Энергоснабжение спутника на орбите

Энергоснабжение спутника - это очень сложная и разносторонняя проблема, так как нужно удовлетворять весьма противоречивые тре­бования. Это ограничение массы и размеров источников энергии, обеспечение устойчивости к механическим нагрузкам во время за­пуска, устойчивости к температурным воздействиям на орбите, обес­печение длительного срока службы и, следовательно, высокой на­дежности. Кроме этих жестких требований, система энергоснабже­ния, естественно, должна выполнять свои основные функции:

□ выработку электроэнергии;

□ накопление и хранение полученной энергии;

□ регулировки в системе энергоснабжения и общее распреде­ление электроэнергии

В спутниках связи в системе энергоснабжения, как правило, используются следующие узлы:

первичный источник энергии - это система солнечных элементов - солнечные батареи;

□ вторичный источник энергии - аккумуляторные батареи, накапливающие и отдающие затем электроэнергию в период нахождения спутника в тени Земли;

□ регуляторы и преобразователи, обеспечивающие необходимые величины напряжений и их стабильность для работы электронных устройств спутника;

□ электронные устройства для системы дистанционного контроля и дистанционного управления.

Первичные источники электроэнергии

В запускаемых спутниках в качестве первичного источника энергии применяются почти исключительно солнечные батареи (кремниевые или арсенид-галлиевые). Получаемая электрическая мощность зависит от их поверхности и коэффициента полезного действия, достигающего 10... 15% (теоретический к.п.д. не более 25%] Максимальная удельная мощность, которую можно получить о солнечных батарей по массе достигает 150 Вт/кг и по поверхности от 60 Вт/м2. При расчете энергоснабжения учитывается, что эффективность солнечных элементов за 5 лет работы снижается почти на 30%. Снижение происходит из-за метеорной эрозии и деградации (изменений) в полупроводниковых структурах вследствие воздейс1 вия на них протонов и электронов от проникающих излучений космического пространства. Для защиты поверхности солнечных элементов от метеорной эрозии ее покрывают жидким кварцем ил микропленкой с добавкой церия.

Электрическая мощность, получаемая от солнечных батарее может быть от 1,0 до 10,0 кВт для спутников, стабилизированны вращением, и более 10,0 кВт для спутников со стабилизацией по трем осям с ориентированными на Солнце панелями солнечны батарей. Различие в величинах электрической мощности спутников разных систем стабилизации объясняется следующим.

Система стабилизации по трем осям стабилизирует спутник по всем трем координатам, поэтому солнечные элементы ycтaнaвливаются на плоских или почти плоских панелях, направленных на Солнце. Очевидно, что максимальное количество энергии, пол; чаемой двумя плоскими панелями солнечных элементов, прям пропорционально их площади S1 = 2 (А В), где А - ширина панели, В - ее длина.

Другой тип спутников - спутники со стабилизацией вращением с цилиндрической поверхностью площадью (где D - диа­метр, а Н - высота цилиндра), получает солнечную энергию про­порционально площади При стабилизации вращени­ем солнечные элементы, расположенные на поверхности вращаю­щегося цилиндра, эффективно освещаются Солнцем только в те­чение 1/я всего времени, и, при этом на них оказывают влияние пе­репады температуры (от - 180°С до + 60°С), поэтому мощность их снижается также в раз по сравнению с постоянно ориентирован­ными на Солнце батареями, имеющими такую же площадь. Следо­вательно, спутник трехосной стабилизации с солнечными элемен­тами на плоских панелях имеет более высокую энергетическую эффективность, чем спутник со стабилизацией вращением. Спутни­ки со стабилизацией по трем осям координат используются в каче­стве многофункциональных связных и, особенно, в качестве спут­ников непосредственного телевизионного вещания (НТВ), где тре­буется большая электрическая мощность.