Общие сведения об энергоснабжении космических аппаратов.
ЕВРАЗИЙСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Им. Л.Н. Гумилева
Физико-технический факультет
Кафедра Космическая техника и технологии
ОТЧЕТ
ПО ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ
ПРАКТИКЕ
| Работу выполнил студент | Руководитель производственной практики | |
| Группы КТиТ-42 | Жумабаева А.С. | |
| наименование группы | Ф.И.О | |
| Тулегенов К.Т. | старший преподаватель | |
| Ф.И.О. | учёное звание, должность | |
| _____________________ | _________________ | |
| подпись | подпись | |
| «__» январь 2016 г. | «__» март 2016 г. |
АСТАНА 2016
СОДЕРЖАНИЕ
Введение………………………………………………………………………...........3
1 Общие сведения об энергоснабжении космических аппаратов.……………....4
1.1 Первичные источники электроэнергии ………………………………4
1.2 Автоматика системы энергопитания..............................................….5
2 Солнечные космические энергоустановки …………..…………………..…......6
2.1 Солнечные батареи принцип действия и устройство………….….....6
3 Электрохимические космические энергоустановки…………………………..12
3.1 Химические источники тока………………………………………...13
3.2 Серебряно-цинковые аккумуляторные батареи…………………....15
3.3 Кадмиево-никелевые аккумуляторные батареи……………………16
3.4 Никель-водородные аккумуляторные батареи……………………..17
4 Выбор параметров солнечных батарей и буферных накопителей...………...18
4.1 Расчет параметров буферного накопителя…………………………18
4.2 Расчет параметров солнечных батарей……………………………..20
Заключение………………………………………………………………………….23
Список использованных источников……………………………………………...24
Спецификации...……………………………………………………………………25
ВВЕДЕНИЕ
Одной из важнейших бортовых систем любого космического аппарата, которая в первую очередь определяет его тактико-технические характеристики, надежность, срок службы и экономическую эффективность, является система электроснабжения. Поэтому проблемы разработки, исследования и создания систем электроснабжения космических аппаратов имеют первостепенное значение.
Автоматизация процессов управления полетом любых космических аппаратов (КА) немыслима без электрической энергии. Электрическая энергия используется для приведения в действие всех элементов устройств и оборудования КА (двигательная группа, органов управления, систем связи, приборного комплекса, отопления и т. д.).
В целом, система электроснабжения генерирует энергию, преобразует и регулирует её, запасает её для периодов пикового потребления или работы в тени, а также распределят её по космическому аппарату. Подсистема электроснабжения может также преобразовывать и регулировать напряжение или обеспечивать ряд уровней напряжений. Она часто включает и выключает аппаратуру и, для повышения надёжности, защищает от короткого замыкания и изолирует неисправности. Конструкция подсистемы зависит от космической радиации, которая вызывает деградацию солнечных батарей. Срок службы химической батареи часто ограничивает срок службы космического аппарата.
Актуальными проблемами являются изучение особенностей функционирования источников электроэнергии космического назначения. Изучение и освоение космического пространства требуют разработки и создания космических аппаратов различного назначения. В настоящее время наибольшее практическое применение получают автоматические непилотируемые космические аппараты для формирования глобальной системы связи, телевидения, навигации и геодезии, передачи информации, изучения погодных условий и природных ресурсов Земли, а также исследования дальнего космоса. Для их создания необходимо обеспечить очень жесткие требования по точности ориентации аппарата в космосе и коррекции параметров орбиты, а это требует повышения энерговооруженности космических аппаратов.
Общие сведения об энергоснабжении космических аппаратов.
Геометрию космических аппаратов, конструкцию, массу, срок активного существования во многом определяет система энергоснабжения космических аппаратов. Система энергоснабжения или иначе именуемая как система энергопитания (СЭП) космических аппаратов - система космического аппарата, обеспечивающая электропитание других систем, является одной из важнейших систем. Выход из строя системы энергоснабжения ведет к отказу всего аппарата.
В состав системы энергопитания обычно входят: первичный и вторичный источник электроэнергии, преобразующие, зарядные устройства и автоматика управления.
1.1 Первичные источники энергии
В качестве первичных источников используются различные генераторы энергии:
• солнечные батареи;
• химические источники тока:
- 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.
Топливные элементы
Топливные элементы имеют высокие показатели по массогабаритным характеристикам и удельной мощности по сравнению с парой солнечные батареи и химический аккумулятор, устойчивы к перегрузкам, имеют стабильное напряжение, бесшумны. Однако они требуют запаса топлива, потому применяются на аппаратах со сроком нахождения в космосе от нескольких дней до 1—2 месяцев.
Используются в основном водород-кислородные топливные элементы, так как водород обеспечивает наивысшую калорийность, и, кроме того, образовавшаяся в результате реакции вода может быть использована на пилотируемых космических аппаратах. Для обеспечения нормальной работы топливных элементов необходимо обеспечить отвод образующихся в результате реакции воды и тепла. Ещё одним сдерживающим фактором является относительно высокая стоимость жидкого водорода и кислорода, сложность их хранения.
Радиоизотопные источники энергии
Радиоизотопные источники энергии используют в основном в следующих случаях:
• высокая длительность полёта;
• миссии во внешние области Солнечной системы, где поток солнечного излучения мал;
• разведывательные спутники с радаром бокового обзора из-за низких орбит не могут использовать солнечные батареи, но испытывают высокую потребность в энергии.
1.2 Автоматика системы энергопитания
В нее входят устройства управления работой энергоустановки, а также контроля ее параметров. Типичными задачами являются: поддержание в заданных диапазонах параметров системы: напряжения, температуры, давления, переключения режимов работы, например, переход на резервный источник питания; распознавание отказов, аварийная защита источников питания в частности по току; выдача информации о состоянии системы для телеметрии и на пульт космонавтов. В некоторых случаях возможен переход с автоматического на ручное управление либо с пульта космонавтов, либо по командам из наземного центра управления.