Выращивание полупроводниковых структур для высокоэффективных солнечных батарей в открытом космосе
Автор: В.В. Блинов, В.М. Владимиров, Н.А. Кушнарев, А.И. Никифоров, Д.Б. Придачин, Д.О. Пчеляков, О.П. Пчеляков, В.А. Скороделов, Л.В. Соколов
Журнал: Космические аппараты и технологии.
Рубрика: Новые материалы и технологии в космической технике
Статья в выпуске: 1, 2020 года.
Бесплатный доступ
Практическая космическая деятельность страны в околоземном пространстве и в дальнем космосе развивается уже в течение более пятидесяти лет. За это время было решено много новых научно-технических задач, разработаны и освоены новейшие технологии. Настоящая статья посвящена описанию предпосылок к проведению эксперимента по выращиванию полупроводниковых структур для высокоэффективных солнечных батарей в условиях орбитального полета международной космической станции. Показаны преимущества проведения технологического процесса в глубоком вакууме, образующемся в результате проявления эффекта молекулярного экрана, для получения новых тонкопленочных материалов с уникальными свойствами. Описан наземный имитатор космического модуля и действующий макет молекулярного экрана. Обсуждаются особенности эскизного проекта универсальной автоматизированной установки молекулярно-лучевой эпитаксии в космосе. Приводится обоснование экономической эффективности космической технологии, основанное на отсутствии необходимости применения дорогостоящих сверхвысоковакуумных средств откачки, криогенной техники и вакуумных объемов, содержащих большое количество нержавеющей стали. Проанализирован опыт трех орбитальных полетов американских космических кораблей «Шаттл», подтверждающий экономическую обоснованность проектов, связанных с получением полупроводниковых гетероструктур в условиях космического полета.
Космическое материаловедение, молекулярно-лучевая эпитаксия, молекулярный экран, орбитальный полет, сверхвысокий вакуум
Короткий адрес: https://sciup.org/14115939
IDR: 14115939 | УДК: 54.07 | DOI: 10.26732/j.st.2020.1.06
Growing semiconductor structures for high-performance solar cells in open space
Practical space activities of the country in near-Earth space and in deep space have been developing for more than fifty years. During this time, many new scientific and technical problems were solved, the latest technologies were developed and mastered. This article describes the prerequisites for conducting an experiment on growing semiconductor structures for highly efficient solar cells in the conditions of orbital flight of an international space station. The advantages of carrying out the process in a deep vacuum formed as a result of the manifestation of the molecular screen effect are shown to obtain new thin-film materials with unique properties. A ground-based simulator of a space module and a working molecular screen prototype are described. The features of the preliminary design of a universal automated installation of molecular beam epitaxy in space are discussed. The rationale for the economic efficiency of space technology based on the absence of the need for expensive ultrahigh vacuum pumping facilities, cryogenic equipment and vacuum volumes containing a large amount of stainless steel is given. The experience of three orbital flights of the American Shuttle spacecraft is analyzed, confirming the economic feasibility of projects related to the production of semiconductor heterostructures in space flight conditions.
Список литературы Выращивание полупроводниковых структур для высокоэффективных солнечных батарей в открытом космосе
- Андреев В. М. Концентраторная солнечная фотоэнергетика // Альтернативная энергетика и экология. 2012. Т. 5-6. С. 40-44.
- Alferov Zh. I., Andreev V. M., Rumyantsev V. D. III-V Heterostructures in Photovoltaics. Concentrator Photovoltaic, Berlin Heidelberg, Springer-Verlag, 2007, pp. 25-50.
- 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.
- Pchelyakov O. P., Sokolov L. V., Nikiforov A. I., Berzhaty V. I., Zvorykin L. L., Ivanov A. I., Nikitsky V. P., Antropov V. Yu., Biriukov V. M., Markov E. V., Djakov Yu. N. Epitaxy of compound semiconductor from molecular beams in space vacuum behind molecular shield. // Proc. of Joint X Europ. and VI Russian symp. on Phys. Sci. in Microgravity, 1997, vol. II, pp. 144-149.
- Pchelyakov O. P., Blinov V. V., Nikiforov A. I., Sokolov L. V., Zvorykin L. L., Ivanov A. I., Teslenko V. V., Churilo I. V., Zagrebel’nyi A. A. Semiconductor Vacuum Technologies in Space: Hystory, State and Prospects. Poverhnost’(Rus), 2004, vol. 6, pp. 69-76.
- Pridachin D., Pchelyakov O., Nikiforov A., Sokolov L., Preobrazhenskii V., Blinov V. Some design and applying aspects of Molecular Beam Epitaxy (MBE) machine Main Units in Ultra-Vacuum of Space. Proc. of European Planetary Science Congress, Riga, Latvia, 2017.
- Kostoff R. N. Stimulating Innovation. International Handbook of Innovation, Elsevier Social and Behavioral Sciences, Oxford, UK, 2003, pp. 388-400.
- Ignatiev A. The wake shield facility and space-based thin film science and technology // Earth Space Revew, 1995, vol. 2, no. 2, pp. 10–17.
- Ignatiev A., Freundlich A., Pchelyakov O., Nikiforov A., Sokolov L., Pridachin D., Blinov V. Molecular Beam Epitaxy in the Ultravacuum of Space: Present and Near Future // From Research to Mass Production, 2018, pp. 741–749. doi: 10.1016/B978-0-12-812136-8.00035-9
- Заключение на техническое предложение НПО «Молния» на «Многоцелевой авиационно-космической системе (МАКС)» по теме «Системные исследования и комплексное обоснование технического облика, характеристик и областей рационального использования перспективных многоразовых космических транспортных систем» / НИР «Орел». ЦАГИ, ЦНИИмаш, 1998.
- Parkinson R. C. Multi-purpose aerospace system. Report in ESA, ESTEC and BNSC, British Aerospace, 1992.
- Kramer P. The Russian/Ukrainian Multi Role Space Transport System. DARA – Diskussionskreis, Transportsystem, Bonn, 1994.
- Использование научно-технического задела по ОК «Буран» в части оценки эффективности применения самолетатранспортировщика ОК «Буран» для сверхтяжелых авиационных перевозок и для задач космической транспортной системы / НИР «Эффективность». Научно-технический отчет. М. : Российская Инженерная Академия, 1999.
- Lozino-Lozinsky G., Skorodelov V., Shkadov L., Plokhikh V. Reasons for decisions made on the MAKS project / 49th International astronautical congress, Melbourne, Australia, 1998.
- Скороделов В. А., Пчеляков О. П. Фундаментальная наука открывает путь к промышленному освоению космоса // Интеграл. 2009. № 3. С. 4-7.
