Привод солнечных батарей спутника

Привод для солнечных батарей

Главные рабочие элементы вышеперечисленных электростанций, это фотогальванические панели, концентраторы солнечной энергии или промышленные фокусные зеркала с парогенераторами. В любом случае, каким бы ни был основной рабочий элемент, его требуется перемещать для обеспечения оптимального угла падения солнечных лучей.

НПП «Сервомеханизмы» предлагает ознакомиться с информацией по новой линейке исполнительных механизмов линейного перемещения специально разработанных для позиционирования направляющих в фотоэлектрических панелях. Благодаря специально-разработанной конструкции, составу материалов и внутренним особенностям серии SEA, механизмы успешно применяются в установках с фотогальваническими панелями площадью от 50 до 300 м2.

Особо прочные механизмы электрические прямоходные (МЭП) серии SEA спроектированы и изготовлены для работы в жестких условиях окружающей среды. Применение специальных материалов и материалов, стойких к ультрафиолетовому излучению гарантирует долгий жизненный цикл электропривода и высокую надежность при бесперебойной работе в течение 10-25 лет.

Устройство механизма

Технические характеристики

TF — наконечник с отверстием

TS — наконечник со сферическим подшипником

Процесс сборки линейного актуатора для солнечных батарей

Корпус червячного редуктора	Монтаж червячного колеса	Установка червяка	Монтаж фланца и крышек

Модели актуаторов

Электромеханизм с резиновым гофром	Актуатор с энкодером	Установка привода на цапфах	Электропривод с сшитым гофром
Исполнение с монтажным фланцем и муфтой	Исполнение с монтажным фланцем без муфты	Электродвигатели: АС, DC, серводвигатели, шаговые	Установка промежуточного червячного редуктора

Применение исполнительных механизмов

Источник

Схемы раскрытия фотоэлектрических батарей. Классификация схем раскрытия фотоэлектрических батарей , страница 11

3.2.3 Тросовый механизм раскрытия солнечных батарей

Схема механизма развертывания панелей такого типа приведена на рис. 3.6. Это пример модификации моделей спутника L-SAT. Здесь сохранены основные принципы хранения зачекованной и сложенной панели вдоль борта спутника и развертывания панели путем растягивания полотна секций. Для изменения площади панели используется тросовый механизм. Предусмотрена возможность повторной зачековки сложенной панели. Работы по созданию перспективных развертываемых солнечных панелей предусматривают разработку упругих межсекционных шарниров, упрощающих управление раскрытием полотна, усовершенствование механизма натяжения с обеспечением возможности частичного складывания полотна, разработку пружинного контактного переключателя, позволяющего выключать из цепи кабельную сеть сложенных секций, а также другие модификации.

Рис. 3.5 Механизм развертывания панели:

1 – механизм натяжения; 2 – верхняя панель; 3 – штанга упругого привода; 4 – несущее полотно с фотоэлектрическими элементами (номинальные размеры 6,5ґ1,3 м); 5 – подъемные рычаги; 6 – основание; 7 – привод механизма раскрытия; 8 – обшивка КА

Рис. 3.6 Тросовый механизм раскрытия БФ переменной площади:

1, 2 – двигатели; 3 – пружины кручения; 4 – механизм сцепления; 5 – храповой механизм; 6 – рифовый трос; 7 – трос механизма перемещения верхней плоскости панели

3.2.4 Механизм раскрытия с торсионным валом

В данном механизме используется потенциальная энергия закрученного на определенный угол вала. На рис. 3.7 показана конструкция механизма с торсионным валом.

Данный механизм состоит из пары кронштейнов 1 и пары кронштейнов 5. Они попарно приварены к соседним панелям солнечной батареи. Торсионный вал 4 размещен по всей ширине панели и соединяет их между собой. Шлицами, выполненными на валу 4, он входит в зацепление с соответствующими кронштейнами (как показано на рис. 3.7). На одном конце вала 4 имеется головка, а на другом – резьба, и с помощью гайки 9 вал закрепляется в механизме. Для предотвращения откручивания она фиксируется специальной шайбой 11. Втулки 7 используются для уменьшения трения между валом и кронштейном, а также между самими кронштейнами. Для исключения проворачивания втулки в кронштейне на ней

Рис. 3.7 Механизм раскрытия БФ с торсионным валом:

1, 5 – кронштейн, 2 – ось, 3 – винт, 4 – торсионный вал, 6 – пружина, 7 – втулка, 8, 9 – гайка,, 10 – защелка, 11, 12 – шайба

выполнены шлицы. При сборке механизма втулка 7 устанавливается в кронштейн путем запрессовки. В качестве механизма фиксации панелей в развернутом положении используется специально выполненная защелка 10. Она насажена на ось 2, которая находится на кронштейне. На эту ось надета также пружина 6, прижимающая защелку к поверхности кронштейна. Пружина на оси фиксируется гайкой 8 с шайбой 12, а на шпонке – винтом 3.

