούθηση του εδάφους-διαστήματος γήινος φλοιός του Καζακστάν, δημιουργία συστήματος πρόβλεψης κοιτασμάτων ορυκτών, γεωδαισίας και χαρτογραφίας.

DTOO "AFIF" (Αστροφυσικό Ινστιτούτο με το όνομα Fesenkov)

DTOO "IKTT" (Ινστιτούτο Διαστημικής Μηχανικής και Τεχνολογίας)

Θυγατρική Εταιρεία Περιορισμένης Ευθύνης «Ινστιτούτο Διαστημικής Μηχανικής και Τεχνολογίας»(εφεξής - DTOO "Institute of Space Engineering and Technology") δημιουργήθηκε με εντολή της Εθνικής Διαστημικής Υπηρεσίας της Δημοκρατίας του Καζακστάν αριθ. 65/OD με ημερομηνία 17/08/2009.

Το DTOO "Institute of Space Technology and Technology" εγγράφηκε στις 23 Δεκεμβρίου 2009. Ο μοναδικός ιδρυτής του Institute of Space Technology and Technology Ltd. είναι το National Center for Space Research and Technology Joint Stock Company.

2. Γενικές πληροφορίες για την παροχή ρεύματος των διαστημικών σκαφών

Η γεωμετρία του διαστημικού σκάφους, ο σχεδιασμός, η μάζα και η ενεργή ζωή καθορίζονται σε μεγάλο βαθμό από το σύστημα τροφοδοσίας του διαστημικού σκάφους. Το σύστημα τροφοδοσίας ισχύος, ή αλλιώς αναφέρεται ως σύστημα τροφοδοσίας διαστημικού σκάφους (PSS), είναι το σύστημα διαστημικού σκάφους που παρέχει ρεύμα σε άλλα συστήματα και είναι ένα από τα πιο σημαντικά συστήματα. Η βλάβη του συστήματος τροφοδοσίας οδηγεί σε βλάβη ολόκληρης της συσκευής.

Το σύστημα τροφοδοσίας συνήθως περιλαμβάνει: μια κύρια και δευτερεύουσα πηγή ηλεκτρικής ενέργειας, μετατροπείς, φορτιστές και αυτοματισμό ελέγχου.

Πρωτογενείς πηγές ενέργειας

Διάφορες γεννήτριες ενέργειας χρησιμοποιούνται ως πρωτογενείς πηγές:

ηλιακούς συλλέκτες;

Πηγές χημικού ρεύματος:

μπαταρίες?

γαλβανικά κύτταρα;

Κυψέλες καυσίμου?

πηγές ενέργειας ραδιοϊσοτόπων·

πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Η πρωτογενής πηγή περιλαμβάνει όχι μόνο την ίδια τη γεννήτρια ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά και τα συστήματα που την εξυπηρετούν, για παράδειγμα, το σύστημα προσανατολισμού του ηλιακού πάνελ.

Συχνά οι πηγές ενέργειας συνδυάζονται, για παράδειγμα, μια ηλιακή μπαταρία με μια χημική μπαταρία.

Κυψέλες καυσίμου

Οι κυψέλες καυσίμου έχουν χαρακτηριστικά υψηλού βάρους και μεγέθους και πυκνότητα ισχύος σε σύγκριση με ένα ζευγάρι ηλιακών μπαταριών και μια χημική μπαταρία, είναι ανθεκτικές σε υπερφορτώσεις, έχουν σταθερή τάση και είναι αθόρυβες. Ωστόσο, απαιτούν παροχή καυσίμου, επομένως χρησιμοποιούνται σε συσκευές με περίοδο παραμονής στο διάστημα από αρκετές ημέρες έως 1-2 μήνες.

Οι κυψέλες καυσίμου υδρογόνου-οξυγόνου χρησιμοποιούνται κυρίως, καθώς το υδρογόνο παρέχει την υψηλότερη θερμογόνο δύναμη και, επιπλέον, το νερό που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της αντίδρασης μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε επανδρωμένα διαστημόπλοια. Για να εξασφαλιστεί η κανονική λειτουργία των κυψελών καυσίμου, είναι απαραίτητο να εξασφαλιστεί η απομάκρυνση του νερού και της θερμότητας που παράγεται ως αποτέλεσμα της αντίδρασης. Ένας άλλος περιοριστικός παράγοντας είναι το σχετικά υψηλό κόστος υγρού υδρογόνου και οξυγόνου και η δυσκολία αποθήκευσης τους.

Πηγές ενέργειας ραδιοϊσοτόπων

Οι πηγές ενέργειας ραδιοϊσοτόπων χρησιμοποιούνται κυρίως στις ακόλουθες περιπτώσεις:

μεγάλη διάρκεια πτήσης.

αποστολές στις εξωτερικές περιοχές του Ηλιακού Συστήματος, όπου η ροή της ηλιακής ακτινοβολίας είναι χαμηλή·

Οι δορυφόροι αναγνώρισης με ραντάρ πλευρικής σάρωσης δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν ηλιακούς συλλέκτες λόγω χαμηλών τροχιών, αλλά έχουν υψηλή απαίτηση ενέργειας.

Αυτοματοποίηση του συστήματος τροφοδοσίας

Περιλαμβάνει συσκευές για τον έλεγχο της λειτουργίας του σταθμού ηλεκτροπαραγωγής, καθώς και την παρακολούθηση των παραμέτρων του. Τυπικές εργασίες είναι: διατήρηση των παραμέτρων του συστήματος εντός καθορισμένων ορίων: τάση, θερμοκρασία, πίεση, εναλλαγή τρόπων λειτουργίας, για παράδειγμα, μετάβαση σε εφεδρική πηγή ισχύος. αναγνώριση αστοχίας, προστασία έκτακτης ανάγκης των τροφοδοτικών, ιδίως από ρεύμα. παράδοση πληροφοριών σχετικά με την κατάσταση του συστήματος τηλεμετρίας και στην κονσόλα αστροναυτών. Σε ορισμένες περιπτώσεις, είναι δυνατή η εναλλαγή από τον αυτόματο σε χειροκίνητο έλεγχο είτε από την κονσόλα του αστροναύτη είτε με εντολές από το κέντρο ελέγχου εδάφους.

.1 Αρχή λειτουργίας και σχεδιασμός ηλιακών μπαταριών

Η ηλιακή μπαταρία βασίζεται σε γεννήτριες τάσης που αποτελούνται από ηλιακά κύτταρα - συσκευές για την άμεση μετατροπή της ηλιακής φωτεινής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Η δράση του FEP βασίζεται στο εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, δηλ. σχετικά με την εμφάνιση EMF υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός.

Ο φωτοβολταϊκός μετατροπέας ημιαγωγών (SPV) είναι μια συσκευή που μετατρέπει απευθείας την ενέργεια της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια. Η αρχή λειτουργίας ενός φωτοβολταϊκού στοιχείου βασίζεται στην αλληλεπίδραση του ηλιακού φωτός με έναν κρύσταλλο ημιαγωγών, κατά την οποία τα φωτόνια απελευθερώνουν ηλεκτρόνια στους κρυστάλλους - φορείς ηλεκτρικού φορτίου. Περιοχές με ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο ειδικά δημιουργημένο υπό την επίδραση της λεγόμενης διασταύρωσης p-n συλλαμβάνουν τα απελευθερωμένα ηλεκτρόνια και τα διαχωρίζουν με τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργείται ρεύμα και, κατά συνέπεια, ηλεκτρική ισχύς στο κύκλωμα φορτίου.

Ας δούμε τώρα αυτή τη διαδικασία λίγο πιο αναλυτικά, αν και με σημαντικές απλουστεύσεις. Ας ξεκινήσουμε εξετάζοντας την απορρόφηση του φωτός σε μέταλλα και καθαρούς ημιαγωγούς. Όταν ένα ρεύμα φωτονίων χτυπά την επιφάνεια ενός μετάλλου, μερικά από τα φωτόνια αντανακλώνται και το υπόλοιπο μέρος απορροφάται από το μέταλλο. Η ενέργεια του δεύτερου μέρους των φωτονίων αυξάνει το πλάτος των δονήσεων του πλέγματος και την ταχύτητα της χαοτικής κίνησης των ελεύθερων ηλεκτρονίων. Εάν η ενέργεια του φωτονίου είναι αρκετά υψηλή, τότε μπορεί να είναι αρκετό να εκκενωθεί ένα ηλεκτρόνιο από το μέταλλο, δίνοντάς του ενέργεια ίση ή μεγαλύτερη από τη συνάρτηση εργασίας του δεδομένου μετάλλου. Αυτό είναι ένα εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Με χαμηλότερη ενέργεια φωτονίων, η ενέργειά του τελικά πηγαίνει εξ ολοκλήρου στη θέρμανση του μετάλλου.

Μια διαφορετική εικόνα παρατηρείται όταν οι ημιαγωγοί εκτίθενται σε ροή φωτονίων. Σε αντίθεση με τα μέταλλα, οι κρυσταλλικοί ημιαγωγοί στην καθαρή τους μορφή (χωρίς ακαθαρσίες), εάν δεν επηρεάζονται από εξωτερικούς παράγοντες (θερμοκρασία, ηλεκτρικό πεδίο, ακτινοβολία φωτός κ.λπ.), δεν έχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια αποκομμένα από τα άτομα του κρυσταλλικού πλέγματος του ο ημιαγωγός

Ρύζι. 2.1 - Απορρόφηση φωτός σε μέταλλα και ημιαγωγούς: 1 - ζώνη γεμάτη (σθένος), 2 - διάκενο ζώνης, 3 - ζώνη αγωγιμότητας, 4 - ηλεκτρόνια

Ωστόσο, δεδομένου ότι το υλικό ημιαγωγών βρίσκεται πάντα υπό την επίδραση κάποιας θερμοκρασίας (τις περισσότερες φορές θερμοκρασία δωματίου), ένα μικρό μέρος των ηλεκτρονίων μπορεί, λόγω θερμικών δονήσεων, να αποκτήσει ενέργεια επαρκή για να τα διαχωρίσει από τα άτομά τους. Τέτοια ηλεκτρόνια γίνονται ελεύθερα και μπορούν να συμμετέχουν στη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας.

Ένα άτομο ημιαγωγού που έχει χάσει ένα ηλεκτρόνιο αποκτά θετικό φορτίο ίσο με το φορτίο του ηλεκτρονίου. Ωστόσο, μια θέση σε ένα άτομο που δεν καταλαμβάνεται από ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να καταληφθεί από ένα ηλεκτρόνιο από ένα γειτονικό άτομο. Σε αυτή την περίπτωση, το πρώτο άτομο γίνεται ουδέτερο και το γειτονικό γίνεται θετικά φορτισμένο. Ο χώρος που εκκενώνεται σε ένα άτομο λόγω του σχηματισμού ενός ελεύθερου ηλεκτρονίου είναι ισοδύναμος με ένα θετικά φορτισμένο σωματίδιο που ονομάζεται οπή.

Η ενέργεια που κατέχει ένα ηλεκτρόνιο σε κατάσταση δεσμευμένο σε ένα άτομο βρίσκεται εντός της γεμάτης ζώνης (σθένους). Η ενέργεια ενός ελεύθερου ηλεκτρονίου είναι σχετικά υψηλή και βρίσκεται σε μια ζώνη υψηλότερης ενέργειας - τη ζώνη αγωγιμότητας. Ανάμεσά τους βρίσκεται η απαγορευμένη ζώνη, δηλ. μια ζώνη τέτοιων ενεργειακών τιμών που τα ηλεκτρόνια ενός δεδομένου υλικού ημιαγωγού δεν μπορούν να έχουν ούτε σε δεσμευμένη ούτε σε ελεύθερη κατάσταση. Το χάσμα ζώνης για τους περισσότερους ημιαγωγούς κυμαίνεται από 0,1 - 1,5 eV. Για τιμές χάσματος ζώνης μεγαλύτερες από 2,0 eV, έχουμε να κάνουμε με διηλεκτρικά.

Εάν η ενέργεια του φωτονίου είναι ίση ή υπερβαίνει το διάκενο ζώνης, τότε ένα από τα ηλεκτρόνια διαχωρίζεται από το άτομό του και μεταφέρεται από τη ζώνη σθένους στη ζώνη αγωγιμότητας.

Η αύξηση της συγκέντρωσης ηλεκτρονίων και οπών οδηγεί σε αύξηση της αγωγιμότητας του ημιαγωγού. Η αγωγιμότητα του ρεύματος σε έναν καθαρό μονοκρυσταλλικό ημιαγωγό που προκύπτει υπό την επίδραση εξωτερικών παραγόντων ονομάζεται εγγενής αγωγιμότητα. Με την εξαφάνιση των εξωτερικών επιρροών, τα ζεύγη ελεύθερων ηλεκτρονίων-οπών ανασυνδυάζονται μεταξύ τους και η εγγενής αγωγιμότητα του ημιαγωγού τείνει στο μηδέν. Δεν υπάρχουν ιδανικά καθαροί ημιαγωγοί που να έχουν μόνο τη δική τους αγωγιμότητα. Συνήθως, ένας ημιαγωγός έχει ηλεκτρονική (τύπου n) ή αγωγιμότητα οπής (τύπου p).

