Первичные источники электроэнергии

В запускаемых спутниках в качестве первичного источника энергии применяются почти исключительно солнечные батареи (кремниевые или арсенид-галлиевые). Получаемая электрическая мощность зависит от их поверхности и коэффициента полезного действия, достигающего 10... 15% (теоретический к.п.д. не более 25%] Максимальная удельная мощность, которую можно получить о солнечных батарей по массе достигает 150 Вт/кг и по поверхности от 60 Вт/м2. При расчете энергоснабжения учитывается, что эффективность солнечных элементов за 5 лет работы снижается почти на 30%. Снижение происходит из-за метеорной эрозии и деградации (изменений) в полупроводниковых структурах вследствие воздейс1 вия на них протонов и электронов от проникающих излучений космического пространства. Для защиты поверхности солнечных элементов от метеорной эрозии ее покрывают жидким кварцем ил микропленкой с добавкой церия.

Электрическая мощность, получаемая от солнечных батарее может быть от 1,0 до 10,0 кВт для спутников, стабилизированны вращением, и более 10,0 кВт для спутников со стабилизацией по трем осям с ориентированными на Солнце панелями солнечны батарей. Различие в величинах электрической мощности спутников разных систем стабилизации объясняется следующим.

Система стабилизации по трем осям стабилизирует спутник по всем трем координатам, поэтому солнечные элементы ycтaнaвливаются на плоских или почти плоских панелях, направленных на Солнце. Очевидно, что максимальное количество энергии, пол; чаемой двумя плоскими панелями солнечных элементов, прям пропорционально их площади S1 = 2 (А В), где А - ширина панели, В - ее длина.

Другой тип спутников - спутники со стабилизацией вращением с цилиндрической поверхностью площадью (где D - диа­метр, а Н - высота цилиндра ), получает солнечную энергию про­порционально площади При стабилизации вращени­ем солнечные элементы, расположенные на поверхности вращаю­щегося цилиндра, эффективно освещаются Солнцем только в те­чение 1/я всего времени, и, при этом на них оказывают влияние пе­репады температуры (от - 180°С до + 60°С), поэтому мощность их снижается также в раз по сравнению с постоянно ориентирован­ными на Солнце батареями, имеющими такую же площадь. Следо­вательно, спутник трехосной стабилизации с солнечными элемен­тами на плоских панелях имеет более высокую энергетическую эффективность, чем спутник со стабилизацией вращением. Спутни­ки со стабилизацией по трем осям координат используются в каче­стве многофункциональных связных и, особенно, в качестве спут­ников непосредственного телевизионного вещания (НТВ), где тре­буется большая электрическая мощность.

Вторичные источники электроэнергии

Поскольку необходимо обеспечить непрерывное функциониро­вание электронных устройств спутника, то нужно накапливать и хранить энергию на то время, когда спутник находится в тени Земли и, следовательно, солнечные батареи ее не вырабатывают. Поэто­му часть электроэнергии, выработанной ими, используется для за­рядки аккумуляторных батарей, в качестве которых почти на всех спутниках применяют никель-кадмиевые батареи, ибо, хотя их удельная мощность и низка (35 Вт час/кг), они могут работать в герметично закрытом состоянии и у них большой срок службы. Од­нако сейчас никель-кадмиевые аккумуляторы заменяются на ни­кель-водородные, которые по многим параметрам превосходят их (особенно важно, что их масса на 30...60% меньше).

Срок службы системы энергоснабжения и, тем самым, срок служ­бы всего спутника определяется наряду с необходимым количеством топлива для собственных (апогейных) двигателей также и продолжи­тельностью работы его аккумуляторных батарей, а не солнечными батареями, которые намного их долговечнее. Для уменьшения массы спутника до минимума выбирают массу аккумуляторов тоже возмож­но минимальной. Однако при отдаваемом токе (токе нагрузки) срок службы аккумулятора прямо пропорционален его массе. Поэтому на­ходят компромисс между увеличением срока службы и уменьшением массы аккумуляторов. На срок службы аккумуляторов влияет также температура окружающей среды: оптимальная рабочая температура для них +10° С. Но поддержание такой температуры часто является проблематичным, особенно при нахождении спутника в тени Земли, когда он весь подвергается воздействию значительных отрицатель­ных температур (до минус 180°С).