Механизм собирается, когда панели БФ развернуты, поэтому при складывании панелей вал закручивается на определенный угол и возникает крутящий момент. При освобождении панели вал раскручивается под действием внутренних сил, вызванных закручиванием вала. Защелка 10 под действием пружины 6 прижимается к поверхности кронштейна 5 и скользит по ней до момента попадания в паз, который выполнен на кронштейне. Вал изготовлен из стали 60Г, кронштейны — из АМг6, втулки 7 — из бронзы.

3.2.5 Пружинный механизм раскрытия солнечной батареи

3.2.5.1 Механизмы раскрытия с пружиной кручения

На рис. 3.8 изображен механизм раскрытия БФ, в котором используется потенциальная энергия пружины кручения.

При срабатывании механизма зачековки под действием силы пружины 6, которая находится в предварительно закрученном состоянии, панель 2 начинает вращаться относительно панели 1 вокруг оси 5. Для уменьшения силы трения используют графитовые шайбы 7. Механизм раскрытия устанавливается на кронштейнах панелей БФ.

Источник

Солнечные батареи на космических кораблях — Solar panels on spacecraft

Космические аппараты, работающие во внутренней части Солнечной системы, обычно используют фотоэлектрические солнечные панели для получения электричества из солнечного света . За пределами орбиты Юпитера солнечное излучение слишком слабое, чтобы производить достаточную мощность в рамках нынешних солнечных технологий и ограничений массы космических аппаратов, поэтому вместо этого в качестве источника энергии используются радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГи).

СОДЕРЖАНИЕ

История

Первым космическим кораблем, в котором использовались солнечные батареи, был спутник Vanguard 1 , запущенный США в 1958 году. Это произошло во многом благодаря влиянию доктора Ханса Циглера , которого можно считать отцом солнечной энергии космических кораблей. Спутник питался от кремниевых солнечных элементов с эффективностью преобразования ≈10%.

Использует

Солнечные панели на космическом корабле обеспечивают питание для двух основных целей:

• Питание для запуска датчиков, активного нагрева, охлаждения и телеметрии.
• Электропитание для силовой установки космического корабля с электроприводом , иногда называемой электрической движительной установкой или солнечно-электрической движительной установкой.

Для обоих применений ключевым показателем качества солнечных панелей является удельная мощность (генерируемые ватты, деленные на массу солнечной батареи ), которая указывает на относительной основе, сколько мощности будет генерировать одна батарея при заданной стартовой массе по сравнению с другой. Другой ключевой показатель — это эффективность упаковки в сложенном состоянии (выработанная мощность в развернутом состоянии, разделенная на сложенный объем), которая показывает, насколько легко массив поместится в ракету-носитель. Еще один ключевой показатель — это стоимость (в долларах за ватт).

Для увеличения удельной мощности типичные солнечные панели на космических кораблях используют плотно упакованные прямоугольники солнечных элементов, которые покрывают почти 100% видимой для Солнца области солнечных панелей, а не круги солнечных пластин, которые, даже будучи плотно упакованными, покрывают около 90% видимой Солнцу площади типичных солнечных панелей на Земле. Однако некоторые солнечные панели на космических кораблях имеют солнечные элементы, которые покрывают только 30% видимой для Солнца области.

Выполнение

Солнечные панели должны иметь большую площадь поверхности, которая может быть направлена ​​к Солнцу при движении космического корабля. Более открытая поверхность означает, что больше электричества может быть преобразовано из световой энергии Солнца. Поскольку космический корабль должен быть небольшим, это ограничивает количество производимой энергии.

Все электрические цепи выделяют отходящее тепло ; Кроме того, солнечные батареи действуют как оптические и тепловые, а также как электрические коллекторы. От их поверхностей должно исходить тепло. Космические корабли большой мощности могут иметь солнечные батареи, которые конкурируют с самой активной полезной нагрузкой за рассеивание тепла. Самая внутренняя панель массивов может быть «пустой», чтобы уменьшить перекрытие видов в пространстве. К таким космическим аппаратам относятся спутники связи с более высокой мощностью (например, TDRS более позднего поколения ) и Venus Express , но не мощные, но более близкие к Солнцу.

Космический корабль построен так, что солнечные панели можно поворачивать во время движения космического корабля. Таким образом, они всегда могут оставаться на прямом пути световых лучей, независимо от того, как направлен космический корабль. Космические корабли обычно проектируются с солнечными панелями, которые всегда можно направить на Солнце, даже когда остальная часть космического корабля движется, так же, как турель танка может быть нацелена независимо от того, куда движется танк. Механизм слежения часто включается в солнечные батареи, чтобы держать их направленными к солнцу.

Иногда операторы спутников целенаправленно ориентируют солнечные панели «не в точку» или не в прямом направлении от Солнца. Это происходит, если батареи полностью заряжены и количество необходимой электроэнергии меньше, чем количество произведенной электроэнергии; смещение также иногда используется на Международной космической станции для уменьшения сопротивления орбиты .