Ο τύπος της αγωγιμότητας καθορίζεται από το σθένος των ατόμων του ημιαγωγού και το σθένος των ατόμων της ενεργού ακαθαρσίας που είναι ενσωματωμένη στο κρυσταλλικό πλέγμα του. Για παράδειγμα, για το πυρίτιο (ομάδα IV του Περιοδικού Πίνακα Mendeleev), οι ενεργές ακαθαρσίες είναι βόριο, αλουμίνιο, γάλλιο, ίνδιο, θάλλιο (ομάδα III) ή φώσφορος, αρσενικό, αντιμόνιο, βισμούθιο (ομάδα V). Το πλέγμα κρυστάλλων πυριτίου έχει ένα σχήμα στο οποίο κάθε άτομο πυριτίου που βρίσκεται σε μια θέση πλέγματος συνδέεται με τέσσερα άλλα κοντινά άτομα πυριτίου με τους λεγόμενους ομοιοπολικούς ή ζεύγους-ηλεκτρονικούς δεσμούς.

Τα στοιχεία της ομάδας V (δότες), ενσωματωμένα στις θέσεις του κρυσταλλικού πλέγματος πυριτίου, έχουν ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ των τεσσάρων ηλεκτρονίων τους και των τεσσάρων ηλεκτρονίων γειτονικών ατόμων πυριτίου, και το πέμπτο ηλεκτρόνιο μπορεί εύκολα να απελευθερωθεί. Τα στοιχεία της ομάδας III (δεκτοί), ενσωματωμένα στις θέσεις του κρυσταλλικού πλέγματος πυριτίου, έλκουν ένα ηλεκτρόνιο από ένα από τα γειτονικά άτομα πυριτίου για να σχηματίσουν τέσσερις ομοιοπολικούς δεσμούς, σχηματίζοντας έτσι μια οπή. Αυτό το άτομο, με τη σειρά του, μπορεί να προσελκύσει ένα ηλεκτρόνιο από ένα από τα γειτονικά του άτομα πυριτίου κ.λπ.

Ένα ηλιακό στοιχείο είναι ένα φωτοκύτταρο ημιαγωγών με στρώμα πύλης, η λειτουργία του οποίου βασίζεται στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο που μόλις συζητήθηκε. Άρα, ο μηχανισμός λειτουργίας του FEP έχει ως εξής (Εικόνα 2.2).

Ένας κρύσταλλος FEP αποτελείται από p- και n-περιοχές, οι οποίες έχουν αγωγιμότητα οπών και ηλεκτρονίων, αντίστοιχα. Μεταξύ αυτών των περιοχών σχηματίζεται μια διασταύρωση p-n (στρώμα φραγμού). Το πάχος του είναι 10-4 - 10-6 cm.

Δεδομένου ότι υπάρχουν περισσότερα ηλεκτρόνια στη μία πλευρά της σύνδεσης pn και οπές στην άλλη, καθένας από αυτούς τους ελεύθερους φορείς ρεύματος θα τείνει να διαχέεται σε εκείνο το τμήμα του ηλιακού κυττάρου όπου δεν υπάρχουν αρκετά από αυτά. Ως αποτέλεσμα, δημιουργείται μια δυναμική ισορροπία φορτίων στη διασταύρωση p-n στο σκοτάδι και σχηματίζονται δύο στρώματα διαστημικών φορτίων, με αρνητικά φορτία να σχηματίζονται στην πλευρά της περιοχής p και θετικά φορτία στην πλευρά της περιοχής n.

Το καθιερωμένο φράγμα δυναμικού (ή διαφορά δυναμικού επαφής) θα αποτρέψει την περαιτέρω αυτοδιάχυση ηλεκτρονίων και οπών μέσω της διασταύρωσης p-n. Η διαφορά δυναμικού επαφής Uк κατευθύνεται από την περιοχή n στην περιοχή p. Η μετάβαση των ηλεκτρονίων από την περιοχή n στην περιοχή p απαιτεί τη δαπάνη του έργου Uк · e, το οποίο μετατρέπεται σε δυναμική ενέργεια των ηλεκτρονίων.

Για το λόγο αυτό, όλα τα επίπεδα ενέργειας στην περιοχή p αυξάνονται σε σχέση με τα επίπεδα ενέργειας στην περιοχή n από την τιμή του φραγμού δυναμικού Uk · e Στο σχήμα, η ανοδική κίνηση κατά μήκος του άξονα τεταγμένων αντιστοιχεί σε αύξηση στην ενέργεια των ηλεκτρονίων και μείωση της ενέργειας των οπών.

Ρύζι. 2.2 - Αρχή λειτουργίας των ηλιακών κυψελών (τα ηλεκτρόνια υποδεικνύονται με τελείες, οι τρύπες υποδεικνύονται με κύκλους)

Έτσι, το δυνητικό φράγμα αποτελεί εμπόδιο για τους φορείς της πλειοψηφίας (στην κατεύθυνση προς τα εμπρός), αλλά δεν αντιπροσωπεύει καμία αντίσταση για τους φορείς μειοψηφίας (στην αντίστροφη κατεύθυνση).

Υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός (φωτόνια ορισμένης ενέργειας), τα άτομα του ημιαγωγού θα διεγερθούν και θα εμφανιστούν πρόσθετα ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών στον κρύσταλλο και στις περιοχές p και n (Εικόνα 2.2, b ). Η παρουσία ενός φραγμού δυναμικού στη διασταύρωση p-n προκαλεί τον διαχωρισμό πρόσθετων μειοψηφικών φορέων (φορτίων) έτσι ώστε να συσσωρεύονται περίσσεια ηλεκτρονίων στην περιοχή n και περίσσεια οπών στην περιοχή p, οι οποίες δεν είχαν χρόνο να ανασυνδυαστούν πριν πλησιάστε τη διασταύρωση p-n. Σε αυτήν την περίπτωση, θα συμβεί μερική αντιστάθμιση του φορτίου χώρου στη διασταύρωση p-n και το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από αυτά, που κατευθύνεται ενάντια στη διαφορά δυναμικού επαφής, θα αυξηθεί, γεγονός που μαζί οδηγεί σε μείωση του φραγμού δυναμικού.

Ως αποτέλεσμα, θα δημιουργηθεί μια διαφορά δυναμικού U μεταξύ των ηλεκτροδίων φά , που είναι ουσιαστικά ένα φωτο-EMF. Εάν ένα εξωτερικό ηλεκτρικό φορτίο περιλαμβάνεται στο Φ/Β κύκλωμα, τότε θα ρέει ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτό - μια ροή ηλεκτρονίων από την περιοχή n στην περιοχή p, όπου ανασυνδυάζονται με οπές. Τα χαρακτηριστικά ρεύματος-τάσης και τάσης-ισχύς ενός ηλιακού στοιχείου παρουσιάζονται στο Σχήμα 2.3, από το οποίο είναι προφανές ότι για να εξαχθεί η μέγιστη ηλεκτρική ισχύς από ένα ηλιακό στοιχείο, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η λειτουργία του σε ένα αρκετά στενό εύρος τάσεις εξόδου (0,35 - 0,45 V).

Βάρος 1 m 2SB 6...10 kg, εκ των οποίων το 40% είναι η μάζα του FEP. Από φωτοκύτταρα, το μέσο μέγεθος των οποίων δεν υπερβαίνει τα 20 mm, οι γεννήτριες τάσης καλούνται συνδέοντάς τις σε σειρά με την απαιτούμενη τιμή τάσης, για παράδειγμα, σε ονομαστική τιμή 27 V.

Ρύζι. 2.3 - Εξάρτηση της τάσης και της ειδικής ισχύος από την πυκνότητα ρεύματος ΦΒ

Οι γεννήτριες τάσης, με συνολικές διαστάσεις περίπου 100 x 150 mm, τοποθετούνται στα ηλιακά πάνελ και συνδέονται σε σειρά για να λάβουν την απαιτούμενη ισχύ στην έξοδο του ηλιακού συστήματος.

Εκτός από τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου, τα οποία εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται στα περισσότερα ηλιακά CEC, τα ηλιακά κύτταρα με βάση το αρσενίδιο του γαλλίου και το θειούχο κάδμιο παρουσιάζουν μεγαλύτερο ενδιαφέρον. Έχουν υψηλότερη θερμοκρασία λειτουργίας από τις ηλιακές κυψέλες πυριτίου (και οι ηλιακές κυψέλες με βάση το αρσενίδιο του γαλλίου έχουν υψηλότερη θεωρητική και πρακτικά επιτευχθείσα απόδοση). Πρέπει να σημειωθεί ότι όσο αυξάνεται το διάκενο ζώνης του ημιαγωγού, αυξάνεται η τάση ανοιχτού κυκλώματος και η θεωρητική απόδοση ενός ηλιακού στοιχείου που βασίζεται σε αυτό. Ωστόσο, όταν το χάσμα ζώνης είναι μεγαλύτερο από 1,5 eV, η απόδοση του ηλιακού κυττάρου αρχίζει να μειώνεται, καθώς ένα αυξανόμενο ποσοστό φωτονίων δεν μπορεί να σχηματίσει ζεύγος ηλεκτρονίων-οπών. Έτσι, υπάρχει ένα βέλτιστο διάκενο ζώνης (1,4 - 1,5 eV), στο οποίο η απόδοση της ηλιακής κυψέλης φτάνει τη μέγιστη δυνατή τιμή της.

3. Ηλεκτροχημικοί διαστημικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής

Μια ηλεκτροχημική πηγή ρεύματος (ECS) είναι η βάση οποιουδήποτε ηλεκτροχημικού CEU. Περιλαμβάνει ηλεκτρόδια, τα οποία είναι συνήθως δραστικές ουσίες, έναν ηλεκτρολύτη, έναν διαχωριστή και μια εξωτερική δομή (αγγείο). Ένα υδατικό διάλυμα αλκαλίου ΚΟΗ χρησιμοποιείται συνήθως ως ηλεκτρολύτης για το ECHIT που χρησιμοποιείται σε διαστημόπλοια.

Ας εξετάσουμε ένα απλοποιημένο διάγραμμα και σχέδιο ενός ECHIT αργύρου-ψευδάργυρου (Εικόνα 3.1). Το θετικό ηλεκτρόδιο είναι ένας αγωγός ρεύματος συρμάτινου πλέγματος πάνω στον οποίο συμπιέζεται κονιοποιημένος μεταλλικός άργυρος και στη συνέχεια πυροσυσσωματώνεται σε φούρνο σε θερμοκρασία περίπου 400°C, γεγονός που δίνει στο ηλεκτρόδιο την απαραίτητη αντοχή και πορώδες. Το αρνητικό ηλεκτρόδιο είναι μια μάζα που πιέζεται στο πλέγμα του αγωγού ρεύματος, που αποτελείται από οξείδιο ψευδαργύρου (70 - 75%) και σκόνη ψευδαργύρου (25 - 30%).

Στο αρνητικό ηλεκτρόδιο (Zn), ο οξειδωτικός παράγοντας της δραστικής ουσίας αντιδρά στο υδροξείδιο του ψευδαργύρου Zn(OH) 2, και στο θετικό (AgO) - η αντίδραση της αναγωγής της δραστικής ουσίας σε καθαρό ασήμι. Η ηλεκτρική ενέργεια απελευθερώνεται στο εξωτερικό κύκλωμα με τη μορφή ροής ηλεκτρονίων. Στον ηλεκτρολύτη, το ηλεκτρικό κύκλωμα κλείνει από τη ροή των ιόντων OHˉ από το θετικό ηλεκτρόδιο στο αρνητικό. Ο διαχωριστής είναι απαραίτητος κυρίως για την αποτροπή επαφής (και συνεπώς βραχυκυκλώματος) των ηλεκτροδίων. Επιπλέον, μειώνει την αυτοεκφόρτιση του ECHI και απαιτείται να διασφαλίζει την αναστρέψιμη λειτουργία του σε πολλούς κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης.

Ρύζι. 3.1 Αρχή λειτουργίας του ECHIT αργύρου-ψευδάργυρου:

Θετικό ηλεκτρόδιο (AgO), 2 - ηλεκτρικό φορτίο,

Αρνητικό ηλεκτρόδιο (Zn), 4 - δοχείο, 5 - διαχωριστής

Το τελευταίο οφείλεται στο γεγονός ότι με ανεπαρκή διαχωρισμό, τα κολλοειδή διαλύματα οξειδίων αργύρου που φτάνουν στο αρνητικό ηλεκτρόδιο μειώνονται καθοδικά με τη μορφή λεπτών νημάτων αργύρου που κατευθύνονται προς το θετικό ηλεκτρόδιο και τα ιόντα ψευδαργύρου μειώνονται επίσης με τη μορφή νημάτων που αναπτύσσονται προς η άνοδος. Όλα αυτά μπορούν να οδηγήσουν σε βραχυκύκλωμα των ηλεκτροδίων στους πρώτους κιόλας κύκλους λειτουργίας.

