Энергетические установки КА. Основные элементы, страница 3

Фотоэлементы и солнечные батареи не имеют физических ограничений по масштабному фактору, поэтому они пригодны для конструирования энергоустановок как очень малые (доли ватта), так и очень больших (гигаватты) мощностей. Ограничения накладываются экономическими, конструкторскими и технологическими возможностями создания энергоустановок больших мощностей.  На современных космических летательных аппаратах солнечные батареи и химические аккумуляторы как накопители энергии являются основными источниками электропитания.

Термоэлектрические генераторы больших мощностей нецелесообразны из-за чрезмерных масс и габаритных размеров, так как термоэлектрические полупроводниковые материалы обладают большой плотностью. Эти генераторы весьма чувствительны к ионизирующим излучениям и несовместимы с активной зоной ядерных и радиоизотопных реакторов. Такие генераторы целесообразны при уровнях мощностей до 10 кВт, а при использовании радиоизотопных источников тепла – до 2…3 кВт.

Термоэмиссионные генераторы, содержащие высокотемпературные электродные узлы, хорошо сочетаются с активной зоной ядерных реакторов и приемниками сконцентрированного солнечного излучения. Могут выполняться в виде модулей как малых, так и больших мощностей            , встроенных в активную зону ядерных реакторов, контактирующих с радиоизотопными капсулами или входящих в состав приемников лучистой энергии Солнца.

Электрохимические генераторы тока характеризуются высоким КПД, работают при низких и средних температурах, не имеют физических ограничений уровня вырабатываемой мощности, относительно надежны и экономичны. К недостаткам можно отнести сложность конструкции, высокую стоимость, большую удельную массу. Генераторы весьма перспективны, так как экономичны, надежны, и некоторые из них (например, водородно-кислородные) экологически чистые.

Перспективы развития

Дальнейшее развитие космической энергетики будет, безусловно, происходить как в направлении совершенствования уже существующих и разрабатываемых энергетических и двигательных установок, так и создания принципиально новых устройств для генерирования электрической энергии по сложной и длительной временной программе и использования новых принципов получения тяги. Оба эти направления теснейшим образом связаны с перспективами развития космических средств различного назначения и условиями решения поставленных перед ними задач.

Существует, конечно, и обратная зависимость: резкое повыше ние эффективности и возможностей космической энергетики позволит не только коренным образом повысить качество решаемых в космосе задач и существенно расширить их круг, но и открывает новые пути использования космического пространства в различных целях (например, передача энергии с космических объектов на Землю).

Особое значение, по-видимому, будет иметь и расширение маневренных свойств космических объектов. Современные космические станции в большинстве своем в этом смысле в значительной степени являются пассивными. Космические объекты будущего должны быть более активными, т. е. обладать способностями многократных переходов с одних орбит на другие, изменения плоскости орбит п т. д. Для этих целей должны создаваться и соответствующие двигательные установки, тяговые характеристики которых будут изменяться в широких пределах — от параметров современных мнкро-ЖРД до параметров лучших электрореактивных двигателем!. В рабочем процессе всех двигателей, входящих в состав двигатель! юн установки, будет широко использоваться как электрическая, так и тепловая энергия энергетической установки. Электроре-актпвчыс двигатели станут одним из основных потребителей электрической энергии на борту КА.

Одном из характерных особенностей энергопотребления перспективных КА является резко выраженная ее неравномерность. Последнее связано с определенной периодичностью работы отдельных энергоемких потребителей и, в первую очередь, ЭРД, различных средств специального назначения (например, передачи информации, изучения земной поверхности и поверхности других планет ит. д.).

В этом связи большое значение приобретают различные накопительные устройства (тепловые аккумуляторы, регенеративные топливные элементы и т. и), а также кратковременно работающие механические преобразователи химической энергии — электромеханические генераторы.