Проблемы ионизирующего излучения и смягчение его последствий

Космос содержит различные уровни электромагнитного излучения, а также ионизирующего излучения. Есть 4 источника излучения: радиационные пояса Земли (также называемые поясами Ван Аллена), галактические космические лучи (ГКЛ), солнечный ветер и солнечные вспышки . Пояса Ван Аллена и солнечный ветер содержат в основном протоны и электроны, в то время как GCR — это в основном протоны очень высоких энергий, альфа-частицы и более тяжелые ионы. Солнечные панели со временем будут испытывать снижение эффективности в результате этих типов излучения, но скорость ухудшения будет сильно зависеть от технологии солнечных элементов и от местоположения космического корабля. С панельными покрытиями из боросиликатного стекла потеря эффективности может составлять от 5 до 10% в год. Другие стеклянные покрытия, такие как плавленый кварц и свинцовые стекла, могут снизить эту потерю эффективности до менее 1% в год. Скорость разложения зависит от спектра дифференциального потока и общей ионизирующей дозы.

Типы обычно используемых солнечных элементов

Вплоть до начала 1990-х годов в солнечных батареях, используемых в космосе, в основном использовались солнечные элементы из кристаллического кремния . С начала 1990-х годов солнечные элементы на основе арсенида галлия стали более предпочтительными по сравнению с кремнием, потому что они имеют более высокий КПД и разлагаются медленнее, чем кремний, в среде космического излучения. Самые эффективные солнечные элементы, производимые в настоящее время, — это многопереходные фотоэлектрические элементы . В них используется комбинация нескольких слоев фосфида индия-галлия, арсенида галлия и германия для получения большего количества энергии из солнечного спектра. Передовые многопереходные элементы способны превышать 39,2% при неконцентрированном освещении AM1,5G и 47,1% при концентрированном освещении AM1,5G.

Космические аппараты, использовавшие солнечную энергию

На сегодняшний день солнечная энергия, кроме двигательной, применима для космических аппаратов, работающих не дальше от Солнца, чем орбита Юпитера . Например, Juno , Magellan , Mars Global Surveyor и Mars Observer использовали солнечную энергию, как и орбитальный космический телескоп Хаббла . Rosetta космический зонд , запущенный 2 марта 2004, использовал свои 64 квадратных метров (690 кв.м) , солнечных панелей, насколько орбиты Юпитера (5,25 а.е. ); ранее самым дальним использованием был космический корабль » Звездная пыль» на высоте 2 астрономических единиц. Солнечная энергия для движения также использовалась в европейской лунной миссии SMART-1 с двигателем на эффекте Холла .

Миссия Juno , запущенная в 2011 году, является первой миссией к Юпитеру (прибыла к Юпитеру 4 июля 2016 года) с использованием солнечных батарей вместо традиционных РИТЭГов, которые использовались в предыдущих миссиях за пределами Солнечной системы, что делает его самым дальним космическим кораблем для использования. солнечные панели на сегодняшний день. Он имеет 72 квадратных метра (780 квадратных футов) панелей.

Еще один интересный космический аппарат — Dawn, который вышел на орбиту около 4 Весты в 2011 году. Он использовал ионные двигатели, чтобы добраться до Цереры .

Возможности космических аппаратов на солнечных батареях за пределами Юпитера были изучены.

Международная космическая станция также использует солнечные батареи для питания всего на станции. 262 400 солнечных элементов покрывают около 27 000 квадратных футов (2 500 м 2 ) пространства. Четыре комплекта солнечных батарей питают станцию, а четвертый комплект батарей был установлен в марте 2009 года. Эти солнечные батареи могут вырабатывать 240 киловатт электроэнергии. Это составляет 120 киловатт средней мощности системы, включая 50% времени нахождения МКС в тени Земли.

Будущее использование

Для будущих миссий желательно уменьшить массу солнечных батарей и увеличить мощность, вырабатываемую на единицу площади. Это уменьшит общую массу космического корабля и может сделать работу космических кораблей на солнечной энергии возможной на больших расстояниях от Солнца. Масса солнечной батареи может быть уменьшена с помощью тонкопленочных фотоэлементов, гибких подложек и композитных опорных структур. Эффективность солнечной батареи можно повысить за счет использования новых материалов фотоэлектрических элементов и солнечных концентраторов, которые усиливают падающий солнечный свет. Фотовольтаические солнечные батареи-концентраторы для основного питания космических кораблей — это устройства, которые усиливают солнечный свет на фотовольтаике. В этой конструкции используется плоская линза, называемая линзой Френеля , которая захватывает большую площадь солнечного света и концентрирует его на меньшем участке, позволяя использовать меньшую площадь солнечного элемента.

Солнечные концентраторы помещают по одной из этих линз на каждый солнечный элемент. Это фокусирует свет из большой области концентратора в меньшую область ячейки. Это позволяет уменьшить количество дорогих солнечных элементов за счет концентрации. Концентраторы работают лучше всего, когда есть единственный источник света и концентратор может быть направлен прямо на него. Это идеально подходит для космоса, где Солнце — единственный источник света. Солнечные элементы — самая дорогая часть солнечных батарей, а массивы часто — очень дорогая часть космического корабля. Эта технология может позволить значительно снизить затраты за счет использования меньшего количества материала.

Галерея

Авангард 1 , первый спутник на солнечной энергии

Источник