Ο καταλληλότερος διαχωριστής (διαχωριστής) για ECIT αργύρου-ψευδάργυρου είναι μια μεμβράνη ενυδατωμένης κυτταρίνης (σελοφάν), η οποία, διογκούμενη στον ηλεκτρολύτη, συμπυκνώνει το συγκρότημα, εμποδίζοντας την τήξη των ηλεκτροδίων ψευδαργύρου, καθώς και τη βλάστηση βελονοειδών κρύσταλλοι αργύρου και ψευδάργυρου (δενδρίτες). Ένα δοχείο ECHIT από ασήμι-ψευδάργυρο είναι συνήθως κατασκευασμένο από πλαστικό (ρητίνη πολυαμιδίου ή πολυστυρένιο) και έχει ορθογώνιο σχήμα. Για άλλους τύπους ECHIT, τα δοχεία μπορούν να κατασκευαστούν, για παράδειγμα, από επινικελωμένο σίδηρο. Κατά τη φόρτιση του ECHIT, ο ψευδάργυρος και το οξείδιο του αργύρου μειώθηκαν στα ηλεκτρόδια.

Έτσι, η εκκένωση ECHIT είναι η διαδικασία απελευθέρωσης ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα εξωτερικό κύκλωμα και η φόρτιση ECHIT είναι η διαδικασία μετάδοσης ηλεκτρισμού σε αυτό από το εξωτερικό προκειμένου να αποκατασταθούν οι αρχικές ουσίες από τα προϊόντα αντίδρασης. Σύμφωνα με τη φύση της εργασίας τους, τα ECHIT χωρίζονται σε γαλβανικές κυψέλες (πηγές ρεύματος), οι οποίες επιτρέπουν μόνο εφάπαξ χρήση δραστικών ουσιών και σε ηλεκτρικές μπαταρίες (δευτερεύουσες πηγές ρεύματος), που επιτρέπουν την επαναλαμβανόμενη χρήση δραστικών ουσιών λόγω δυνατότητα ανάκτησής τους με φόρτιση από εξωτερική πηγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Τα CEU που βασίζονται στο ECHIT χρησιμοποιούν ηλεκτρικές μπαταρίες με τρόπους εκφόρτισης μιας χρήσης ή επαναχρησιμοποιήσιμων, καθώς και κυψέλες καυσίμου υδρογόνου-οξυγόνου.

3.1 Πηγές χημικού ρεύματος

Η ηλεκτροκινητική δύναμη (EMF) μιας χημικής πηγής είναι η διαφορά στα δυναμικά των ηλεκτροδίων της όταν το εξωτερικό κύκλωμα είναι ανοιχτό:

Οπου Και - αντίστοιχα, τα δυναμικά των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων.

Η συνολική εσωτερική αντίσταση R μιας χημικής πηγής (αντίσταση σταθερού ρεύματος) αποτελείται από ωμική αντίσταση και αντίσταση πόλωσης :

Οπου - EMF πόλωσης. - ισχύς ρεύματος εκφόρτισης.

Αντίσταση πόλωσης που προκαλούνται από αλλαγές στα δυναμικά των ηλεκτροδίων Και όταν ρέει ρεύμα και εξαρτάται από τον βαθμό φόρτισης, την ισχύ του ρεύματος εκφόρτισης, τη σύνθεση των ηλεκτροδίων και την καθαρότητα του ηλεκτρολύτη.

;

,

Οπου Και Και

.

Η ικανότητα εκφόρτισης Q (Ah) μιας χημικής πηγής είναι η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που εκπέμπεται από την πηγή κατά την εκφόρτιση σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία ηλεκτρολύτη, πίεση περιβάλλοντος, ρεύμα εκφόρτισης και τελική τάση εκφόρτισης:

,

και στη γενική περίπτωση με σταθερό ρεύμα κατά την εκφόρτιση

Οπου - τρέχουσα τιμή του ρεύματος εκφόρτισης, A; - χρόνος εκφόρτισης, h.

,

Οπου Και

.

Οι μπαταρίες αργύρου-ψευδάργυρου, καδμίου-νικελίου και νικελίου-υδρογόνου θεωρούνται πηγές χημικού ρεύματος.

3.2 Μπαταρίες ασημί-ψευδάργυρου

Οι μπαταρίες αργύρου-ψευδαργύρου, λόγω της χαμηλότερης μάζας και όγκου τους με την ίδια χωρητικότητα και χαμηλότερη εσωτερική αντίσταση σε μια δεδομένη τάση, έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένες στον διαστημικό ηλεκτρικό εξοπλισμό. Η δραστική ουσία του θετικού ηλεκτροδίου της μπαταρίας είναι το οξείδιο του αργύρου AgO και η αρνητική πλάκα είναι μεταλλικός ψευδάργυρος. Ως ηλεκτρολύτης χρησιμοποιείται υδατικό διάλυμα αλκαλίου ΚΟΗ με πυκνότητα 1,46 g/cm. 3.

Η μπαταρία φορτίζεται και αποφορτίζεται σε δύο στάδια. Κατά την εκφόρτιση και στα δύο στάδια, εμφανίζεται μια αντίδραση οξείδωσης ψευδαργύρου στο αρνητικό ηλεκτρόδιο

2OH ˉ απαλλάσσω → ZnO + H 2Ο+2ε.

Στο θετικό ηλεκτρόδιο, μια αντίδραση αναγωγής αργύρου λαμβάνει χώρα σε δύο στάδια. Στο πρώτο στάδιο, το δισθενές οξείδιο του αργύρου ανάγεται σε μονοσθενές:

2AgO + 2e + H 2Ο απαλλάσσω → Αγ 2O + 2OH ˉ.

Το emf της μπαταρίας είναι 1,82.. 1,86 V. Στο δεύτερο στάδιο, όταν η μπαταρία αποφορτιστεί κατά περίπου 30%, το μονοσθενές οξείδιο του αργύρου ανάγεται σε μεταλλικό ασήμι:

2O+2e+H 2Ο απαλλάσσω → 2Ag + 2OH ˉ.

Το emf της μπαταρίας τη στιγμή της μετάβασης από το πρώτο στάδιο εκφόρτισης στο δεύτερο μειώνεται σε 1,52.. 1,56 V. Ως αποτέλεσμα, η καμπύλη 2 της αλλαγής του emf κατά την εκφόρτιση με το ονομαστικό ρεύμα (Εικόνα 3.2) έχει χαρακτηριστικό άλμα. Με περαιτέρω αποφόρτιση, το EMF της μπαταρίας παραμένει σταθερό μέχρι να αποφορτιστεί πλήρως η μπαταρία. Κατά τη φόρτιση, η αντίδραση προχωρά σε δύο στάδια. Ένα κύμα τάσης και EMF εμφανίζεται όταν η μπαταρία είναι περίπου 30% φορτισμένη (καμπύλη 1, σε αυτή την κατάσταση, η επιφάνεια του ηλεκτροδίου καλύπτεται με δισθενές οξείδιο αργύρου).

Ρύζι. 3.2 - EMF της μπαταρίας κατά τη φόρτιση (1) και την εκφόρτιση (2)

Στο τέλος της φόρτισης, όταν σταματήσει η οξείδωση του αργύρου από μονοσθενές σε δισθενές σε όλο το πάχος του ηλεκτροδίου, αρχίζει η απελευθέρωση οξυγόνου σύμφωνα με την εξίσωση

OHˉ απαλλάσσω → 2Η 2Ο+4ε+Ο 2

Σε αυτήν την περίπτωση, το emf της μπαταρίας αυξάνεται κατά 0,2...0,3 V (βλ. Εικόνα 5.1, διακεκομμένη ενότητα στην καμπύλη 1). Το οξυγόνο που απελευθερώνεται κατά την επαναφόρτιση επιταχύνει τη διαδικασία καταστροφής των παραμέτρων σελοφάν της μπαταρίας και την εμφάνιση εσωτερικών βραχυκυκλωμάτων.

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φόρτισης, όλο το οξείδιο του ψευδαργύρου μπορεί να αναχθεί σε μεταλλικό ψευδάργυρο. Κατά την επαναφόρτιση, το οξείδιο του ψευδαργύρου του ηλεκτρολύτη αποκαθίσταται, που βρίσκεται στους πόρους του ηλεκτροδίου και στη συνέχεια στους διαχωριστές των αρνητικών πλακών, ο ρόλος των οποίων παίζεται από πολλά στρώματα μεμβράνης σελοφάν. Ο ψευδάργυρος απελευθερώνεται με τη μορφή κρυστάλλων που αναπτύσσονται προς το θετικό ηλεκτρόδιο, σχηματίζοντας έναν δενδρίτη ψευδάργυρου. Τέτοιοι κρύσταλλοι μπορούν να τρυπήσουν φιλμ σελοφάν και να προκαλέσουν βραχυκύκλωμα των ηλεκτροδίων. Οι δενδρίτες ψευδάργυρου δεν υφίστανται αντίστροφες αντιδράσεις. Επομένως, ακόμη και οι βραχυπρόθεσμες υπερχρεώσεις είναι επικίνδυνες.

3.3 Μπαταρίες νικελίου-καδμίου

Η δραστική ουσία στο αρνητικό ηλεκτρόδιο σε μια μπαταρία νικελίου-καδμίου είναι το μέταλλο του καδμίου. Ο ηλεκτρολύτης της μπαταρίας είναι ένα υδατικό διάλυμα καυστικού καλίου KOH με πυκνότητα 1,18 ... 1,40 g/cm 3.

Η μπαταρία νικελίου-καδμίου χρησιμοποιεί μια αντίδραση οξειδοαναγωγής μεταξύ του καδμίου και του ένυδρου οξειδίου του νικελίου:

2Ni(OH) 3→ Cd(OH) 2+ 2Ni(OH) 2

Με απλοποιημένο τρόπο, η χημική αντίδραση στα ηλεκτρόδια μπορεί να γραφτεί ως εξής. Στο αρνητικό ηλεκτρόδιο κατά την εκφόρτιση, συμβαίνει οξείδωση του καδμίου:

2e → Cd ++

Τα ιόντα καδμίου συνδέονται με ιόντα υδροξυλίου του αλκαλίου, σχηματίζοντας ένυδρο κάδμιο:

2e + 2OH ˉ απαλλάσσω → Cd(OH) 2.

Στο θετικό ηλεκτρόδιο, κατά την εκφόρτιση, το νικέλιο μειώνεται από τρισθενές σε δισθενές:

2Ni(OH) 3+ 2e απαλλάσσω → 2Ni(OH)2 + 2OH ˉ.

Η απλοποίηση είναι ότι η σύνθεση του υδροξειδίου δεν αντιστοιχεί ακριβώς στους τύπους τους. Τα άλατα του καδμίου και του νικελίου είναι ελαφρώς διαλυτά στο νερό, επομένως η συγκέντρωση των ιόντων Cd ++, Νι ++, Νι +++καθορίζεται από τη συγκέντρωση του ΚΟΗ, από την οποία η τιμή του emf της μπαταρίας εξαρτάται έμμεσα στον ηλεκτρολύτη.

Η ηλεκτροκινητική δύναμη μιας νέας φορτισμένης μπαταρίας είναι 1,45 V. Μέσα σε λίγες ημέρες μετά το τέλος της φόρτισης, το EMF μειώνεται στα 1,36 V.

3.4 Μπαταρίες νικελίου-υδρογόνου

Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες νικελίου-υδρογόνου (HBAB), με υψηλή αξιοπιστία, μεγάλη διάρκεια ζωής και ειδική ενέργεια και εξαιρετικούς δείκτες απόδοσης, θα βρουν ευρεία εφαρμογή στα διαστημόπλοια αντί για μπαταρίες νικελίου-καδμίου.

Για να λειτουργήσει ένα LVAB σε χαμηλή τροχιά της Γης (LEO), απαιτείται ένας πόρος περίπου 30 χιλιάδων κύκλων σε διάστημα πέντε ετών. Η χρήση μπαταριών σε LEO με χαμηλό βάθος εκφόρτισης (DOD) οδηγεί σε αντίστοιχη μείωση της εγγυημένης ειδικής ενέργειας (30 χιλιάδες κύκλοι μπορούν να επιτευχθούν με DOD 40%). Τρία χρόνια συνεχούς ποδηλασίας σε λειτουργία LEO σε GR = 30% δώδεκα τυπικών NVAB (RNH-30-1) με χωρητικότητα 30 Ah έδειξαν ότι όλα τα NVAB λειτουργούσαν σταθερά για 14.600 κύκλους.

Το επιτυγχανόμενο επίπεδο ειδικής ενέργειας για το NVAB σε συνθήκες τροχιάς κοντά στη Γη είναι 40 Wh/kg σε βάθος εκφόρτισης 100%, ο πόρος στο 30% GR είναι 30 χιλιάδες κύκλοι.

4/ Επιλογή παραμέτρων για ηλιακούς συλλέκτες και αποθήκευση buffer

Αρχικά δεδομένα:

Οριακή μάζα του διαστημικού σκάφους - MP = έως 15 kg.

Το ύψος της κυκλικής τροχιάς είναι h = 450 km.

Η μάζα του συστήματος στόχου δεν είναι μεγαλύτερη από 0,5 kg.

