ЗПро Д Е Р Ж А М І Е
Введення ........................................ 3
1.Проблемивибору джерелелектричної
енергії ......................................... 4
2.Проблемипроектуванняліній електропередач .. 5
3.Проблемипроектуванняпреобразвателейі
розподільниківелектричноїенергії ........... 9
Списоклітератури .............................. 11
- 3 -
Введення
Перспективастворення вмайбутньому великоїкосмічної станціїбагато в чому залежитьвід її системиелектропостачання, якаістотновпливає на загальнумасу станції, надійність,управлінняі вартість.Великі розміри, безлічспоживачів,забезпеченняможливостіподальшого вдосконаленнякосмічноїстанції висуваютьвимоги, істотновідрізняютьсявід тих, якіпред'являлисядо іншихкосмічнимсистемаменергопостачання.Незважаючи нате, щотака системаможе мативеликі розміри,вона повинна бутиздатна добреадаптуватисядо постійномінливих навантажень;що робить їїбільше схожоюна автономнуназемну енергетичнуустановку,ніж на типовусистему електропостачаннякосмічногоапарату,яка має певний,незміннийсклад споживачів.
Проблемампроектуванняі створеннясистем електропостачаннядля великихкосмічнихстанцій присвячено чималонаукових статей,в якихрозглядаютьсяджерела електричноїенергії, лініїелектропередач,перетворювачі тарозподільникиелектороенергію.
- 4 -
1.Проблемивибору джерелелектричноїенергії.
Восновному, вЯк можливіджерел електричноїенергії рассматрівютнаступні [1]:
-фотоелектронніз електрохімічнимнакопиченням е
нергії;
-джерелапобудованіна динамічному перетвореннісонячноїенергії з термічнимнакопиченням енергії;
-атомні енергетичніустановки [2].
Дляфотоелекторнногоперетвореннясонячної енергіївикористовуютьсявеликі (8x8 см) Кремнієвіелементи, яківстановлюютьсяна гнучкірозгортаютьсяпанелі.
Длянакопиченняенергії застосовуютьпаливні елементи,нікель-кадмієвіі нікель-водневібатареї.
Паливніелементи нагромаджуютьнадлишкову електричнуеенергію, одержуванувід сонячнихбатерей, за допомогоюгенераціїкисню іводню впроцесі електролізуводи. Електроенергіяпотім можебути отримана зтеплової, якавиділяєтьсяпри з'єднаннінакопиченого киснюі водорода.Такойметод накопиченняелектричної енергіїзначногнучкий і паливніелементи значно легшебатарей, алемає низькуефективністьі надійність.
Нікель-кадмієвібатареї виготовляютьсяна основі добревідпрацьованоїтехнологиии.Вони вже давноуспішно використовуютьсяв космічнихапаратах, хочанизька глибина
- 5 - розрядупризводить дозначногозбільшенняїх маси.
Нікель-водневібатарей булиобрані для космічнихплатформ, такяк вони більшнадійні, ніж паливніеементи, і прицьому на 50% легше,ніж нікель-кадмієвібатареї. Вданийчас нікель-водневібатареї використовуютьсяна геостаціонарних орбітах.Але що на низькійорбіті, дебуде розташовуватися космічнастанція, вонибудуть випробовуватинабагато більше циклівзаряду-розрядув рік. Проведенівипробуванняпоказали, щочас роботинікель-водневихбатарей нанизькій навколоземнійорбіті складаєблизько п'ятироків.
Незважаючина те, щофотоелектронніджерела широковикористовуютьсяв космосі,сонячнідинамічні енергоустановкивиявилисябільш ефективнимиі менш дорогими.Принцип роботисонячнихдинамічнихустановок полягаєв наступному: Сонячніпромені фокусуються параболічнимвідбивачемна приймачі,який нагріває робочетіло, що приводитьв діюдвигун аботурбіну. Потіммеханічнаенергія перетворюєтьсягенераторомв електричну.Для накопиченнятермічноїенергії використовуєтьсясіль, якарасплавліваетсяв приймачі. Підчас затемненнясіль остигаєі віддає теплодля розширенняробочого тіла.Відбивачскладається звигнутих треуголнихпластин, із дзеркальноюповерхнею,встановлених наГексагональніконструкціїз'єднаних14-ти футовими штангамиз космічноюплатформою.
