Rymdfarkostens strömförsörjningssystem ( energiförsörjningssystem , SEP ) - ett rymdfarkostsystem som ger ström till andra system, är ett av de viktigaste systemen, i många avseenden bestämmer det rymdfarkostens geometri, design, massa, aktivt liv. Felet i strömförsörjningssystemet leder till fel på hela apparaten.
Strömförsörjningssystemet inkluderar vanligtvis: en primär och sekundär elkälla, omvandlare, laddare och styrautomation.
Den erforderliga kraften hos apparatens kraftverk växer ständigt när nya uppgifter bemästras. Så jordens första konstgjorda satellit ( 1957 ) hade ett kraftverk med en effekt på cirka 40 W , Molniya-1+ -apparaten ( 1967 ) hade ett kraftverk med en effekt på 460 W [1] , kommunikationssatelliten Yahsat 1B (2011) - 12 kW [2] .
Idag drivs det mesta av utrustningen ombord på utlandstillverkade rymdfarkoster av en konstant spänning på 50 eller 100 volt. Om det är nödvändigt att förse konsumenten med en växelspänning eller ett konstant icke-standardvärde, används statiska halvledaromvandlare.
Olika energigeneratorer används som primära källor:
Sammansättningen av den primära källan inkluderar inte bara den faktiska generatorn av elektricitet, utan också systemen som betjänar den, till exempel solpanelsorienteringssystemet .
Ofta kombinerar energikällor till exempel ett solbatteri med ett kemiskt batteri.
Hittills anses solpaneler vara ett av de mest pålitliga och väletablerade alternativen för att förse rymdfarkoster med energi.
Strålningseffekten från solen i jordens bana är 1367 W/m² . Detta gör att du kan få cirka 130 W per 1 m² av ytan på solpaneler (med en effektivitet på 8 ... 13%). Solpaneler är placerade antingen på apparatens yttre yta eller på styva nedfällbara paneler. För att maximera energin som avges av batterier bör den vinkelräta mot deras yta riktas mot solen med en noggrannhet på 10…15˚. I fallet med stela paneler uppnås detta antingen genom orienteringen av själva rymdfarkosten eller genom ett specialiserat autonomt elektromekaniskt solpanelsorienteringssystem , medan panelerna är rörliga i förhållande till apparatens kropp. På vissa satelliter används icke-orienterbara batterier som placerar dem på ytan så att den nödvändiga strömmen tillhandahålls var som helst på enheten.
Solpaneler försämras med tiden på grund av följande faktorer:
Det finns ett antal åtgärder för att skydda batterier från dessa fenomen. Tiden för effektiv drift av solbatterier är flera år; detta är en av de begränsande faktorerna som bestämmer tiden för aktiv existens av en rymdfarkost.
När batterierna skuggas som ett resultat av manövrar eller kommer in i planetens skugga, upphör genereringen av energi från fotoelektriska omvandlare, så strömförsörjningssystemet kompletteras med kemiska batterier (buffert kemiska batterier).
De vanligaste inom rymdteknik är nickel-kadmium-batterier , eftersom de ger det största antalet laddnings-urladdningscykler och har det bästa motståndet mot överladdning. Dessa faktorer kommer i förgrunden när enhetens livslängd är mer än ett år. En annan viktig egenskap hos ett kemiskt batteri är den specifika energin, som bestämmer batteriets vikt och storlek. En annan viktig egenskap är tillförlitlighet , eftersom redundans av kemiska batterier är mycket oönskad på grund av deras höga massa. Batterier som används inom rymdteknik är som regel hermetiskt förseglade; täthet uppnås vanligtvis med cermet tätningar . Batterier har även följande krav:
Förutom huvudfunktionen kan batteriet spela rollen som en spänningsregulator i det ombordvarande nätverket, eftersom dess spänning i driftstemperaturområdet ändras lite när belastningsströmmen ändras.
Denna typ av kraftkälla användes första gången på rymdfarkosten Gemini 1966. Bränsleceller har höga vikt- och storleksegenskaper och effekttäthet jämfört med ett par solbatterier och ett kemiskt batteri, är resistenta mot överbelastning, har en stabil spänning och är tysta. De kräver dock bränsletillförsel, därför används de på fordon med en vistelse i rymden från flera dagar till 1-2 månader.
Mestadels används väte-syrebränsleceller, eftersom väte ger det högsta värmevärdet , och dessutom kan vattnet som bildas som ett resultat av reaktionen användas i bemannade rymdfarkoster. För att säkerställa normal drift av bränsleceller är det nödvändigt att säkerställa avlägsnandet av vatten och värme som bildas som ett resultat av reaktionen. En annan begränsande faktor är den relativt höga kostnaden för flytande väte och syre , komplexiteten i deras lagring.
Radioisotopenergikällor används huvudsakligen i följande fall:
Den inkluderar enheter för att styra driften av kraftverket, såväl som övervakning av dess parametrar. Typiska uppgifter är: bibehålla inom de specificerade områdena av systemparametrar: spänning , temperatur , tryck , byta driftlägen, till exempel byta till en reservkraftkälla; feligenkänning, nödskydd av strömförsörjning, särskilt genom ström ; utfärdar information om tillståndet för systemet för telemetri och till kosmonauternas konsol.
I vissa fall är det möjligt att byta från automatisk till manuell styrning antingen från kosmonauternas konsol eller genom kommandon från markkontrollcentralen.