Συχνότητα εκπομπής - 24 GHz;

Κατανάλωση τάσης - 3,3 - 3,6 V;

Η ελάχιστη κατανάλωση ισχύος του πομποδέκτη είναι 300 mW.

Κατανάλωση ισχύος κινητήρα ιόντων πλάσματος - 155 W;

Η περίοδος ενεργού ύπαρξης είναι 2-3 χρόνια.

4.1 Υπολογισμός παραμέτρων αποθήκευσης buffer

Ο υπολογισμός των παραμέτρων μιας συσκευής αποθήκευσης buffer (BN) από επαναφορτιζόμενες μπαταρίες και ο προσδιορισμός της σύνθεσής τους πραγματοποιείται με βάση τους περιορισμούς που επιβάλλονται στις μπαταρίες όσον αφορά τα ρεύματα φόρτισης και εκφόρτισης, την ενσωματωμένη ικανότητα εκφόρτισης, τα βάθη μιας εκφόρτισης, την αξιοπιστία, τη λειτουργία θερμοκρασίας συνθήκες κλπ.

Κατά τον υπολογισμό των παραμέτρων των μπαταριών νικελίου-υδρογόνου, θα χρησιμοποιήσουμε τα ακόλουθα χαρακτηριστικά και τύπους [Συγγραφείς «Σχεδιασμός αυτόματου διαστημικού σκάφους»: D.I. Kozlov, Γ.Ν. Anshakov, V.F. Agarkov, Yu.G. Antonov § 7.5], καθώς και τα τεχνικά χαρακτηριστικά του AB HB-50 NIAI Πηγή, πληροφορίες για το οποίο προέρχονται από τον ιστότοπο [#"justify">Η ηλεκτροκινητική δύναμη μιας νέας φορτισμένης μπαταρίας είναι 1,45 V. Μέσα σε λίγες ημέρες μετά στο τέλος της φόρτισης, το emf μειώνεται έως και 1,36 V.

· ρεύμα φόρτισης έως 30 A.

· Ισχύς ρεύματος εκφόρτισης 12 - 50 A σε σταθερή κατάσταση και έως 120 A σε παλμική λειτουργία για έως και 1 λεπτό.

· μέγιστο βάθος εκφόρτισης έως 54Ah.

· Κατά τη λειτουργία των μπαταριών (ειδικά σε καταστάσεις ποδηλασίας με υψηλά ρεύματα φόρτισης και εκφόρτισης), είναι απαραίτητο να διασφαλίζονται οι θερμικές συνθήκες λειτουργίας των μπαταριών στην περιοχή 10...30°C. Για το σκοπό αυτό, είναι απαραίτητο να προβλεφθεί η εγκατάσταση μπαταριών σε ένα σφραγισμένο διαμέρισμα του διαστημικού σκάφους και να παρέχεται ψύξη αέρα για κάθε μονάδα.

Τύποι που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των παραμέτρων των μπαταριών νικελίου-καδμίου:

Η τάση των χημικών πηγών ηλεκτρικής ενέργειας διαφέρει από το EMF από την τιμή της πτώσης τάσης στο εσωτερικό κύκλωμα, η οποία καθορίζεται από τη συνολική εσωτερική αντίσταση και το ρεύμα ροής:

, (1)

, (2)

Οπου Και - τάσεις εκφόρτισης και φόρτισης στην πηγή, αντίστοιχα. Και - την ισχύ των ρευμάτων εκφόρτισης και φόρτισης, αντίστοιχα.

Για γαλβανικές κυψέλες μιας χρήσης, η τάση ορίζεται ως εκφόρτιση .

Η ικανότητα εκφόρτισης Q (Ah) μιας χημικής πηγής είναι η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που παρέχεται από την πηγή κατά την εκφόρτιση σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία ηλεκτρολύτη, πίεση περιβάλλοντος, ρεύμα εκφόρτισης και τελική τάση εκφόρτισης:

, (3)

Η ονομαστική χωρητικότητα μιας πηγής χημικού ρεύματος είναι η χωρητικότητα που πρέπει να παρέχει η πηγή υπό τις συνθήκες λειτουργίας που καθορίζονται από τις τεχνικές συνθήκες. Για τις μπαταρίες KA, το ονομαστικό ρεύμα και το ρεύμα εκφόρτισης λαμβάνεται συνήθως ως το ρεύμα μιας ή δύο ή 10 ωρών εκφόρτισης.

Η αυτοεκφόρτιση είναι μια άχρηστη απώλεια χωρητικότητας από μια χημική πηγή όταν το εξωτερικό κύκλωμα είναι ανοιχτό. Συνήθως, η αυτοεκφόρτιση εκφράζεται ως % ανά ημέρα αποθήκευσης:

(4)

Οπου Και - δοχεία χημικής πηγής πριν και μετά την αποθήκευση. T - χρόνος αποθήκευσης, ημέρες.

Η ειδική ενέργεια μιας χημικής πηγής ρεύματος είναι ο λόγος της ενέργειας που παρέχεται προς τη μάζα της:

(5)

Η συγκεκριμένη ενεργειακή τιμή εξαρτάται όχι μόνο από τον τύπο της πηγής, αλλά και από την ισχύ του ρεύματος εκφόρτισης, δηλ. από την εξουσία που πήρε. Επομένως, μια χημική πηγή ηλεκτρικής ενέργειας χαρακτηρίζεται πληρέστερα από την εξάρτηση της συγκεκριμένης ενέργειας από συγκεκριμένη ισχύ.

Υπολογισμός παραμέτρων:

Ας προσδιορίσουμε τον μέγιστο και τον ελάχιστο χρόνο εκφόρτισης από τον τύπο:

Επομένως, ο μέγιστος χρόνος εκφόρτισης είναι:

;

ελάχιστος χρόνος εκφόρτισης:

.

Επομένως, ο χρόνος εκφόρτισης επιτρέπει στον σχεδιασμένο δορυφόρο να χρησιμοποιεί ηλεκτρικό ρεύμα κατά μέσο όρο 167 λεπτά ή 2,8 ώρες, καθώς η εγκατάσταση-στόχος μας χρησιμοποιεί 89 mA, ο χρόνος εκφόρτισης δεν θα είναι σημαντικός, γεγονός που έχει θετική επίδραση στην παροχή ηλεκτρικής ενέργειας ρεύμα σε άλλα ζωτικά συστήματα δορυφόρου

Ας προσδιορίσουμε την τάση εκφόρτισης και τη συνολική εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας από τον τύπο:

; (1)

(2)

.

Από αυτό μπορεί να φανεί ότι η τάση φόρτισης μπορεί να παρέχεται επαρκώς με τη χρήση ηλιακών συλλεκτών, ακόμη και αν δεν έχουν μεγάλη επιφάνεια.

Μπορείτε επίσης να προσδιορίσετε την αυτοεκφόρτιση χρησιμοποιώντας τον τύπο:

(4)

Ας πάρουμε τον χρόνο λειτουργίας της μπαταρίας T = 0,923 ώρες, Q 1= 50 (Ah) και Q 2 = 6 (Ah) για τριάντα λεπτά λειτουργίας:

,

δηλαδή με ελάχιστη κατανάλωση ρεύματος 12 Α, σε 30 λεπτά η μπαταρία θα αποφορτιστεί κατά 95% με ανοιχτό κύκλωμα.

Ας βρούμε την ειδική ενέργεια της χημικής πηγής χρησιμοποιώντας τον τύπο:

,

δηλαδή 1 κιλό χημικής πηγής μπορεί να δώσει 61,2 W για μια ώρα, κάτι που είναι κατάλληλο και για την εγκατάσταση-στόχο μας, που λειτουργεί με μέγιστη ισχύ 370 mW.

4.2 Υπολογισμός παραμέτρων ηλιακού πάνελ

Για να υπολογίσουμε τις κύριες παραμέτρους του συστήματος ασφαλείας που επηρεάζουν τη σχεδίαση του διαστημικού σκάφους και τα τεχνικά χαρακτηριστικά του, θα χρησιμοποιήσουμε τους ακόλουθους τύπους [Συγγραφείς «Σχεδιασμός αυτόματου διαστημικού σκάφους»: D.I. Kozlov, Γ.Ν. Anshakov, V.F. Agarkov, Yu.G. Antonov § 7.5]:

Ο υπολογισμός των παραμέτρων SB καταλήγει στον προσδιορισμό του εμβαδού και της μάζας του.

Ο υπολογισμός της ισχύος SB γίνεται χρησιμοποιώντας τον τύπο:

(6)

Οπου - Ισχύς SB R n - μέση ημερήσια ισχύς φορτίου (χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι ίδιες ανάγκες του SEP). - χρόνος προσανατολισμού του SB στον Ήλιο ανά περιστροφή. t Τ - χρόνος κατά τον οποίο το SB δεν είναι φωτισμένο. - Η απόδοση του ρυθμιστή υπερβολικής ισχύος SB είναι 0,85. - απόδοση του ρυθμιστή εκκένωσης BN ίση με 0,85. R .3- απόδοση του ρυθμιστή φόρτισης BN ίση με 0,9. - Η απόδοση των μπαταριών BN είναι 0,8.

Το εμβαδόν της ηλιακής μπαταρίας υπολογίζεται από τον τύπο:

(7)

Οπου - ειδική ισχύς λαμβανόμενης SB:

W/m 2στο = 60°C και 85 W/m 2στο = 110°C για υλικό FEP KSP.

W/m 2στο = 60°C και 100 W/m 2στο = 110°C για υλικό FEP.

W/m 2στο = 60°C και 160 W/m 2στο = 110°C για Φ/Β υλικό Ga - As; - συντελεστής ασφάλειας, λαμβάνοντας υπόψη την υποβάθμιση των ηλιακών κυψελών λόγω ακτινοβολίας, ίσος με 1,2 για χρόνο λειτουργίας δύο έως τριών ετών και 1,4 για χρόνο λειτουργίας πέντε ετών·

Συντελεστής πλήρωσης που υπολογίζεται από τον τύπο 1,12; - Απόδοση SB = 0,97.

Η μάζα του SB προσδιορίζεται με βάση συγκεκριμένες παραμέτρους. Στα διαθέσιμα προς το παρόν σχέδια SB, το ειδικό βάρος είναι = 2,77 kg/m 2για πυρίτιο και = 4,5 kg/m 2για ηλιακά κύτταρα αρσενιδίου του γαλλίου.

Η μάζα SB υπολογίζεται με τον τύπο:

(8)

Για να ξεκινήσετε τον υπολογισμό του PDS, πρέπει να επιλέξετε ηλιακούς συλλέκτες. Κατά την εξέταση διαφόρων ηλιακών συλλεκτών, η επιλογή έπεσε στα εξής: ηλιακές μπαταρίες του οργανισμού Saturn OJSC που βασίζονται σε φωτομετατροπείς GaAs με τα ακόλουθα χαρακτηριστικά.

Βασικές παράμετροι SB

Παράμετρος SBSB με βάση GaAs FPS Ενεργός διάρκεια ζωής, έτη 15 Απόδοση σε θερμοκρασία 28°C, % 28 Πυκνότητα ισχύος, W/m 2170Μέγιστη ισχύς, W/m 2381Ειδικό βάρος, kg/m 2Πάχος 1,6 FEP, µm150 ± 20

Επίσης, για τον υπολογισμό, θα πρέπει να γνωρίζετε την περίοδο τροχιάς του δορυφόρου σε χαμηλή γήινη τροχιά, πληροφορίες που λαμβάνονται από τον ιστότοπο:

· στην περιοχή από 160 km η τροχιακή περίοδος είναι περίπου 88 λεπτά.

· μέχρι τα 2000 km η περίοδος είναι περίπου 127 λεπτά.

Για τον υπολογισμό, παίρνουμε τη μέση τιμή - περίπου 100 λεπτά. Ταυτόχρονα, ο χρόνος φωτισμού των ηλιακών συλλεκτών ενός διαστημόπλοιου σε τροχιά είναι μεγαλύτερος (περίπου 60 λεπτά) από τον χρόνο που βρίσκονται στη σκιά των 40 περίπου λεπτών.

Ισχύς φορτίου ισούται με το άθροισμα της απαιτούμενης ισχύος του συστήματος πρόωσης, του εξοπλισμού στόχου, της ισχύος φόρτισης και ισούται με 220 W (η τιμή λαμβάνεται με υπέρβαση 25 W).

Αντικαθιστώντας όλες τις γνωστές τιμές στον τύπο, παίρνουμε:

,

.

