Введение к работе
{'"библиотека
Актуальность работы q 5" q ^ _ <о у
В настоящее время в космической технике возникают принципиально новые за-чи, связанные с увеличением времени активной эксплуатации космических аппа-тов (КА), с энергообеспечением КА при межпланетных перелетах и полетах КА по битам, лежащим в пределах радиационных поясов Земли или пересекающие их. о потребовало новых исследований и разработок в области солнечных батарей Б), обеспечивающих надежность, долговечность и радиационную стойкость фото-еобразователей (ФП).
Концепция применения концентраторных систем для СБ КА предлагает наряду с іеньшением стоимости космических СБ, благодаря снижению потребной площади П, пропорционально степени концентрации солнечного излучения, также защиту П от радиации непосредственно элементами конструкции концентрирующей сис-мы. При использовании концентраторов снижается стоимость космических про-амм в целом (уменьшается потребное количество запусков ракет-носителей, кото-іе доставляют на орбиту СБ для замены СБ в составе КА).
Цель работы Цель настоящей работы - исследования, направленные на нахождение путей уве-чения надежности и ресурса солнечных энергетических установок на базе СБ с ітопреобразованием солнечного излучения. Для достижения поставленной цели шались следующие задачи:
в 1987 г. в НИИТП (отделение 6) (с 1991 г. НПО «Гранат»)) была предложена оригинальная конструкция СБ с концентраторами солнечного излучения; исследовалась принципиальная возможность применимости данной схемы для использования ее в СБ КА;
разработана обобщенная математическая модель, описывающая фотоэлектрическую ячейку (ФЭЯ), и позволяющая оптимизировать параметры ФЭЯ в зависимости от выбранного материала фотопреобразователей (ФП), параметров орбиты (радиационная обстановка на орбите, режимы термоциклирования) и разработано необходимое программное обеспечение;
создана программа наземной экспериментальной отработки элементов конструкции таких СБ и СБ в целом;
исследовались возможности применения ФП различных типов в данных СБ (основное внимание уделялось ФП на основе арсенида галлия и кремния); в 1994 году были проведены летные испытания двух экспериментальных панелей в составе искусственного спутника Земли «АУОС-СМ-КИ» (Автоматическая Орбитальная Станция - Солнечный Модуль), разработки КБ «Южное» (г.Днепропетровск), запущенного в рамках международной программы «Коронас-И»;
еле проведения первого запуска перёд НПО «Гранат» заказчиком была сформули-вана задача на подготовку второго летно-космического эксперимента.
Научная новизна работы Научная новизна данной работы заключается в теоретической и эксперименталь-й отработке концентраторных СБ данной конструкции, что подразумевает: Проведены необходимые наземные эксперименты по определению облика и выходных характеристик концентраторных СБ данной конструкции. Показано, что в СБ данной конструкции могут применяться как ФП на основе
ш^шіда іаллия, так и широко использующиеся и оолее доступные Ф11 на оснс кремния.
-
Создан математический аппарат, позволяющий получать необходимые парамі ры СБ и оптимизировать конструкцию этих СБ для применения их в качестве і точника энергопитания КА на различных орбитах.
-
Показана возможность применения СБ данной конструкции в качестве источто энергии для КА.
-
Показано преимущество применения СБ данной конструкции по сравнении: обычными ПСБ и известными видами концентраторных СБ.
Практическая значимость работы Практическая значимость данной работы заключается в создании теоретическ и экспериментальных предпосылок для внедрения концентраторных СБ данной кс струкции практическое использование, а в перспективе - полной замены ныне і пользующ сея ПСБ на концентраторные СБ данной конструкции. Это позволит у) личить рее рс солнечных энергетических установок космических аппаратов и сі зить стоим ль СБ, а также позволит снизить стоимость космических програм\ целом, из-; отсутствия необходимости частой замены СБ, что *подразумев; уменьшение необходимого для программы количества пусков ракет-носителей Земли для ді ставки СБ для замены их в составе КА.
Лнч ый вклад автора
-
Основывг сь на результатах первых летных испытаний, автор принял учаспи модерниз; щи концентраторных СБ для первых летных испытаний.
-
Разработа а обобщенная математическая модель СБ, которая позволяет onpej лять ее ос ювные параметры. Данная математическая модель позволяет oiithn зировать : фаметры ФЭЯ в составе СБ в зависимости от выбранного матерш ФП, napat ;тров орбиты (радиационная обстановка на орбите, режимы термощ лированю . Разработано необходимое программное обеспечение.
-
Определи >і методики экспериментальных исследований концентраторных і данной кс струкции (исследованы возможности применения ФП на основе кре ния в СБ анной конструкции и исследованы их параметры, исследованы харі теристикі используемых концентраторов, исследованы характеристики ФЭЛ ФП на О' юве кремния, исследованы характеристики СБ для вторых летных і пытаний Предложены конструктивные решения по некоторым установкам ст< довой б ы для реализации этих методик (модернизирована конструкция эка римент; ьной установки для возможности исследования зависимостей парамі ров ФП га основе кремния и ФЭЯ от воздействия температурного фактора).
-
На йен вании результатов математической модели и экспериментальных исс. доваш і предложены конструктивные решения по доработке ФЭЯ:
испол1 ювать ФП площадью, превышающей размеры фокального пятна конці тратора;
на нижней поверхности радиатора образовать теплоизлучающие ребра путем ) сложных технологических операций.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Математическая модель ФЭЯ в составе СБ.
-
Возможности применения в СБ данной конструкции ФП на основе кремния.
-
Методики экспериментальных исследований концентраторных СБ данной кон рукции и результаты экспериментов, (параметры ФП на основе кремния, хар
герметики используемых концентраторов, характеристики ФЭЯ с ФП на основе кремния, характеристики СБ для вторых летных испытаний в целом). Предложения по модернизации конструкции СБ с концентраторами, а именно: использование ФП площадью большей площади фокального концентратора и организация теплоизлучающих ребер на нижней поверхности концентратора.
Апробация работы и публикации Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXXII ^чных чтениях, посвященных разработке творческого наследия К.Э.Циолковского луга, 16-19 сентября 1997 г.) и на 14 международной научно-технической конфе-ции «Неразрушающий контроль и диагностика» (Москва, 23-26 июня 1996 г.). ювной материал и результаты диссертационной работы изложены в 2 печатных отах и научно-техническом отчете НПО «Гранат».
Структура диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 137 страниц динописного текста, включающих 50 рисунков, 6 таблиц, а также список литера-ы из 74 библиографических названий.