- 6 -
Ефективністьсонячноїдинамічної енергоустановкистановить20-30%; для порівняння, ефективністькремнієвихфотоелементівстановить14%. Ефективністьтермічногонакопичувачабільше 90%, аккоммуляторнихбатарей - 70-80%,паливнихелементів - 55%.Більш високаефективністьдозволяєзменшитиплоща збирачасонячноїенергії, щополегшуєрішення проблем динамікистанції. Меншалобовий опірособливо важливопри розміщенністанції нанизькій висоті- При тій же витратіпалива і натій самій орбітізбільшуєтьсячас життястанції.
Незважаючина те, що вданийчас сонячні динамічніенергоустановкище не використовуютьсяв космосі, вжесуществуюетпотужна технологічнабаза, розроблена длязастосуванняв наземних іаеровоздушнихумовах. В якостіробочого тілазастосовуютьтоліен (органічнийцикл Ранкиназ температуроюподачі в турбіну750F) або гелій-ксенон(Цикл Брайтоназ температуроюподачі в турбіну 1300F).Установки зорганічнимциклом Ранкинапотужністю віддекількохкіловат додекількохсотень кіловат використовуютьсяв наземнихумовах. Установкиз циклом Брайтонавикористовуютьсядля електропостачаннясистем управління газовихтурбін; багатоз них маютьтисячі годиннапрацювання. Впрограмі НАСА1960 р. була випробуванаустановка зробочим цикломБрайтона, якатестувалася50,000 годин. Ця ж установкапотім булауспішно випробуванау вакуумнійкамері.
- 7 -
2.Проблемипроектуванняліній електропередач.
Застосуванняатомних енергетичнихустановокпов'язано зібагатьма проблемами. Однак, вжеіснуєпроект ядерноїкосмічноїелектростанціїSP - 100, яка розробляєтьсядля забезпеченняенергієюпілотованої космічноїплатформи LEO[2]. Для зменшеннявпливуна астронавтіврадіації, SP -100 встановлюєтьсяна відстань1 - 5 км від платформи.Перевагацього методу полягаєв тому, що значнозменшуєтьсямаса захисноїоболонки реактора, А отжеі загальна маса системи.Однак, прицьому виникаєпроблема передачі енергіївід джереладо платформина відстаньвід 1 до 5 км.
ПіслятермоелектричногоперетворенняSP - 100 генеруєнапруга200 В постійногоструму. Це досить високенапруга,ніж необхіднедля більшості споживачівкосмічноїплатформи, аленедостатньовисоке длядопустимоїмаси сполучногокабелю. Длязменшення необхідноїмаси сполучногокабелю необхідно високовольтнеперетворення.У деякихроботах показано, щоможливо поєднатиSP - 100 з космічноїплатформоюза допомогоюкабелів зкоаксіальноїоболонкою,яка служить дляповної ізоляціїпровідникавід космічноїплазми. Цяоболонканеобхідна,так як поведінкакосмічної плазмисильно залежитьвід напруженостіелектричногополя
- 8 - поблизупровідника.ЕкспериментSPEAR показав щоможливо залишитивисоковольтнийкабель незахищеним,і це не призведедо розривупровідника,але напруженість електричногополя не повиннаперевищувати400 В/см. Напруженістьелектричногополя поблизукабелю, що зв'язуєSP - 100 з космічноїплатформою, Складатиме20 - 100 кВ/см.
Однак,при цьому з'являютьсянові проблеми: Коаксіальнаоболонка маєвелику площуповерхні,і, отже,буде піддаватисявпливуметеоритів. Крімтого поблизуядерного реакторарівень радіаціївисокий. Цевикликаєвиникненняв кабелі вихровихструмів, що призводитьдо нагріву кабелята зменшенняпровідності.
Впроцесіпроектуваннябула розроблена конструкція,дозволяєкомпактнорозміститив одній захисноїоболонці (метеоритнийбампер) кілька коаксіальнихвисоковольтнихкабелів. Длязбільшення захищеностікабелю і зменшенняйого маси,застосовується газовеохолодження.При застосуваннігазового охолодження водному метеоритномубампері розташовуєтьсячотири коаксіальнихкабелю, і цейбампер маєдіаметр в чотири разименший ніж,бампер з двомакоаксіальнимикабелями і з полімерноїізоляцією.
- 9 -
3.Проблемипроектуванняпреобразвателейі
розподільниківелектричноїенергії.
Системаелектропостачанняі підсистемирозподілу космічноїстанції, яквказувалосяраніше, повиннібути зручнимив експлуатації,добре пристосовуватисядо змінитипу і величининавантаження, імати можливість подальшогорозширення.Висока споживанапотужність станції- 75 кВт з можливимзбільшеннямдо 300 кВт - вимагаєбільш високогорозподільногонапруги,ніж 28...