Για να προσδιορίσουμε την περιοχή του πίνακα SB, θα πάρουμε το Φ/Β υλικό Ga-As σε θερμοκρασία λειτουργίας = 60°C, ο δορυφόρος λειτουργεί εδώ και 2-3 χρόνια και χρησιμοποιήστε τον τύπο:

,

Αντικαθιστώντας τα αρχικά δεδομένα, παίρνουμε:

αφού πραγματοποιήσουμε τους υπολογισμούς, παίρνουμε

,

αλλά λαμβάνοντας υπόψη τη σπάνια φόρτιση της μπαταρίας, τη χρήση σύγχρονων τεχνολογιών στην ανάπτυξη άλλων συστημάτων, καθώς και λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι η ισχύς φορτίου λήφθηκε με περιθώριο περίπου 25 W, είναι δυνατό να μειωθεί η επιφάνεια του συστήματος τροφοδοσίας σε 3,6 m2

ΠΗΓΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΔΙΑΣΤΗΜΙΚΑ ΟΧΗΜΑΤΑ
καθ. Λουκιανένκο Μιχαήλ Βασίλιεβιτς
κεφάλι Τμήμα Συστημάτων Αυτόματου Ελέγχου του Κρατικού Αεροδιαστημικού Πανεπιστημίου της Σιβηρίας με το όνομα του Ακαδημαϊκού M.F. Ρεσέτνιοβα

Η μελέτη και η εξερεύνηση του διαστήματος απαιτεί την ανάπτυξη και τη δημιουργία διαστημικών σκαφών για διάφορους σκοπούς. Επί του παρόντος, τα αυτόματα μη επανδρωμένα διαστημόπλοια είναι τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα για το σχηματισμό ενός παγκόσμιου συστήματος επικοινωνιών, τηλεόρασης, πλοήγησης και γεωδαισίας, μεταφοράς πληροφοριών, μελέτης των καιρικών συνθηκών και των φυσικών πόρων της Γης, καθώς και για την εξερεύνηση του διαστήματος. Για τη δημιουργία τους, είναι απαραίτητο να διασφαλιστούν πολύ αυστηρές απαιτήσεις για την ακρίβεια του προσανατολισμού της συσκευής στο διάστημα και τη διόρθωση των τροχιακών παραμέτρων, και αυτό απαιτεί αύξηση της τροφοδοσίας του διαστημικού σκάφους.
Ένα από τα πιο σημαντικά ενσωματωμένα συστήματα οποιουδήποτε διαστημικού σκάφους, το οποίο καθορίζει πρωτίστως τα χαρακτηριστικά απόδοσης, την αξιοπιστία, τη διάρκεια ζωής και την οικονομική του απόδοση, είναι το σύστημα παροχής ρεύματος. Ως εκ τούτου, τα προβλήματα ανάπτυξης, έρευνας και δημιουργίας συστημάτων τροφοδοσίας για διαστημόπλοια είναι υψίστης σημασίας και η επίλυσή τους θα επιτρέψει την επίτευξη του παγκόσμιου επιπέδου όσον αφορά τους συγκεκριμένους δείκτες μάζας και την ενεργό ζωή.
Την τελευταία δεκαετία, οι κορυφαίες εταιρείες του κόσμου έχουν κάνει μια ώθηση για να αυξήσουν την ικανότητα ισχύος των διαστημικών σκαφών, γεγονός που επιτρέπει, με τους ίδιους περιορισμούς στη μάζα των συσκευών που επιβάλλονται από τους υπάρχοντες αερομεταφορείς, να αυξάνει συνεχώς την ισχύ του ωφέλιμου φορτίου. Τέτοια επιτεύγματα κατέστησαν δυνατά χάρη στις προσπάθειες που κατέβαλαν οι προγραμματιστές όλων των εξαρτημάτων των συστημάτων τροφοδοσίας του οχήματος, και πάνω απ 'όλα, των πηγών ενέργειας.
Οι κύριες πηγές ηλεκτρικής ενέργειας για τα διαστημόπλοια επί του παρόντος είναι οι ηλιακές και οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες.
Οι ηλιακές μπαταρίες με μονοκρυσταλλικούς φωτοβολταϊκούς μετατροπείς πυριτίου έχουν φτάσει στο φυσικό τους όριο όσον αφορά τα ειδικά χαρακτηριστικά της μάζας. Περαιτέρω πρόοδος στην ανάπτυξη ηλιακών κυψελών είναι δυνατή με τη χρήση φωτοβολταϊκών μετατροπέων που βασίζονται σε νέα υλικά, ιδίως το αρσενίδιο του γαλλίου. Φωτοβολταϊκοί μετατροπείς τριών σταδίων από αρσενίδιο του γαλλίου χρησιμοποιούνται ήδη στην αμερικανική πλατφόρμα HS-702, στο ευρωπαϊκό Spasebus-400 κ.λπ., που έχει υπερδιπλασιάσει την ισχύ της ηλιακής μπαταρίας. Παρά το υψηλότερο κόστος των φωτοβολταϊκών μετατροπέων που κατασκευάζονται από αρσενίδιο γαλλίου, η χρήση τους θα επιτρέψει την αύξηση της ισχύος μιας ηλιακής μπαταρίας κατά 2-3 φορές ή, με την ίδια ισχύ, την αντίστοιχη μείωση της επιφάνειας μιας ηλιακής μπαταρίας σε σύγκριση με σε φωτοβολταϊκούς μετατροπείς πυριτίου.
Υπό συνθήκες γεωστατικής τροχιάς, η χρήση φωτοηλεκτρικών μετατροπέων με βάση το αρσενίδιο του γαλλίου καθιστά δυνατή την παροχή ειδικής ισχύος μιας ηλιακής μπαταρίας 302 W/m2 στην αρχή της λειτουργίας και 230 W/m2 στο τέλος της ενεργού ζωής της (10 -15 χρόνια).
Η ανάπτυξη φωτοβολταϊκών μετατροπέων τεσσάρων σταδίων από αρσενίδιο γαλλίου με απόδοση περίπου 40% θα καταστήσει δυνατή την πυκνότητα ισχύος ηλιακής κυψέλης έως και 460 W/m2 στην αρχή της λειτουργίας και 370 W/m2 στο τέλος της την ενεργό ζωή του. Στο εγγύς μέλλον, θα πρέπει να περιμένουμε μια σημαντική βελτίωση στα ειδικά για τη μάζα χαρακτηριστικά των ηλιακών κυψελών.
Επί του παρόντος, οι μπαταρίες που βασίζονται στο ηλεκτροχημικό σύστημα νικελίου-υδρογόνου χρησιμοποιούνται ευρέως σε διαστημόπλοια, ωστόσο, τα χαρακτηριστικά ενεργειακής μάζας αυτών των μπαταριών έχουν φτάσει στο όριο τους (70-80 Wh/kg). Η δυνατότητα περαιτέρω βελτίωσης των ειδικών χαρακτηριστικών των μπαταριών νικελίου-υδρογόνου είναι πολύ περιορισμένη και απαιτεί μεγάλο οικονομικό κόστος.
Για τη δημιουργία ανταγωνιστικής διαστημικής τεχνολογίας, ήταν απαραίτητο να στραφούν σε νέους τύπους ηλεκτροχημικών πηγών ενέργειας κατάλληλες για χρήση ως μέρος του συστήματος τροφοδοσίας για πολλά υποσχόμενα διαστημόπλοια.
Η αγορά διαστημικής τεχνολογίας εισάγει επί του παρόντος ενεργά μπαταρίες ιόντων λιθίου. Αυτό συμβαίνει επειδή οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα σε σύγκριση με τις μπαταρίες νικελίου-υδρογόνου.
Το κύριο πλεονέκτημα της μπαταρίας ιόντων λιθίου είναι η μείωση του βάρους λόγω της υψηλότερης αναλογίας ενέργειας προς μάζα. Ο λόγος ενέργειας-βάρους των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι υψηλότερος (125 Wh/kg) σε σύγκριση με το μέγιστο που επιτυγχάνεται για τις μπαταρίες νικελίου-υδρογόνου (80 Wh/kg).
Τα κύρια πλεονεκτήματα των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι:
- μείωση του βάρους της μπαταρίας λόγω υψηλότερης αναλογίας ενέργειας-βάρους (η μείωση βάρους για την μπαταρία είναι ~40%).
- χαμηλή παραγωγή θερμότητας και υψηλή ενεργειακή απόδοση (κύκλος φόρτισης-εκφόρτισης) με πολύ χαμηλή αυτοεκφόρτιση, που εξασφαλίζει τον απλούστερο έλεγχο κατά την εκτόξευση, την τροχιά μεταφοράς και την κανονική λειτουργία.
- μια πιο προηγμένη τεχνολογικά διαδικασία κατασκευής μπαταριών ιόντων λιθίου σε σύγκριση με μπαταρίες νικελίου-υδρογόνου, η οποία επιτρέπει καλή επαναληψιμότητα των χαρακτηριστικών, υψηλή αξιοπιστία και μειωμένο κόστος.
Σύμφωνα με ειδικούς από το SAFT (Γαλλία), η χρήση μπαταριών ιόντων λιθίου σε δορυφόρους τηλεπικοινωνιών με ισχύ 15-20 kW θα μειώσει τη μάζα των μπαταριών κατά 300 kg (το κόστος τοποθέτησης 1 kg χρήσιμης μάζας σε τροχιά είναι ~ 30.000 $).
Κύρια χαρακτηριστικά της μπαταρίας ιόντων λιθίου VES140 (αναπτύχθηκε από την SAFT): εγγυημένη χωρητικότητα 39 A*h, μέση τάση 3,6 V, τάση λήξης φόρτισης 4,1 V, ενέργεια 140 Wh, ειδική ενέργεια 126 Wh/kg, βάρος 1,11 kg , ύψος 250 mm και διάμετρος 54 mm. Η μπαταρία VES140 είναι κατάλληλη για διαστημικές εφαρμογές.
Στη Ρωσία, σήμερα η OJSC Saturn (Krasnodar) ανέπτυξε και κατασκεύασε την μπαταρία ιόντων λιθίου LIGP-120. Κύρια χαρακτηριστικά της μπαταρίας LIGP-120: ονομαστική χωρητικότητα 120 Ah, μέση τάση 3,64 V, ειδική ενέργεια 160 Wh/kg, βάρος 2,95 kg, ύψος 260 mm, πλάτος 104,6 mm και βάθος 44,1 mm. Η μπαταρία έχει πρισματικό σχήμα, το οποίο παρέχει σημαντικά πλεονεκτήματα όσον αφορά την ειδική ογκομετρική ενέργεια της μπαταρίας σε σύγκριση με τις μπαταρίες SAFT. Μεταβάλλοντας τις γεωμετρικές διαστάσεις του ηλεκτροδίου, μπορείτε να αποκτήσετε μια μπαταρία διαφορετικής χωρητικότητας. Αυτός ο σχεδιασμός παρέχει τα χαρακτηριστικά υψηλότερου ειδικού όγκου της μπαταρίας και επιτρέπει τη διαμόρφωση της μπαταρίας ώστε να διασφαλίζονται οι βέλτιστες θερμικές συνθήκες.
Τα σύγχρονα συστήματα τροφοδοσίας για διαστημόπλοια είναι ένα περίπλοκο σύμπλεγμα πηγών ενέργειας, συσκευών μετατροπής και διανομής, ενσωματωμένες σε ένα αυτόματο σύστημα ελέγχου και σχεδιασμένες για την τροφοδοσία φορτίων επί του σκάφους. Τα δευτερεύοντα τροφοδοτικά είναι ένα σύμπλεγμα μετατροπής ενέργειας που αποτελείται από έναν ορισμένο αριθμό πανομοιότυπων μετατροπέων παλμικής τάσης που λειτουργούν για ένα κοινό φορτίο. Στην παραδοσιακή έκδοση, ως μετατροπείς παλμικής τάσης χρησιμοποιούνται κλασικοί μετατροπείς με ορθογώνιο σχήμα του ρεύματος και της τάσης του βασικού στοιχείου και ελέγχου μέσω διαμόρφωσης πλάτους παλμού.
Για τη βελτίωση των τεχνικών και οικονομικών δεικτών του συστήματος τροφοδοσίας του διαστημικού σκάφους, όπως η πυκνότητα ισχύος, η απόδοση, η ταχύτητα, η ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα, προτείναμε τη χρήση μετατροπέων τάσης οιονεί συντονισμού. Πραγματοποιήθηκαν μελέτες για τους τρόπους λειτουργίας δύο παράλληλων συνδεδεμένων οιονεί συντονισμένων μετατροπέων τάσης σειριακού τύπου με μεταγωγή ηλεκτρονικού διακόπτη σε μηδενικές τιμές ρεύματος και νόμο ελέγχου συχνότητας παλμών. Με βάση τα αποτελέσματα της μοντελοποίησης και της μελέτης των χαρακτηριστικών των πρωτοτύπων μετατροπέων τάσης οιονεί συντονισμού, επιβεβαιώθηκαν τα πλεονεκτήματα αυτού του τύπου μετατροπέων.
Τα αποτελέσματα που προέκυψαν μας επιτρέπουν να συμπεράνουμε ότι οι προτεινόμενοι μετατροπείς τάσης οιονεί συντονισμού θα βρουν ευρεία εφαρμογή σε συστήματα τροφοδοσίας για ψηφιακά και τηλεπικοινωνιακά συστήματα, όργανα, εξοπλισμό διεργασιών, συστήματα αυτοματισμού και τηλεμηχανικής, συστήματα ασφαλείας κ.λπ.
Τα τρέχοντα προβλήματα είναι η μελέτη των λειτουργικών χαρακτηριστικών των διαστημικών πηγών ενέργειας, η ανάπτυξη των μαθηματικών τους μοντέλων και η μελέτη ενεργειακών και δυναμικών καθεστώτων.
Για τους σκοπούς αυτούς, έχουμε αναπτύξει και κατασκευάσει μοναδικό εξοπλισμό για τη μελέτη συστημάτων τροφοδοσίας διαστημικών σκαφών, ο οποίος επιτρέπει την αυτοματοποιημένη δοκιμή πηγών ισχύος επί του οχήματος (ηλιακές και επαναφορτιζόμενες μπαταρίες) και γενικά συστημάτων τροφοδοσίας.
Επιπλέον, αναπτύχθηκε και κατασκευάστηκε ένας αυτοματοποιημένος σταθμός εργασίας για τη μελέτη των ενεργειακά-θερμικών συνθηκών μπαταριών ιόντων λιθίου και μονάδων μπαταριών και ένα συγκρότημα υλικού για τη μελέτη των ενεργειακών και δυναμικών χαρακτηριστικών των ηλιακών κυψελών αρσενιδίου του γαλλίου.
Σημαντική πτυχή της εργασίας είναι επίσης η δημιουργία και έρευνα εναλλακτικών πηγών ηλεκτρικής ενέργειας για διαστημόπλοια. Πραγματοποιήσαμε έρευνα σε μια συσκευή αποθήκευσης ενέργειας σφονδύλου, η οποία είναι ένας σούπερ σφόνδυλος σε συνδυασμό με μια ηλεκτρική μηχανή. Ένας σφόνδυλος που περιστρέφεται σε κενό πάνω σε μαγνητικά στηρίγματα έχει απόδοση 100%. Η συσκευή αποθήκευσης ενέργειας σφονδύλου με δύο ρότορες έχει μια ιδιότητα που καθιστά δυνατή την πραγματοποίηση ενός τριαξονικού γωνιακού προσανατολισμού. Στην περίπτωση αυτή, το power gyroscope (gyrodine), ως ανεξάρτητο ξεχωριστό υποσύστημα, μπορεί να αποκλειστεί, δηλ. Η συσκευή αποθήκευσης ενέργειας σφονδύλου συνδυάζει τις λειτουργίες μιας συσκευής αποθήκευσης ενέργειας και ενός ηλεκτρικού γυροσκόπιου.
Έρευνα έχει διεξαχθεί σε ηλεκτροδυναμικά συστήματα πρόσδεσης ως πηγή ηλεκτρικής ενέργειας για ένα διαστημόπλοιο. Μέχρι σήμερα, έχει αναπτυχθεί ένα μαθηματικό μοντέλο ενός ηλεκτροδυναμικού καλωδιακού συστήματος για τον υπολογισμό της μέγιστης ισχύος. Προσδιορίστηκαν οι εξαρτήσεις των ενεργειακών χαρακτηριστικών από τις τροχιακές παραμέτρους και το μήκος πρόσδεσης. έχει αναπτυχθεί μια μεθοδολογία για τον προσδιορισμό των παραμέτρων ενός καλωδιακού συστήματος που διασφαλίζει την παραγωγή μιας δεδομένης ισχύος. καθορίζονται οι τροχιακές παράμετροι (υψόμετρο και κλίση) στις οποίες επιτυγχάνεται η αποτελεσματικότερη χρήση των συστημάτων πρόσδεσης στη λειτουργία παραγωγής ενέργειας. Διερευνήθηκαν οι δυνατότητες του καλωδιακού συστήματος όταν λειτουργεί σε λειτουργία πρόσφυσης.

