Энергобалансный расчет системы электроснабжения космического аппарата, страница 2

На рис. 1.2 приведены примеры сезонного изменения длительности тени для различных орбит.

Рис. 1.2 – Примеры сезонного изменения продолжительности тени для различных орбит. 1- низкая приполярная орбита; 2 – сильноэллиптичекая с умеренным наклонением; 3- геостационарная орбита (ГСО).

Как видно из рисунка, при неизменном периоде обращения, длительность теневого участка может в течении года может существенна изменяться. Длительность тени практически неизмена лишь для низких экваториальных (т.е. близких к плоскости экватора) орбит. В то же времени для определения требуемых параметров СЭС – установленной мощности БФ и установленной емкости БХ необходимо оперировать конкретной величиной продолжительности тени.

Для проектировщика СЭС очень важно правильно выбрать параметры расчетного витка. Простое, на первый взгляд, решение – выбирать в качестве расчетного виток с наибольшей длительностью тени не всегда является технически грамотным. В самом деле, как видно из рисунка 1.2, например, на ГСО космический аппарат большую часть времени находится на Солнце, не заходя в тень Земли, и лишь два раза в год во время осеннего и весеннего солнцестояния, когда плоскость орбиты КА примерно совпадает с плоскостью эклиптики (плоскость в которой находится орбита Земли) – аппарат один раз в сутки заходит в тень Земли на 50-70 минут. Эти сезоны длятся примерно 3 недели. Как показывают экономические расчеты -поднимать на геостационарную орбиту тяжелую химическую батарею (в современных КА масса СЭС составляет от 15 до 20 % массы КА, в том числе 30 – 50 % массы СЭС приходится на БХ) – является заведомо проигрышным вариантом против того, чтобы два раза в год в течение двух-трех недель один раз в сутки ограничивать на 50-70 минут потребности нагрузки. Схожая картина и с приполярными орбитами. Но опять же необходимо учитывать и функциональное назначение КА – насколько допустимо такое ограничение.

Поэтому выбор расчетного витка, который бы являлся компромиссным вариантом между необходимостью ограничивать потребности нагрузки и необходимостью увеличиать массу БХ – процесс творческий. Можно лишь рекомендовать для низких круговых экваториальных орбит и орбит с умеренным наклонением выбирать в качестве расчетного виток с наибольшей длительностью тени. Для приполярных орбит и для высоких орбит (в том числе и ГСО) в качестве расчетного выбирать виток с длительностью тени в 50-70% от максимальной.

1.4. Сведения о первичном источнике энергии для энергоустановки КА

В качестве первичного источника энергии могут использоваться: - Солнце, ядерный реактор, радиоизотопная капсула,  химическое горючее и т.п. Выбор того или иного первичного источника обуславливает свои особенности расчета. Здесь и далее будем подробно рассматривать в качестве первичной – энергию солнечного излучения.

Вместе с типом источника энергии необходимо знать его основные характеристики. Для солнечного излучения – это, прежде всего, энергетическая плотность потока на  орбите Земли - Е_с. В большинстве расчетов можно принимать Е_с=1360 Вт/м².

1.5. Тип первичного преобразователя энергии

В качестве первичного преобразователя энергии могут использоваться: - батареи фотоэлектрических преобразователей (ФП), термоэлектрических преобразователей (ТЭЛП), термоэмиссионных преобразователей (ТЭП), топливных элементов (электрохимический генератор – ЭХГ).  Выбор того или иного первичного преобразователя также обуславливает свои особенности расчета. Здесь будем подробно рассматривать наиболее распространенные в современной космонавтике преобразователи, которые обеспечивают более 99% суммарной энергетической потребности всех современных КА – фотоэлектрические преобразователи (солнечные батареи, солнечные элементы).

Вместе с типом первичного преобразователя, необходимо знать его основные характеристические параметры. Прежде всего это:

- КПД преобразования;