Белорусский государственный университет

<<Факультет радиофизики и компьютерных технологий>>

Курсовая работа по теме:

“Энергоснабжение МКС”

Выполнил:

студент 3курса

группы 2+4+8(АРИСТ)

Вежновец Павел

Сергеевич

Минск 2016

Цель:

Введение

Система космического аппарата обеспечивающая электропитание других систем, является одной из важнейших систем, во многом именно она определяет геометрию космических аппаратов, конструкцию, массу, срок активного существования. Выход из строя системы энергоснабжения ведёт к отказу всего аппарата. СЭП должна быть максимальной, т.к. все служебные и полезные устройства КА нуждаются в бесперебойном и качественном электропитании.

Из всех видов энергии электрическая является наиболее универсальной. По сравнению с другими видами энергии она имеет ряд преимуществ:

• электроэнергия легко преобразуется в другие виды энергии;

• наиболее высокое КПД у электрических установок чем КПД установок, работающих на других видах энергии;

• электроэнергию легко передавать по проводам к потребителям и легко распределяется между ними.

Автоматизация процессов управления полетом любых космических аппаратов (КА) немыслима без электроэнергии. Электроэнергия используется для приведения в действие всех элементов устройств и оборудования КА (двигательной группы, органов управления, систем связи, отопления и т.д.)

СЭС КА является одной из важнейших систем, обеспечивающих работоспособность КА.

Основные требования, предъявляемые к СЭС:

• необходимый запас энергии для совершения полета,

• надежная работа в условиях невесомости,

• минимальная масса,

• минимальная стоимость,

• способность работать в любом положении в пространстве,

• отсутствие потребления и выделения газов,

• необходимая надежность, обеспечиваемая резервированием (по мощности) основного источника и буфера.

В состав системы энергопитания обычно входят: первичный и вторичный источник электроэнергии, преобразующие, зарядные устройства и автоматика управления.

В качестве первичных источников используются различные генераторы энергии:

• солнечные батареи;

• химические источники тока, в частности:

• аккумуляторы,

• гальванические элементы,

• топливные элементы;

• радиоизотопные источники энергии;

• ядерные реакторы.

В состав первичного источника входит не только собственно генератор электроэнергии, но и обслуживающие его системы, например система ориентации солнечных батарей.

Часто источники энергии комбинируют, например, солнечную батарею с химическим аккумулятором.

Солнечные батареи

Солнечные батареи — один из основных способов получения электрической энергии на космических аппаратах: они работают долгое время без расхода каких-либо материалов, и в то же время являются экологически безопасными, в отличие от ядерных и радиоизотопных источников энергии.

На сегодняшний день солнечные батареи считаются одним из самых надёжных и достаточно хорошо отработанных вариантов обеспечения космического аппарата энергией.

Мощность излучения Солнца на орбите Земли составляет 1367 Вт/м². Это позволяет получать примерно 130 Вт на 1 м² поверхности солнечных батарей (при КПД 8…13 %). Солнечные батареи располагают или на внешней поверхности аппарата или на раскрывающихся жёстких панелях. Для максимизации отдаваемой батареями энергии перпендикуляр к их поверхности должен быть направлен на Солнце с точностью 10…15˚. В случае жёстких панелей это достигается или ориентацией самого КА или специализированной автономной электромеханической системой ориентации солнечных батарей, при этом панели подвижны относительно корпуса аппарата. На некоторых спутниках применяют не ориентируемые батареи, располагая их на поверхности так, чтобы при любом положении аппарата обеспечивалась необходимая мощность.

Однако при полётах на большом удалении от Солнца (за орбитой Марса) их использование становится проблематичным, так как поток солнечной энергии обратно пропорционален квадрату расстояния от Солнца. При полётах же к Венере и Меркурию, напротив, мощность солнечных батарей значительно возрастает (в районе Венеры в 2 раза, в районе Меркурия в 6 раз).

Солнечные батареи со временем деградируют под действием следующих факторов:

• метеорная эрозия уменьшающая оптические свойства поверхности фотоэлектрических преобразователей;

• радиационное излучение понижающее фотоэдс, особенно при солнечных вспышках и при полёте в радиационном поясе Земли;

• термические удары из-за глубокого охлаждения конструкции на затенённых участках орбиты, нагрева на освещённых и наоборот. Это явление разрушает крепление отдельных элементов батареи, соединения между ними.

Существует ряд мер по защите батарей от этих явлений. Время эффективной работы солнечных батарей составляет несколько лет, это один из лимитирующих факторов, определяющих время активного существования космического аппарата.

При затенении батарей в результате манёвров или входа в тень планеты выработка энергии фотоэлектрическими преобразователям прекращается, поэтому систему энергопитания дополняют химическими аккумуляторами (буферные химические батареи).

Аккумуляторные батареи

Самыми распространёнными в космической технике являются никель-кадмиевые аккумуляторы, так как они обеспечивают наибольшее количество циклов заряд-разряд и имеют лучшую стойкость к перезаряду. Эти факторы выходят на первый план при сроках службы аппарата более года. Другой важной характеристикой химического аккумулятора является удельная энергия, определяющая массогабаритные характеристики батареи. Ещё одна важная характеристика — это надёжность, так как резервирование химических аккумуляторов крайне нежелательно из-за их высокой массы. Используемые в космической технике аккумуляторы, как правило, имеют герметичное исполнение; герметичность обычно достигается с помощью металлокерамических уплотнений. К батареям также предъявляются следующие требования:

• высокие удельные массогабаритные характеристики;

• высокие электрические характеристики;

• широкий диапазон рабочих температур;

• возможность зарядки низкими токами;

• низкие токи саморазряда.

Помимо основной функции аккумуляторная батарея может играть роль стабилизатора напряжения бортовой сети, так как в рабочем диапазоне температур её напряжение меняется мало при изменении тока нагрузки.