Η εφεύρεση σχετίζεται με το πεδίο της διαστημικής ενέργειας, ειδικότερα με συστήματα τροφοδοσίας ισχύος για διαστημόπλοια (SC). Σύμφωνα με την εφεύρεση, το σύστημα τροφοδοσίας ενός διαστημικού σκάφους αποτελείται από μια ηλιακή μπαταρία, έναν σταθεροποιητή τάσης, μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία, έναν ρυθμιστή ακραίας ισχύος, όπου ο σταθεροποιητής τάσης της ηλιακής μπαταρίας και η συσκευή εκφόρτισης της μπαταρίας κατασκευάζονται στο μορφή μετατροπέων γέφυρας με κοινό μετασχηματιστή, ενώ η είσοδος του φορτιστή συνδέεται με την περιέλιξη εξόδου του μετασχηματιστή, οι συσκευές ισχύος φορτίου με τις δικές τους ονομασίες τάσης εξόδου AC ή DC συνδέονται με τις άλλες περιελίξεις εξόδου του μετασχηματιστή και ένα των συσκευών τροφοδοσίας φορτίου είναι συνδεδεμένη με τον ηλιακό σταθεροποιητή μπαταρίας και τη συσκευή εκφόρτισης μπαταρίας. Το τεχνικό αποτέλεσμα είναι η επέκταση των δυνατοτήτων του συστήματος τροφοδοσίας του διαστημικού σκάφους, η βελτίωση της ποιότητας της τάσης εξόδου, η μείωση του κόστους ανάπτυξης και κατασκευής και η μείωση του χρόνου ανάπτυξης του συστήματος. 1 άρρωστος.

Σχέδια για το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας RF 2396666

Η παρούσα εφεύρεση σχετίζεται με το πεδίο της διαστημικής ενέργειας, πιο συγκεκριμένα με τα ενσωματωμένα συστήματα τροφοδοσίας ισχύος (EPS) διαστημοπλοίων (SC).

Τα συστήματα τροφοδοσίας διαστημικών σκαφών είναι ευρέως γνωστά, αποτελούμενα από μια ηλιακή μπαταρία, μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία, καθώς και ένα σύνολο ηλεκτρονικού εξοπλισμού που διασφαλίζει την κοινή λειτουργία αυτών των πηγών για το φορτίο του διαστημικού σκάφους, τη μετατροπή τάσης και τη σταθεροποίηση.

Τακτικά και τεχνικά χαρακτηριστικά του SEP, και για τη διαστημική τεχνολογία το πιο σημαντικό από αυτά είναι η ειδική ισχύς, δηλ. ο λόγος της ισχύος που παράγεται από το σύστημα τροφοδοσίας προς τη μάζα του (Pud=Psep/Msep) εξαρτάται πρωτίστως από τα ειδικά χαρακτηριστικά μάζας των πηγών ρεύματος που χρησιμοποιούνται, αλλά και σε μεγάλο βαθμό από το υιοθετημένο δομικό διάγραμμα του PDS, που σχηματίζεται από το σύμπλεγμα ηλεκτρονικού εξοπλισμού του PDS, το οποίο καθορίζει τους τρόπους εκμετάλλευσης των πηγών και την αποτελεσματικότητα χρήσης των δυνατοτήτων τους.

Υπάρχουν γνωστά συστήματα τροφοδοσίας διαστημικών σκαφών με δομικά διαγράμματα που παρέχουν: σταθεροποίηση της τάσης συνεχούς ρεύματος στο φορτίο (με ακρίβεια 0,5-1,0% της ονομαστικής τιμής), σταθεροποίηση της τάσης στην ηλιακή μπαταρία, η οποία εξασφαλίζει την απομάκρυνση ισχύος από αυτήν κοντά το βέλτιστο σημείο λειτουργίας χαρακτηριστικό ρεύμα-τάση (χαρακτηριστικά βολτ-αμπέρ), και επίσης εφαρμόζει βέλτιστους αλγόριθμους ελέγχου για τρόπους λειτουργίας επαναφορτιζόμενων μπαταριών, καθιστώντας δυνατή τη διασφάλιση των υψηλότερων δυνατών χωρητικών παραμέτρων κατά τη μακροχρόνια ανακύκλωση των μπαταριών σε τροχιά. Ως παράδειγμα τέτοιων συστημάτων τροφοδοσίας, παρουσιάζουμε το έργο ενός συστήματος τροφοδοσίας για ένα διαστημόπλοιο γεωστατικών επικοινωνιών στο άρθρο A POWER, FOR A TELECOMUNICATION Satellite. L.Croci, P.Galantini, C.Marana (Πρακτικά της Ευρωπαϊκής Διάσκεψης Διαστημικής Ενέργειας που πραγματοποιήθηκε στο Γκρατς της Αυστρίας, 23-27 Αυγούστου 1993 (ESA WPP-054, Αύγουστος 1993). Προτεινόμενο PDS ισχύος 5 kW, με τάση 42 V Η απόδοση χρήσης της ισχύος της ηλιακής μπαταρίας είναι 97%, η απόδοση χρήσης της χωρητικότητας της μπαταρίας είναι 80% (στο τέλος της 15ετούς ζωής του διαστημικού σκάφους).

Το δομικό διάγραμμα του PDS προβλέπει τη διαίρεση της ηλιακής μπαταρίας σε 16 τμήματα, καθένα από τα οποία ρυθμίζεται από τον δικό του σταθεροποιητή τάσης διακλάδωσης και οι έξοδοι των τμημάτων συνδέονται μέσω διόδων αποσύνδεσης σε έναν κοινό σταθεροποιημένο δίαυλο, ο οποίος διατηρεί 42 V ± 1%. Οι σταθεροποιητές διακλάδωσης διατηρούν τάση 42 V στα τμήματα της ηλιακής μπαταρίας και ο σχεδιασμός της ηλιακής μπαταρίας πραγματοποιείται έτσι ώστε στο τέλος των 15 ετών το βέλτιστο σημείο λειτουργίας του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης να αντιστοιχεί σε αυτήν την τάση.

Η συντριπτική πλειοψηφία των ξένων συστημάτων τροφοδοσίας και ένας αριθμός εγχώριων διαστημικών σκαφών, όπως, για παράδειγμα, HS-702, A-2100 (ΗΠΑ), Spacebus-3000, 4000 (Δυτική Ευρώπη), Sesat, "Express-AM", " Yamal" (Ρωσία), κ.λπ.

Στο άρθρο «Σύστημα δορυφορικής τροφοδοσίας με ακραία ρύθμιση της ισχύος της μπαταρίας», οι συγγραφείς V.S δομικό διάγραμμα ενός συστήματος μετάδοσης ισχύος με ακραίο ρυθμιστή ισχύος ηλιακής μπαταρίας, δείχνει την επίδραση μιας τέτοιας ρύθμισης στον δορυφόρο γεωστατικών επικοινωνιών "Express-A", ο οποίος, σύμφωνα με τα αποτελέσματα των μετρήσεων πτήσης, ανήλθε σε αύξηση έως και 5%. στην ισχύ της μπαταρίας εξόδου. Σύμφωνα με το σχέδιο με έναν ακραίο ρυθμιστή ηλιακής μπαταρίας, κατασκευάζονται τα συστήματα τροφοδοσίας πολλών οικιακών διαστημικών σκαφών, όπως το γεωστατικό διαστημόπλοιο "Gals", "Express", υψηλής τροχιάς "Glonass-M", χαμηλής τροχιάς "Gonets" , και τα λοιπά.

Παρά τα επιτευχθέντα υψηλά τακτικά και τεχνικά χαρακτηριστικά του SEP των σύγχρονων διαστημικών σκαφών, έχουν ένα κοινό μειονέκτημα - δεν είναι καθολικά, γεγονός που περιορίζει το εύρος της χρήσης τους.

Είναι γνωστό ότι για την τροφοδοσία διάφορου εξοπλισμού ενός συγκεκριμένου διαστημικού σκάφους απαιτούνται πολλές ονομασίες της τάσης τροφοδοσίας, από μονάδες έως δεκάδες και εκατοντάδες βολτ, ενώ στο υλοποιημένο PDS σχηματίζεται ένας ενιαίος δίαυλος τροφοδοσίας συνεχούς ρεύματος με μία ονομαστική τιμή, π.χ. , 27 V, ή 40 V, ή 70 B, ή 100 B.

Κατά τη μετάβαση από μια ονομαστική τάση τροφοδοσίας εξοπλισμού σε άλλη, είναι απαραίτητο να αναπτυχθεί ένα νέο σύστημα τροφοδοσίας με ριζικό επανασχεδιασμό των πηγών ρεύματος - ηλιακές και επαναφορτιζόμενες μπαταρίες - και με αντίστοιχο χρόνο και οικονομικό κόστος.

Αυτό το μειονέκτημα επηρεάζει ιδιαίτερα τη δημιουργία νέων τροποποιήσεων διαστημικών σκαφών με βάση τη βασική έκδοση, η οποία είναι η κύρια κατεύθυνση στη σύγχρονη μηχανική διαστημικών σκαφών.

Ένα άλλο μειονέκτημα των συστημάτων είναι η χαμηλή θόρυβος των καταναλωτών ηλεκτρικής ενέργειας στο διαστημόπλοιο. Αυτό εξηγείται από την παρουσία μιας γαλβανικής σύνδεσης μεταξύ των λεωφορείων ισχύος του εξοπλισμού και των πηγών ρεύματος. Επομένως, κατά τη διάρκεια απότομων διακυμάνσεων του φορτίου, για παράδειγμα, όταν ενεργοποιούνται ή απενεργοποιούνται μεμονωμένοι καταναλωτές, συμβαίνουν διακυμάνσεις τάσης στον κοινό δίαυλο εξόδου του συστήματος τροφοδοσίας, το λεγόμενο. παροδικές διεργασίες που προκαλούνται από υπερτάσεις στην εσωτερική αντίσταση των πηγών ρεύματος.

