Материал: Энергоснабжение космических аппаратов

Площадь солнечной батареи рассчитывается по формуле:

(7)

где  - удельная мощность СБ, принимаемая:

Вт/м² при = 60°С и 85 Вт/м² при  = 110°С для материала ФЭП КСП;

Вт/м² при  = 60°С и 100 Вт/м² при  = 110°С для материала ФЭП;

Вт/м² при  = 60°С и 160 Вт/м² при  = 110°С для материала ФЭП Ga - As;  - коэффициент запаса, учитывающий деградацию ФЭП из-за радиации, равный 1,2 для времени работы два-три года и 1,4 для времени работы пять лет;

 - коэффициент заполнения, вычисляемый по формуле 1,12; - КПД СБ = 0,97.

Масса СБ определяется исходя из удельных параметров. В имеющихся в настоящее время конструкциях СБ удельная масса составляет = 2,77 кг/м² для кремниевых и  = 4,5 кг/м² для арсенидгаллиевых ФЭП.

Масса СБ рассчитывается по формуле:

 (8)

Для начала расчёта СЭП необходимо выбрать солнечные батареи. При рассмотрении различных СБ выбор пал на следующие: солнечные батареи организации ОАО «Сатурн» на основе GaAs фотопреобразователей со следующими характеристиками.

Основные параметры СБ

Также для расчета понадобиться знать период обращения ИСЗ на низкой околоземной орбите, информация взята с сайта [https://ru.wikipedia.org/wiki/Низкая_околоземная_орбита]:

·              в диапазоне от 160 км период обращения около 88 минут;

·              до 2000 км период около 127 минут.

Для расчета возьмем усредненное значение - около 100 мин. При этом время освещенности солнечных панелей КА на орбите больше (около 60 мин), чем время нахождения их в тени около 40 мин.

Мощность нагрузки  равна сумме требуемой мощности двигательной установки, целевой аппаратуры, мощности заряда и равна 220 Вт (значение взято с избытком 25 Вт).

Подставляя все известные значения в формулу [6], получаем:

,

.

Для определения площади панели СБ примем материал ФЭП Ga-Asпри рабочей температуре  = 60°С, работе спутника 2-3 года и воспульзуемся формулой [7]:

,

подставляя исходные данные, получим:

,

после проведения расчетов, получим

,

но с учетом не частого заряда аккумуляторной батареи, использования современных технологий в разработке других систем, а также с учетом того, что мощность нагрузки была взята с запасом около 25 Вт, возможно сократить площадь СБ до 3,6 м².

Определим массу СБ для арсенидгаллиевых ФЭП применяя формулу[8]:

,

подставляя исходные данные, получим:

,

после проведения расчетов, получим

.

Подытоживая вышесказанное, можно сделать вывод о том, что на технические характеристики и возможности КА в значительной мере влияет система электропитания. Для увеличения эффективности СЭП нужно стремиться к уменьшению массы энергопотребляемой аппаратуры за счёт применения более эффективных солнечных и аккумуляторных батарей. Необходимо искать солнечные и аккумуляторные батареи с более высоким КПД и меньшими массовыми характеристиками.

Заключение

Из анализа параметров различных типов аккумуляторных и солнечных батарей можно сделать вывод, о стремлении уменьшения общей массы системы электропитания космического аппарата за счет уменьшения массы СБ и АБ, увеличения КПД и срока службы при нахождении новых конструктивных и технических решений в плане усовершенствования элементов системы электропитания и поиск максимально эффективных и надежных материалов.

В ходе выполнения расчетной части были получены следующие параметры: время разряда и заряда, емкости разряда, напряжение заряда, саморазряд, а также удельная энергия химического источника аккумуляторных батарей, мощность, площадь панелей и масса солнечных батарей.

Также были рассмотрены различные типы аккумуляторных батарей в зависимости от химических источников тока, а также солнечных батарей в зависимости от используемых материалов в качестве фотоэлектрического преобразователя, были приведены их модификации, особенности устройства и принципы работы. Установлены основные параметры солнечных и аккумуляторных батарей, по параметрам были определенны технические возможности типов солнечных и аккумуляторных батарей, непосредственно влияющие на технические характеристики космических аппаратов.

На сегодняшний день широкое распространение получили солнечные батареи использующие в качестве материала для фотоэлектрических преобразователей арсенидгаллия из-за высокой удельной мощности выхода, также наиболее перспективным считается никель-водородные аккумуляторные батареи, которые превосходят по многим показателям кадмиево-никелевые и серебрено-цинковые аккумуляторы.

Список использованной литературы

1 Молдабеков М.М., Ахмедов Д.Ш., Алипбаев К.А., Елубаев С.А., Сухенко А.С. Об участии Казахстана в международном университетском проекте создания группировки наноспутников. // Материалы международной конференции «Космос на благо человечества - взгляд в будущее», г. Астана, 6-7 января 2011 г. - с. 17-19.

Быховский М.А. Развитие телекоммуникаций на пути к информационному обществу. Развитие спутниковых телекоммуникационных систем.

Талызин Н.В. «Спутники связи - Земля и Вселенная», 1977

Конструктирование автоматических космических аппаратов // Д.И. Козлов, Г.П. Аншаков, В.Ф. Агарков и др.: Под ред. Д.И. Козлова - М.: Машиностроение. 1996-448 с., ил.

Основы проектирования летательных аппаратов (транспортные системы). Учебник для технических вузов // В.П. Мишин, В.К. Безвербатый, Б.М. Панкратов и др.: Под ред. В.П. Мишина. - М.: Машиностроение. 1985-360 с., ил.

Туманов А.В., Зеренцов В.В., Щеглов Г.А. Основы компоновки бортового оборудования космических аппаратов: учеб. пособие - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010-344 с.

Инженерный справочник по космической технике // А.А. Алатырцев, А.И. Алексеев, Ю.Н. Богданов и др.: Под ред. А.В. Солодов - М.: Военное издательство министерства обороны СССР, 1969-350 с.

Никольский В.В. Основы проектирования автоматических космических аппаратов. Учебник. С-Пб.: БГТУ «Военмех», 2007. 230 с.