Анализ конструкций солнечных батарей космических аппаратов
Автор: З.А. Казанцев, А.М. Ерошенко, Л.А. Бабкина, А.В. Лопатин
Журнал: Космические аппараты и технологии.
Рубрика: Ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 3, 2021 года.
Бесплатный доступ
Солнечные батареи снабжают электроэнергией аппаратуру космических аппаратов, а также обеспечивают зарядку электрохимических аккумуляторов, используемых на теневых участках орбиты. Основой солнечной батареи являются фотоэлектрические преобразователи световой энергии солнечного излучения. Принцип их действия основан на явлении фотоэлектрического эффекта. В статье представлен обзор развития солнечных батарей и выполнена классификация современных конструкций солнечных батарей космических аппаратов. В обзоре рассмотрены стационарные и раскрывающиеся солнечные батареи, использовавшиеся как в составе первых космических аппаратов, так и используемые на современных космических станциях. Классификация конструкций солнечных батарей выполнена с учетом их характерных признаков. Этими признаками являются жесткость несущей конструкции, способ размещения в стартовом положении и способ ориентации на источник света. В рамках классификации были рассмотрены солнечные батареи из жестких панелей, солнечные панели с гибкой подложкой, надувные солнечные батареи, самораскрывающиеся солнечные батареи и солнечные панели с концентраторами. В каждой группе конструкций этой классификации представлены соответствующие примеры солнечных батарей. Представленные обзор и классификация позволяют отследить тенденции развития конструкций солнечных батарей космических аппаратов.
Солнечная батарея, космический аппарат, механическое устройство
Короткий адрес: https://sciup.org/14119643
IDR: 14119643 | УДК: 629.7.064.56 | DOI: 10.26732/j.st.2021.3.01
Analysis of design of spacecraft solar arrays
Solar arrays supply electrical power to spacecraft equipment and also provide charging of electrochemical batteries used in the shadow sections of the orbit. Photovoltaic converters of light energy of solar radiation form the basis of the solar battery. Their principle of operation is based on the phenomenon of the photoelectric effect. The article provides an overview of the development of solar cells and the classification of modern designs of solar cells for spacecraft. The review considers stationary and deployable solar batteries used both on the first spacecraft and on space stations. The classification of solar cell designs is made taking into account their characteristic features. These features are the rigidity of the supporting structure, the method of placement in the starting position and the method of orientation towards the light source. The classification covered rigid panel solar arrays, flexible substrate solar panels, inflatable solar arrays, self-expanding solar arrays, and solar concentrator panels. In each design group of this classification, corresponding examples of solar cells are presented. The presented review and classification makes it possible to track trends in the development of solar array designs for spacecraft.
Список литературы Анализ конструкций солнечных батарей космических аппаратов
- Ванке В. А. Космические энергосистемы. М. : Машиностроение, 1990. 144 с.
- Скребушевский Б. С. Космические энергетические установки с преобразованием солнечной энергии. М. : Машиностроение, 1992. 224 с.
- Гущин В. Н. Основы устройства космического аппарата : учебник для студентов втузов. М. : Машиностроение, 2003. 272 с.
- Алферов Ж. И., Андреев В. М., Румянцев В. Д. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики. Физика и техника полупроводников. 2004. Т. 38. Вып. 8. С. 937–948.
- Rauschenbach H. S. Solar cell array design handbook. 1976. 578 p.
- Раушенбах Г. Справочник по проектированию солнечных батарей : пер. с англ. М. : Энергоатомиздат, 1983. 360 с.
- Jones A. P., Spence B. R. Spacecraft solar array technology trends. IEEE. 1998. pp. 1–13.
- Белан Н. В., Безручко К. В, Елисеев В. Б., Ковалевский В. В., Летин В. А., Постаногов В. П., Федоровский А. Н. Бортовые энергосистемы космических аппаратов на основе солнечных и химических батарей. Ч.1 : учеб. пособие. Харьков : Харьк. авиац. ин-т, 1992. 191 с.
- Fiore J., Kramer R., Larkin P., Grebenstein E. Mechanical design and verification of the TOPEX/Poseidon deployable solar array. AIAA. 1994. pp. 125–135.
- Garner J. C. Clementine gallium arsenide/germanium solar array // Journal of propulsion and power. 1996. vol. 12. no. 5. pp. 847–851.
- Fiebrich H., Haines J. E., Tonicello F. Power system design of the Rosetta Spacecraft // 2nd International Energy Conversion Engineering Conference. Providence, Rhode Island. 2004. pp. 1–7.
- Cadogan D. P., Lin J. K. Inflatable solar array // 37th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno, NV. 1999. pp. 1–9.
- Hausgen P. E. AFRL thin film solar cell development and upcoming flight experiments // 2nd International Energy Conversion Engineering Conference. Providence, Rhode Island. 2004. pp. 1–7.
- Piszczor M. F. Thin film photovoltaic blanket & array technology development within NASA // 1st International Energy Conversion Engineering Conference. Portsmouth, Virginia. 2003. pp. 1–10.
- Jones P. A., White S. F., Harvey J., Smith B. S. A high specific power solar array for low to mid-power spacecraft. 1994. pp. 1–12.
- Redell F. H., Lichodziejewski D. Power-scalable inflation-deployed solar arrays // 45th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics & Materials Conference. Palm Springs, California. 2004. pp. 1–8.
- Peypoudat V., Defoort B., Lacour D., Brassier P. Development of a 3.2 m-long inflatable and rigidizable solar array breadboard // 46th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics & Materials Conference. Austin, Texas. 2005. pp. 1–8.
- Stubstad J. M., Lehman D., Stella P. M., Garza R., Murphy D. M, Allen D. M. SCARLET and Deep Space 1: successfully validating advanced solar array technology // 37th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno, NV. 1999. pp. 1–11.
- Stella P. M., Nieraeth D. G., Murphy D. M., Eskenazi M. I., Stubstad J., Highway J. D. Validation of the SCARLET advanced array on DS1 // Intersociety Energy Conversion Engineering Conference. 1999. pp. 1–9.
- O'Neill M. J., McDanal A. J., Brandhorst H. W., Piszczor M. F., George P. J., Edwards D. L., Eskenazi M. I., Botke M. M., Jaster P. A. The stretched lens array (SLA): a low-risk, cost-ffective concentrator array offering winglevel performance of 180 w/kg and 300 w/M2 at 300 VDC // 37th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference. Washington DC. 2002. pp. 1–6.
- Piszczor M. F., O’Neill M. J., Eskenazi M. I., Brandhorst H. W. The stretched lens array SquareRigger (SLASR) for space power // 4th International Energy Conversion Engineering Conference and Exhibit (IECEC). San Diego, California. 2006. pp. 1–8.
- Allen D. M. A survey of next generation solar arrays (for spacecraft electric power) // 35th AIAA, Aerospace Sciences Meeting & Exhibit. Reno, NV. 1997. pp. 1–15.
- O’Neill M., Howell J., Lollar L., Carrington C., Suzuki N., Piszczor M., Hoppe D., Eskenazi M., Aiken D., Fulton M., Brandhorst H., Schuller M., McDanal A. J. Stretched lens array squarerigger (SLASR): a unique high-power solar array for exploration missions // AIAA. 2005. pp. 1–11.