Προτείνεται ένα σύστημα τροφοδοσίας με νέο δομικό διάγραμμα, το οποίο εξαλείφει τα προαναφερθέντα μειονεκτήματα των γνωστών συστημάτων τροφοδοσίας για διαστημόπλοια.

Η πλησιέστερη τεχνική λύση στην προτεινόμενη είναι το αυτόνομο σύστημα τροφοδοσίας διαστημικού σκάφους σύμφωνα με την πατέντα RF 2297706, που επιλέχθηκε ως πρωτότυπο.

Το πρωτότυπο έχει τα ίδια μειονεκτήματα με τα ανάλογα που συζητήθηκαν παραπάνω.

Ο στόχος της προτεινόμενης εφεύρεσης είναι να επεκτείνει τις δυνατότητες του συστήματος τροφοδοσίας του διαστημικού σκάφους, να βελτιώσει την ποιότητα της τάσης εξόδου, να μειώσει το κόστος ανάπτυξης και κατασκευής και να μειώσει τον χρόνο ανάπτυξης του συστήματος.

Η ουσία της αξιούμενης εφεύρεσης απεικονίζεται στο σχέδιο.

Το σύστημα τροφοδοσίας αποτελείται από μια ηλιακή μπαταρία 1, μια μπαταρία 2, έναν σταθεροποιητή τάσης ηλιακής μπαταρίας 3, μια συσκευή εκφόρτισης μπαταρίας 4, έναν φορτιστή μπαταρίας 5, έναν ακραίο ρυθμιστή ισχύος ηλιακής μπαταρίας 6, που συνδέεται με τις εισόδους του στις συσκευές εκφόρτισης 4 και φορτιστή 5 και σε έναν αισθητήρα ρεύματος της ηλιακής μπαταρίας 7, και η έξοδος είναι με σταθεροποιητή τάσης της ηλιακής μπαταρίας 3.

Ο σταθεροποιητής 3 και η συσκευή εκκένωσης 4 κατασκευάζονται με τη μορφή μετατροπέων γέφυρας. Περιγραφές τέτοιων μετατροπέων γεφυρών δίνονται, για παράδειγμα, στα άρθρα: «Μετατροπείς τάσης υψηλής συχνότητας με μεταγωγή συντονισμού», συγγραφέας A.V. "Power Supply" , M., 1993), The Series Connected Buck Boost Regulator For High Efficiency DC Voltage Regulation, συγγραφέας Arthur G. Birchenough (NASA Technical Memorandum 2003-212514, NASA Lewis Research Center, Cleveland, ON), καθώς και στο άρθρο ΜΠΛΟΚ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΚΑΙ ΛΥΣΕΙΣ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΣΥΓΚΡΟΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΙΗΣΗΣ ΣΕΠ ΑΣΦΡΑΓΙΣΜΕΝΟΥ ΓΕΩΣΤΑΘΜΙΣΜΟΥ SC ΜΕ ΓΑΛΒΑΝΙΚΗ ΑΠΟΜΟΝΩΣΗ ΕΠΩΝΥΜΕΝΟΥ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ ΑΠΟ SOLAR AND BATTERY BATTERYS. , Yashov V.S., βλέπε «Ηλεκτρονικά και ηλεκτρομηχανικά συστήματα και συσκευές: Σάββ. επιστημονικές εργασίες της ΠΧΠ «Polyus». - Tomsk: MGP "RASKO" στον εκδοτικό οίκο "Radio and Communications", 2001, 568 p.

Οι περιελίξεις εξόδου 9, 10 του σταθεροποιητή και της συσκευής εκκένωσης συνδέονται αντίστοιχα με έναν κοινό μετασχηματιστή 8 ως τις κύριες περιελίξεις του. Η ηλιακή μπαταρία 1 συνδέεται με τον σταθεροποιητή 3 με διαύλους συν και πλην, και ο αναφερόμενος αισθητήρας ρεύματος 7 είναι εγκατεστημένος σε έναν από τους διαύλους. Ο φορτιστής 5 συνδέεται με την είσοδό του στο δευτερεύον τύλιγμα 11 του μετασχηματιστή 8 και από την έξοδό του στους θετικούς και αρνητικούς διαύλους της μπαταρίας 2.

Οι συσκευές ισχύος 13 των φορτίων 14 με τις ονομαστικές τους τιμές τάσης εξόδου εναλλασσόμενου ρεύματος συνδέονται με τις δευτερεύουσες περιελίξεις 12 του μετασχηματιστή 8 και οι συσκευές ισχύος 16 των φορτίων 17 του DC συνδέονται στις δευτερεύουσες περιελίξεις 15 του μετασχηματιστή 8 με τις ονομαστικές τάσεις τους, μία από τις Οι συσκευές τροφοδοσίας 18 φορτίων 19 συνεχούς ρεύματος ή εναλλασσόμενου ρεύματος, συνδεδεμένες με τη δευτερεύουσα περιέλιξη 20 του μετασχηματιστή 8, επιλέγονται ως κύρια και χρησιμοποιείται για τη σταθεροποίηση της τάσης στο δευτερεύον τύλιγμα 20 του μετασχηματιστή 8. Για το σκοπό αυτό , η συσκευή 18 συνδέεται με συνδέσεις ανάδρασης με τον σταθεροποιητή 3 και τη συσκευή εκκένωσης 4.

Ο σχηματισμός μιας εναλλασσόμενης τάσης στην περιέλιξη εξόδου 9 του σταθεροποιητή 3 εξασφαλίζεται από το κύκλωμα ελέγχου 21, το οποίο, σύμφωνα με έναν ορισμένο νόμο, ανοίγει τα τρανζίστορ 22, 23 και 24, 25 σε ζεύγη, αντίστοιχα.

Με παρόμοιο τρόπο, μια εναλλασσόμενη τάση δημιουργείται στην περιέλιξη εξόδου της συσκευής 10-bit 4 από το κύκλωμα ελέγχου των 26 τρανζίστορ 27, 28 και 29, 30, αντίστοιχα.

Ο ρυθμιστής ακραίας ισχύος 6, λαμβάνοντας υπόψη τις ενδείξεις του αισθητήρα ρεύματος 7 και την τάση στην ηλιακή μπαταρία 1, παράγει ένα σήμα διόρθωσης για την αλλαγή του νόμου ανοίγματος των τρανζίστορ του σταθεροποιητή 3 έτσι ώστε να δημιουργηθεί μια τάση στον ηλιακό μπαταρία ίση με τη βέλτιστη τάση του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης (χαρακτηριστικό I-V) της ηλιακής μπαταρίας.

Το σύστημα τροφοδοσίας λειτουργεί στις ακόλουθες κύριες λειτουργίες.

1. Τροφοδοσία φορτίων από ηλιακή μπαταρία.

Όταν η ισχύς της ηλιακής μπαταρίας υπερβαίνει τη συνολική ισχύ που καταναλώνεται από τα φορτία, ο σταθεροποιητής γέφυρας 3, χρησιμοποιώντας την ανάδραση της συσκευής 18 και του σταθεροποιητή 3, στο δευτερεύον τύλιγμα 20 του μετασχηματιστή 8 διατηρεί μια σταθερή τάση σε ένα επίπεδο που εξασφαλίζει την απαιτούμενη σταθερότητα τάσης στο φορτίο 19. Ταυτόχρονα, στις δευτερεύουσες περιελίξεις 11, 12, 15 του μετασχηματιστή διατηρούν επίσης μια σταθερή εναλλασσόμενη τάση, λαμβάνοντας υπόψη τους λόγους μετασχηματισμού των περιελίξεων. Η μπαταρία 2 είναι πλήρως φορτισμένη. Ο φορτιστής 5 και η εκφόρτιση 4 είναι απενεργοποιημένα, ο ακραίος ρυθμιστής 6 είναι απενεργοποιημένος.

2. Φορτίστε την μπαταρία.

Όταν καταστεί απαραίτητο να φορτιστεί η μπαταρία, ο φορτιστής 5 παράγει ένα σήμα για να ενεργοποιήσει τη φόρτιση και το παρέχει μετατρέποντας το εναλλασσόμενο ρεύμα από τη δευτερεύουσα περιέλιξη 11 του μετασχηματιστή 8 σε συνεχές ρεύμα για τη φόρτιση της μπαταρίας. Το σήμα για την ενεργοποίηση του φορτιστή 5 αποστέλλεται επίσης στην είσοδο του ακραίου ρυθμιστή 6, ο οποίος ενεργοποιεί τον σταθεροποιητή 3 στη λειτουργία ελέγχου ακραίας ισχύος της ηλιακής μπαταρίας. Το μέγεθος του ρεύματος φόρτισης της μπαταρίας καθορίζεται από τη διαφορά μεταξύ της ισχύος της ηλιακής μπαταρίας στο βέλτιστο σημείο λειτουργίας των χαρακτηριστικών ρεύματος-τάσης της και της συνολικής ισχύος των φορτίων. Η συσκευή εκκένωσης είναι απενεργοποιημένη.

3. Τροφοδοσία του φορτίου από την μπαταρία.

Αυτή η λειτουργία διαμορφώνεται όταν ένα διαστημόπλοιο εισέρχεται στη σκιά της Γης ή της Σελήνης, σε πιθανές ανώμαλες καταστάσεις με απώλεια προσανατολισμού των ηλιακών συλλεκτών ή όταν το διαστημόπλοιο εκτοξεύεται σε τροχιά όταν τα ηλιακά πάνελ είναι διπλωμένα. Η ισχύς του ηλιακού πάνελ είναι μηδενική και το φορτίο τροφοδοτείται με την αποφόρτιση της μπαταρίας. Σε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας, η σταθεροποίηση τάσης στο δευτερεύον τύλιγμα 20 του μετασχηματιστή 8 παρέχεται από μια συσκευή εκφόρτισης παρόμοια με την πρώτη λειτουργία, χρησιμοποιώντας ανάδραση από τη συσκευή 18 προς τη συσκευή εκφόρτισης 3, τον ακραίο ρυθμιστή 6, τον φορτιστή 5.

4. Το φορτίο τροφοδοτείται από κοινού από ηλιακή μπαταρία και μπαταρία.

Η λειτουργία διαμορφώνεται όταν δεν υπάρχει επαρκής ηλιακή μπαταρία για την τροφοδοσία όλων των συνδεδεμένων καταναλωτών, για παράδειγμα, όταν είναι ενεργοποιημένα τα φορτία αιχμής, κατά τη διάρκεια ελιγμών διαστημικού σκάφους για διόρθωση τροχιάς, κατά τις εισόδους και εξόδους διαστημικού σκάφους από σκιώδεις περιοχές της τροχιάς κ.λπ.

Σε αυτή τη λειτουργία, ο σταθεροποιητής 3 από τον ακραίο ρυθμιστή 6, μετά από ένα σήμα από τη συσκευή εκφόρτισης 4, ενεργοποιείται στη λειτουργία ελέγχου ακραίας ισχύος της ηλιακής μπαταρίας 1 και η ισχύς που λείπει για την τροφοδοσία των φορτίων προστίθεται με την εκφόρτιση του μπαταρία 2. Η σταθεροποίηση τάσης στο δευτερεύον τύλιγμα 20 του μετασχηματιστή 8 παρέχεται από τη συσκευή εκφόρτισης 4 χρησιμοποιώντας ανάδραση από τη συσκευή 18 στη συσκευή δυαδικών ψηφίων 4.

Το σύστημα τροφοδοσίας λειτουργεί πλήρως αυτόματα.

Το προτεινόμενο σύστημα τροφοδοσίας διαστημικού σκάφους έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα έναντι των γνωστών συστημάτων:

παρέχει στην έξοδο τις σταθερές ονομασίες τάσης DC ή AC που απαιτούνται για την τροφοδοσία μιας ποικιλίας φορτίων διαστημικών σκαφών, γεγονός που επεκτείνει τις δυνατότητες εφαρμογής του σε διαστημόπλοια διαφόρων κατηγοριών ή κατά την αναβάθμιση υπαρχουσών συσκευών.

υψηλότερη ποιότητα τάσης τροφοδοσίας σε φορτία λόγω μειωμένων παρεμβολών, επειδή οι δίαυλοι ισχύος φορτίου είναι γαλβανικά απομονωμένοι (μέσω ενός μετασχηματιστή) από τους διαύλους πηγής ρεύματος.

εξασφαλίζεται υψηλός βαθμός ενοποίησης του συστήματος και η δυνατότητα προσαρμογής του στις μεταβαλλόμενες συνθήκες χρήσης σε διάφορους τύπους διαστημικών σκαφών ή στις τροποποιήσεις τους με ελάχιστη τροποποίηση ως προς τις συσκευές ισχύος φορτίου, χωρίς να επηρεάζονται τα βασικά στοιχεία του συστήματος (ηλιακό και μπαταρίες, σταθεροποιητές, φορτιστές και συσκευές εκφόρτισης),

παρέχει τη δυνατότητα ανεξάρτητου σχεδιασμού και βελτιστοποίησης των πηγών ρεύματος ανά τάση, επιλογή τυπικών μεγεθών μπαταριών, γεννήτριες μονής ηλιακής μπαταρίας κ.λπ.

