
- •Ю.А.Шепетов
- •1. Исходные данные для энергобалансного расчет системы электроснабжения космического аппарата
- •1.1. Сведения о характере энергопотребления нагрузки
- •1.2. Сведения о назначении ка и его заданном ресурсе
- •1.3. Сведения о параметрах орбиты ка
- •1.4. Сведения о первичном источнике энергии для энергоустановки ка
- •1.5. Тип первичного преобразователя энергии
- •1.6. Тип накопителя энергии
- •1.7. Дополнительные данные о конструкции сэс
- •2. Статический энергобалансный расчет
- •3. Динамический энергобалансный расчет системы электроснабжения.
- •3.1 Типовая логика работы сэс (состояния сэс)
- •3.2 Структура динамической энергобалансной модели сэс
- •3.3 Критерии работоспособности сэс
- •Литература
- •Приложение 1
- •Методика оценки энергобалансного состояния сэс с помощью динамической модели
- •1. Последовательность выполнения работы.
- •Приложение 2 практическое заниятие
- •Прогноз ресурса эу ка по энергобалансной модели
- •Последовательность выполнения работы.
- •Св. План, 2008
- •Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского
- •61070, Харьков-70, ул. Чкалова, 17
- •61070, Харьков-70, ул. Чкалова, 17
1.4. Сведения о первичном источнике энергии для энергоустановки ка
В качестве первичного источника энергии могут использоваться: - Солнце, ядерный реактор, радиоизотопная капсула, химическое горючее и т.п. Выбор того или иного первичного источника обуславливает свои особенности расчета. Здесь и далее будем подробно рассматривать в качестве первичной – энергию солнечного излучения.
Вместе с типом источника энергии необходимо знать его основные характеристики. Для солнечного излучения – это, прежде всего, энергетическая плотность потока на орбите Земли - Ес. В большинстве расчетов можно принимать Ес=1360 Вт/м2.
1.5. Тип первичного преобразователя энергии
В качестве первичного преобразователя энергии могут использоваться: - батареи фотоэлектрических преобразователей (ФП), термоэлектрических преобразователей (ТЭЛП), термоэмиссионных преобразователей (ТЭП), топливных элементов (электрохимический генератор – ЭХГ). Выбор того или иного первичного преобразователя также обуславливает свои особенности расчета. Здесь будем подробно рассматривать наиболее распространенные в современной космонавтике преобразователи, которые обеспечивают более 99% суммарной энергетической потребности всех современных КА – фотоэлектрические преобразователи (солнечные батареи, солнечные элементы).
Вместе с типом первичного преобразователя, необходимо знать его основные характеристические параметры. Прежде всего это:
- КПД преобразования;
- вольт-амперная (ВАХ), вольт-ваттная характеристики.
- прогноз изменения КПД и ВАХ на протяжении срока ресурса КА.
1.6. Тип накопителя энергии
Основная задача накопителя энергии в составе СЭС автономного объекта – обеспечение согласования графиков энергопотребленияи и энергопоступления.
Рис. 1.3. – Место накопителя в автономной системе электроснабжения
Если взять достаточно длительный интервал времени, то средняя мощность генератора энергии на этом интервале будет примерно равна потребленной мощности нагрузки (за вычетом потерь на передачу энергии). В то же время, в каждый конкретный момент мощность генератора и потребляемая мощность могут не совпадать. В реальной системе электроснабжения циклограмма потребления энергия достаточно изменчива. Также как в поседневном быту мы в произвольные моменты времени включаем и выключаем освещение, бытовые электроприборы – также и в системе электроснабжения КА одновременно работают, включаются и выключается до десятка или более различных потребителей.
Накопитель в системе электроснабжения как раз и позволяет согласовать потоки генерируемой и потребляемой мощности, накапливая энергию в те периоды, когда мощность генератора больше мощности нагрузки и отдавая энергию в периоды, когда мощность нагрузки больше мощности генератора.
В космической энергетике наибольшее распространение получили химические батареи (БХ), в том числе
- на основе серебряно-цинковых (СЦ) элементов (для КА с ресурсом до нескольких месяцев);
- на основе герметичных никель-кадмиевых элементов (НКГ) ( для КА с ресурсом от нескольких месяцев до 5-6 лет);
- на основе никель-водородных элементов (НВ) (для КА с ресурсом от нескольких лет до 15-17 лет).
В ближайшей перспективе ожидается широкое использование также элеементов
- никель-металгидридных;
- литиевых.
А в более отдаленной перспективе – серно-натриевых.
В наземных системах электроснабжения автономных объектов также используют БХ на основе свинцовых элементов, никель-железных и пр.
Вместе с типом накопителя, необходимо знать его основные характеристические параметры. Прежде всего это:
- зарядно-разрядная характеристка (зависимость напряжения на клеммах аккумулятора от сообщенной/снятой емкости с учетом рабочей температуры БХ и тока заряда-разряда);
- зависимость тока саморазряда от заряженности БХ.
- прогноз изменения разрядной емкости БХ протяжении срока ресурса КА, и соответственно, энергоустановки.
Для более детальных расчетов желательно также иметь зависомости
- внутреннего давления в аккумуляторе от состояния заряженности;
- мощности тепловыделения от заряженности