Sistemul de alimentare cu energie a navelor spațiale ( sistem de alimentare cu energie , SEP ) - un sistem de navă spațială care furnizează energie altor sisteme, este unul dintre cele mai importante sisteme, în multe privințe determină geometria navei spațiale, designul, masa, viața activă. Defectarea sistemului de alimentare cu energie duce la defectarea întregului aparat.
Sistemul de alimentare cu energie include de obicei: o sursă primară și secundară de energie electrică, convertoare, încărcătoare și automatizări de control.
Puterea necesară a centralei electrice a aparatului crește constant pe măsură ce noi sarcini sunt stăpânite. Deci primul satelit artificial al Pământului ( 1957 ) avea o centrală electrică cu o putere de aproximativ 40 W , aparatul Molniya-1+ ( 1967 ) avea o centrală electrică cu o putere de 460 W [1] , satelitul de comunicații Yahsat 1B (2011) - 12 kW [2] .
Astăzi, majoritatea echipamentelor de bord ale navelor spațiale fabricate în străinătate sunt alimentate de o tensiune constantă de 50 sau 100 de volți. Dacă este necesar să se asigure consumatorului o tensiune alternativă sau o valoare constantă nestandard, se folosesc convertoare statice cu semiconductor.
Diferite generatoare de energie sunt utilizate ca surse primare:
Compoziția sursei primare include nu numai generatorul real de energie electrică, ci și sistemele care o deservesc, de exemplu , sistemul de orientare a matricei solare .
Adesea, sursele de energie combină, de exemplu, o baterie solară cu o baterie chimică.
Până în prezent, panourile solare sunt considerate una dintre cele mai fiabile și bine stabilite opțiuni pentru furnizarea energiei navelor spațiale.
Puterea de radiație a Soarelui pe orbita Pământului este de 1367 W/m² . Acest lucru vă permite să obțineți aproximativ 130 W pe 1 m² de suprafață a panourilor solare (cu o eficiență de 8 ... 13%). Panourile solare sunt amplasate fie pe suprafața exterioară a aparatului, fie pe panouri rigide derulante. Pentru a maximiza energia emisă de baterii, perpendiculara pe suprafața lor ar trebui îndreptată către Soare cu o precizie de 10…15˚. În cazul panourilor rigide, acest lucru se realizează fie prin orientarea navei spațiale în sine, fie printr-un sistem autonom de orientare solar electromecanic specializat , în timp ce panourile sunt mobile în raport cu corpul aparatului. Pe unii sateliți se folosesc baterii neorientabile, așezându-le la suprafață astfel încât puterea necesară să fie asigurată în orice poziție a dispozitivului.
Panourile solare se degradează în timp din cauza următorilor factori:
Există o serie de măsuri pentru a proteja bateriile de aceste fenomene. Timpul de funcționare efectivă a bateriilor solare este de câțiva ani; acesta este unul dintre factorii limitativi care determină timpul de existență activă a unei nave spațiale.
Când bateriile sunt umbrite ca urmare a manevrelor sau pătrunderii în umbra planetei, generarea de energie prin convertoare fotoelectrice se oprește, astfel că sistemul de alimentare este completat cu baterii chimice (baterii chimice tampon).
Cele mai comune în tehnologia spațială sunt bateriile cu nichel-cadmiu , deoarece oferă cel mai mare număr de cicluri de încărcare-descărcare și au cea mai bună rezistență la supraîncărcare. Acești factori ies în prim-plan atunci când durata de viață a dispozitivului este mai mare de un an. O altă caracteristică importantă a unei baterii chimice este energia specifică, care determină caracteristicile de greutate și dimensiune ale bateriei. O altă caracteristică importantă este fiabilitatea , deoarece redundanța bateriilor chimice este extrem de nedorită din cauza masei lor mari. Bateriile folosite în tehnologia spațială, de regulă, sunt sigilate ermetic; etanşeitatea se realizează de obicei cu garnituri cermet . Bateriile au, de asemenea, următoarele cerințe:
Pe lângă funcția principală, bateria poate juca rolul unui regulator de tensiune al rețelei de bord, deoarece în intervalul de temperatură de funcționare tensiunea sa se modifică puțin atunci când se modifică curentul de sarcină.
Acest tip de sursă de energie a fost folosit pentru prima dată pe nava spațială Gemini în 1966. Pilele de combustie au caracteristici mari de greutate și dimensiune și densitate de putere în comparație cu o pereche de baterii solare și o baterie chimică, sunt rezistente la suprasarcini, au o tensiune stabilă și sunt silentioase. Cu toate acestea, necesită o aprovizionare cu combustibil, prin urmare sunt utilizate pe vehicule cu o perioadă de ședere în spațiu de la câteva zile la 1-2 luni.
În cea mai mare parte, sunt utilizate pile de combustibil cu hidrogen-oxigen, deoarece hidrogenul oferă cea mai mare putere calorică și, în plus, apa formată ca urmare a reacției poate fi folosită în nave spațiale cu echipaj. Pentru a asigura funcționarea normală a celulelor de combustie, este necesar să se asigure îndepărtarea apei și a căldurii formate ca urmare a reacției. Un alt factor limitativ este costul relativ ridicat al hidrogenului lichid și al oxigenului , complexitatea stocării acestora.
Sursele de energie cu radioizotopi sunt utilizate în principal în următoarele cazuri:
Include dispozitive pentru controlul funcționării centralei electrice, precum și pentru monitorizarea parametrilor acesteia. Sarcinile tipice sunt: menținerea în intervalele specificate a parametrilor sistemului: tensiune , temperatură , presiune , comutarea modurilor de funcționare, de exemplu, trecerea la o sursă de alimentare de rezervă; recunoașterea defecțiunilor, protecția de urgență a surselor de alimentare în special prin curent ; emiterea de informații despre starea sistemului pentru telemetrie și către consola cosmonauților.
În unele cazuri, este posibilă trecerea de la controlul automat la cel manual fie din consola cosmonauților, fie prin comenzi de la centrul de control de la sol.