Ο χρόνος και το κόστος για την ανάπτυξη και την κατασκευή ενός συστήματος τροφοδοσίας μειώνονται.

Επί του παρόντος στο JSC "ISS" που φέρει το όνομά του. Η M.F. Reshetnev, μαζί με μια σειρά από σχετικές επιχειρήσεις, αναπτύσσει το προτεινόμενο σύστημα τροφοδοσίας και η κατασκευή μεμονωμένων εργαστηριακών εξαρτημάτων της συσκευής βρίσκεται σε εξέλιξη. Τα πρώτα δείγματα του μετατροπέα γέφυρας πέτυχαν απόδοση 95-96,5%.

Από το υλικό πληροφοριών για τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας που είναι γνωστό στον αιτούντα, δεν βρέθηκε σύνολο χαρακτηριστικών παρόμοιο με το σύνολο χαρακτηριστικών του αντικειμένου που αξιώνεται.

ΑΠΑΙΤΗΣΗ

Το σύστημα τροφοδοσίας του διαστημικού σκάφους, που αποτελείται από μια ηλιακή μπαταρία συνδεδεμένη με τους θετικούς και αρνητικούς διαύλους της σε έναν σταθεροποιητή τάσης, μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία συνδεδεμένη με τους διαύλους συν και μείον στην είσοδο της εκφόρτισης και της εξόδου του φορτιστή, έναν ρυθμιστή ακραίας ισχύος του ηλιακού μπαταρία συνδεδεμένη με τις εισόδους της σε έναν αισθητήρα ρεύματος, τοποθετημένος σε έναν από τους διαύλους μεταξύ της ηλιακής μπαταρίας και του σταθεροποιητή τάσης, των συσκευών εκφόρτισης και φορτιστή της μπαταρίας και της εξόδου - με τον σταθεροποιητή τάσης της ηλιακής μπαταρίας, που χαρακτηρίζεται από το ότι ο σταθεροποιητής τάσης της ηλιακής μπαταρίας και η συσκευή εκφόρτισης της μπαταρίας κατασκευάζονται με τη μορφή μετατροπέων γέφυρας με έναν κοινό μετασχηματιστή, στην περίπτωση αυτή, η είσοδος του φορτιστή συνδέεται με την περιέλιξη εξόδου του μετασχηματιστή και οι συσκευές τροφοδοσίας φορτίου με Οι δικές τους ονομασίες τάσης εξόδου AC ή DC συνδέονται με τις άλλες περιελίξεις εξόδου του μετασχηματιστή και μία από τις συσκευές τροφοδοσίας φορτίου συνδέεται με τον ηλιακό σταθεροποιητή μπαταρίας και τη συσκευή εκφόρτισης μπαταρίας.

Η ανάπτυξη ανταγωνιστικής διαστημικής τεχνολογίας απαιτεί τη μετάβαση σε νέους τύπους μπαταριών που πληρούν τις απαιτήσεις των συστημάτων τροφοδοσίας των πολλά υποσχόμενων διαστημικών σκαφών.

Σήμερα, τα διαστημόπλοια χρησιμοποιούνται για την οργάνωση συστημάτων επικοινωνίας, πλοήγησης, τηλεόρασης, μελέτης των καιρικών συνθηκών και των φυσικών πόρων της Γης και για την εξερεύνηση του βαθέως διαστήματος.

Μία από τις κύριες προϋποθέσεις για τέτοιες συσκευές είναι ο ακριβής προσανατολισμός στο χώρο και η διόρθωση των παραμέτρων κίνησης. Αυτό αυξάνει σημαντικά τις απαιτήσεις για το σύστημα τροφοδοσίας της συσκευής. Τα προβλήματα τροφοδοσίας των διαστημικών σκαφών και, πρώτα απ 'όλα, οι εξελίξεις για τον εντοπισμό νέων πηγών ηλεκτρικής ενέργειας, είναι υψίστης σημασίας σε παγκόσμιο επίπεδο.

Επί του παρόντος, οι κύριες πηγές ηλεκτρικής ενέργειας για τα διαστημόπλοια είναι οι ηλιακές και οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες.

Τα ηλιακά πάνελ έχουν φτάσει στα φυσικά όριά τους όσον αφορά την απόδοσή τους. Η περαιτέρω βελτίωσή τους είναι δυνατή με τη χρήση νέων υλικών, ιδιαίτερα του αρσενιδίου του γαλλίου. Αυτό θα σας επιτρέψει να αυξήσετε την ισχύ της ηλιακής μπαταρίας κατά 2-3 φορές ή να μειώσετε το μέγεθός της.

Μεταξύ των επαναφορτιζόμενων μπαταριών για διαστημόπλοια σήμερα, οι μπαταρίες νικελίου-υδρογόνου χρησιμοποιούνται ευρέως. Ωστόσο, τα χαρακτηριστικά ενεργειακής μάζας αυτών των μπαταριών έχουν φτάσει στο μέγιστο (70-80 Wh/kg). Η περαιτέρω βελτίωσή τους είναι πολύ περιορισμένη και, επιπλέον, απαιτεί μεγάλο οικονομικό κόστος.

Από αυτή την άποψη, υπάρχει επί του παρόντος μια ενεργή εισαγωγή μπαταριών ιόντων λιθίου (LIB) στην αγορά διαστημικής τεχνολογίας.

Τα χαρακτηριστικά των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι πολύ υψηλότερα σε σύγκριση με άλλους τύπους μπαταριών με παρόμοια διάρκεια ζωής και αριθμό κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης. Η ειδική ενέργεια των μπαταριών ιόντων λιθίου μπορεί να φτάσει τα 130 Wh/kg ή περισσότερο και η ενεργειακή απόδοση είναι 95%.

Ένα σημαντικό γεγονός είναι ότι τα LIB του ίδιου τυπικού μεγέθους μπορούν να λειτουργούν με ασφάλεια όταν συνδέονται παράλληλα σε ομάδες, επομένως δεν είναι δύσκολο να σχηματιστούν μπαταρίες ιόντων λιθίου διαφορετικής χωρητικότητας.

Μία από τις κύριες διαφορές μεταξύ των LIB και των μπαταριών νικελίου-υδρογόνου είναι η παρουσία ηλεκτρονικών μονάδων αυτοματισμού που παρακολουθούν και διαχειρίζονται τη διαδικασία φόρτισης-εκφόρτισης. Είναι επίσης υπεύθυνοι για την εξομάλυνση της ανισορροπίας τάσης μεμονωμένων LIB και διασφαλίζουν τη συλλογή και προετοιμασία τηλεμετρικών πληροφοριών σχετικά με τις κύριες παραμέτρους της μπαταρίας.

Ωστόσο, το κύριο πλεονέκτημα των μπαταριών ιόντων λιθίου θεωρείται ότι είναι η μείωση βάρους σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μπαταρίες. Σύμφωνα με τους ειδικούς, η χρήση μπαταριών ιόντων λιθίου σε τηλεπικοινωνιακούς δορυφόρους ισχύος 15-20 kW θα μειώσει το βάρος των μπαταριών κατά 300 κιλά. Λαμβάνοντας υπόψη ότι το κόστος της τοποθέτησης 1 κιλού χρήσιμης μάζας σε τροχιά είναι περίπου 30 χιλιάδες δολάρια, αυτό θα μειώσει σημαντικά το οικονομικό κόστος.

Ένας από τους κορυφαίους Ρώσους κατασκευαστές τέτοιων μπαταριών για διαστημόπλοια είναι η OJSC Aviation Electronics and Communication Systems (AVEX), μέρος του KRET. Η τεχνολογική διαδικασία κατασκευής μπαταριών ιόντων λιθίου στην επιχείρηση εξασφαλίζει υψηλή αξιοπιστία και μειωμένο κόστος.

Rostec
JSC "Concern "Radioelectronic Technologies"
Η KRET έχει αναπτύξει έναν νέο τύπο μπαταριών για λειτουργία στο διάστημα
Η ανάπτυξη ανταγωνιστικής διαστημικής τεχνολογίας απαιτεί τη μετάβαση σε νέους τύπους μπαταριών που πληρούν τις απαιτήσεις των συστημάτων τροφοδοσίας των πολλά υποσχόμενων διαστημικών σκαφών.
Στις μέρες μας, τα διαστημόπλοια χρησιμοποιούνται για την οργάνωση συστημάτων επικοινωνίας, πλοήγησης, τηλεόρασης, μελέτης καιρικών συνθηκών και φυσικών πόρων
Γη, εξερεύνηση και εξερεύνηση του βαθέως διαστήματος.
Μία από τις κύριες προϋποθέσεις για τέτοιες συσκευές είναι ο ακριβής προσανατολισμός στο χώρο και η διόρθωση των παραμέτρων κίνησης. Αυτό αυξάνει σημαντικά τις απαιτήσεις για το σύστημα τροφοδοσίας της συσκευής. Τα προβλήματα τροφοδοσίας των διαστημικών σκαφών και, πρώτα απ 'όλα, οι εξελίξεις για τον εντοπισμό νέων πηγών ηλεκτρικής ενέργειας, είναι υψίστης σημασίας σε παγκόσμιο επίπεδο.
Επί του παρόντος, οι κύριες πηγές ηλεκτρικής ενέργειας για τα διαστημόπλοια είναι οι ηλιακές και οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες.
Τα ηλιακά πάνελ έχουν φτάσει στα φυσικά όριά τους όσον αφορά την απόδοσή τους. Η περαιτέρω βελτίωσή τους είναι δυνατή με τη χρήση νέων υλικών, ιδιαίτερα του αρσενιδίου του γαλλίου. Αυτό θα σας επιτρέψει να αυξήσετε την ισχύ της ηλιακής μπαταρίας κατά 2-3 φορές ή να μειώσετε το μέγεθός της.
Μεταξύ των επαναφορτιζόμενων μπαταριών για διαστημόπλοια σήμερα, οι μπαταρίες νικελίου-υδρογόνου χρησιμοποιούνται ευρέως. Ωστόσο, τα χαρακτηριστικά ενεργειακής μάζας αυτών των μπαταριών έχουν φτάσει στο μέγιστο (70-80 Wh/kg). Η περαιτέρω βελτίωσή τους είναι πολύ περιορισμένη και, επιπλέον, απαιτεί μεγάλο οικονομικό κόστος.
Από αυτή την άποψη, υπάρχει επί του παρόντος μια ενεργή εισαγωγή μπαταριών ιόντων λιθίου (LIB) στην αγορά διαστημικής τεχνολογίας.
Τα χαρακτηριστικά των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι πολύ υψηλότερα σε σύγκριση με άλλους τύπους μπαταριών με παρόμοια διάρκεια ζωής και αριθμό κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης. Η ειδική ενέργεια των μπαταριών ιόντων λιθίου μπορεί να φτάσει τα 130 Wh/kg ή περισσότερο και η ενεργειακή απόδοση είναι 95%.
Ένα σημαντικό γεγονός είναι ότι οι LIB του ίδιου τυπικού μεγέθους μπορούν να λειτουργούν με ασφάλεια όταν συνδέονται παράλληλα σε ομάδες, επομένως δεν είναι δύσκολο να σχηματιστούν μπαταρίες ιόντων λιθίου διαφορετικής χωρητικότητας.
Μία από τις κύριες διαφορές μεταξύ των LIB και των μπαταριών νικελίου-υδρογόνου είναι η παρουσία ηλεκτρονικών μονάδων αυτοματισμού που παρακολουθούν και διαχειρίζονται τη διαδικασία φόρτισης-εκφόρτισης. Είναι επίσης υπεύθυνοι για την εξομάλυνση της ανισορροπίας τάσης μεμονωμένων LIB και διασφαλίζουν τη συλλογή και προετοιμασία τηλεμετρικών πληροφοριών σχετικά με τις κύριες παραμέτρους της μπαταρίας.
Ωστόσο, το κύριο πλεονέκτημα των μπαταριών ιόντων λιθίου θεωρείται ότι είναι η μείωση βάρους σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μπαταρίες. Σύμφωνα με τους ειδικούς, η χρήση μπαταριών ιόντων λιθίου σε τηλεπικοινωνιακούς δορυφόρους ισχύος 15-20 kW θα μειώσει το βάρος των μπαταριών κατά 300 κιλά. Λαμβάνοντας υπόψη ότι το κόστος της τοποθέτησης 1 κιλού χρήσιμης μάζας σε τροχιά είναι περίπου 30 χιλιάδες δολάρια, αυτό θα μειώσει σημαντικά το οικονομικό κόστος.
Ένας από τους κορυφαίους Ρώσους κατασκευαστές τέτοιων μπαταριών για διαστημόπλοια είναι η OJSC Aviation Electronics and Communication Systems (AVEX), μέρος του KRET. Η τεχνολογική διαδικασία κατασκευής μπαταριών ιόντων λιθίου στην επιχείρηση εξασφαλίζει υψηλή αξιοπιστία και μειωμένο κόστος.