Kosmik quyosh panellari. Osmonda, suvda va kosmosda quyosh panellari

1945 yilda AQSh armiyasida radioaloqa qurilmalaridan foydalanish haqida razvedka ma'lumotlari olindi. Bu haqda I.V. Sovet armiyasini radioaloqa bilan jihozlash to'g'risida darhol farmon chiqarishni tashkil etgan Stalin. Elementar elektro-galvanik instituti yaratildi, keyinchalik "Kvant" deb nomlandi. Qisqa vaqt ichida institut jamoasi radioaloqa uchun zarur bo‘lgan keng ko‘lamli tok manbalarini yaratishga muvaffaq bo‘ldi.

Nikolay Stepanovich Lidorenko 1950 yildan 1984 yilgacha "Kvant" ilmiy-ishlab chiqarish korxonasini (SPE) boshqargan.

1950 yildan beri institut "Berkut" loyihasi uchun energiya ishlab chiqaruvchi tizimlarni yaratmoqda. Loyihaning mohiyati zenit-raketalardan foydalangan holda Moskva uchun raketaga qarshi mudofaa tizimini yaratish edi. N.S. Lidorenko Vazirlar Kengashi huzuridagi Uchinchi Bosh Boshqarmaga chaqirilib, undan o'sha paytda sir bo'lgan ushbu mavzu bo'yicha ishlarga rahbarlik qilish taklif qilindi. Parvoz paytida zenit quroli va raketaning o'zini elektr energiyasi bilan ta'minlash tizimini yaratish kerak edi. Raketada an'anaviy kislota elektrolitlari asosida ishlab chiqaruvchi qurilmalardan foydalanish mumkin emas edi. N.S. Lidorenko tuz (suv o'z ichiga olmaydi) elektrolitlar bilan oqim manbalarini ishlab chiqish vazifasini qo'ydi. Elektrolit sifatida tuz quruq shaklda qadoqlangan. Raketa uchirilganda, batareya ichidagi squib kerakli vaqtda ishga tushirildi, issiqlik tuzni eritdi va shundan keyingina elektr toki paydo bo'ldi. Ushbu tamoyil S-25 tizimida ishlatilgan.

1950 yilda N.S. Lidorenko bilan R-2 raketasida ishlagan Sergey Pavlovich Korolev aloqaga chiqdi. Ko'p bosqichli raketaning parvozi murakkab texnologik jarayonga aylandi. N.S boshchiligidagi jamoa. Lidorenkoning so'zlariga ko'ra, avtonom elektr ta'minoti tizimlari R-2 raketasi va keyinchalik keyingi avlod R-5 raketasi uchun yaratilgan. Yuqori quvvatli quvvat manbalari kerak edi: nafaqat raketaning elektr zanjirlarini, balki yadro zaryadlarini ham quvvat bilan ta'minlash kerak edi. Ushbu maqsadlar uchun termal batareyalardan foydalanish kerak edi.

1955 yil sentyabr oyida K-3 Leninskiy komsomol atom suv osti kemasi qurilishi boshlandi. Bu 1955 yil yanvar oyida Amerikaning "Nautilus" atom suv osti kemasining ishga tushirilishiga majburiy javob edi. Batareyalar eng zaif havolalardan biri bo'lib chiqdi. Hozirgi N.S.ning manbalari sifatida. Lidorenko kumush va sink asosidagi elementlardan foydalanishni taklif qildi. Batareyaning energiya sig'imi 5 baravar oshirildi, shuning uchun qurilmalar taxminan 40 000 amper / soat, nurda 1 million joulni etkazib berishga qodir edi. Ikki yil o'tgach, Leninskiy komsomoli jangovar navbatchilikka o'tdi. N.S. rahbarligida yaratilganlarning ishonchliligi va samaradorligi ko'rsatildi. Lidorenko akkumulyatori qurilmalari amerikalik hamkasbiga qaraganda 3 baravar kuchliroq bo'lib chiqdi.

N.S.ning keyingi bosqichi. Lidorenko torpedalar uchun elektr batareyalarni ishlab chiqardi. Qiyinchilik kichik hajmli mustaqil quvvat manbalariga bo'lgan ehtiyoj edi, ammo u muvaffaqiyatli bartaraf etildi.

Mashhur Korolev "etti" - R-7 raketasini yaratish bo'yicha ishlar alohida o'rin tutadi. Raketalar bo'yicha keng ko'lamli ishlarni amalga oshirishning boshlang'ich nuqtasi SSSR Vazirlar Kengashining 1946 yil 13 mayda I.V. tomonidan imzolangan qarori edi. Stalin. Hozirgi kunda ayrim jurnalistlar mamlakatimiz rahbariyatining kosmik loyihalarga qaratayotgan e’tiborini, birinchi navbatda, harbiy manfaatlar bilan izohlashga moyillik bilan harakat qilmoqda. Bu haqiqatdan uzoqdir, buni o'sha davrdagi mavjud hujjatli materiallar tasdiqlaydi. Garchi, albatta, istisnolar bor edi. Shunday qilib, N.S. Xrushchev S.P.ning eslatmalarini bir necha marta ishonchsizlik bilan o'qidi. Korolev, ammo KGB raisi Amerika Red Stone raketasining muvaffaqiyatsiz uchirilishi haqida xabar berganidan keyingina muammoni jiddiy qabul qilishga majbur bo'ldi. Amerika mashinasi apelsin o'lchamidagi sun'iy yo'ldoshni orbitaga olib chiqishga qodir. Ammo Korolevning o'zi uchun R-7 raketasi kosmosga ucha olishi muhimroq edi.

1957-yil 4-oktabrda Jahonda birinchi muvaffaqiyatli uchirildi sun'iy yo'ldosh Yer. Sun'iy yo'ldoshning avtonom elektr ta'minoti tizimini N.S. Lidorenko.

Ikkinchi Sovet sun'iy yo'ldoshi bortida Laika iti bilan uchirildi. N.S. rahbarligida yaratilgan tizimlar. Lidorenko sun'iy yo'ldoshda hayotiy funktsiyalarni turli maqsadlar va dizayndagi turli xil oqim manbalari bilan ta'minladi.

Bu davrda N.S. Lidorenko o'sha paytda yangi, cheksiz quvvat manbai - Quyosh nuridan foydalanish imkoniyatini tushundi. Quyosh energiyasi kremniy yarimo'tkazgichlar asosidagi fotoelementlar yordamida elektr energiyasiga aylantirildi. O'sha paytda fizika bo'yicha fundamental ishlar tsikli yakunlandi va tushayotgan quyosh foton nurlanishini aylantirish printsipi asosida ishlaydigan fotoelementlar (fotokonvertorlar) kashf qilindi.

Bu manba - quyosh panellari- Erning uchinchi sovet sun'iy yo'ldoshi - avtomatik orbital uchun asosiy va deyarli cheksiz energiya manbai edi. ilmiy laboratoriya, og'irligi bir yarim tonnaga yaqin.

Insonning koinotga birinchi parvoziga tayyorgarlik boshlandi. Uyqusiz tunlar, uzoq soatlar mashaqqatli mehnat... Mana bu kun ham keldi. Eslaydi N.S. Lidorenko: "Gagarinning ishga tushirilishidan bir kun oldin, Bosh dizaynerlar kengashida, ular jim Men siyishni rozilik belgisi sifatida qabul qilaman, Korolev belgilari va biz hammamiz o'n ikkita imzo qo'yamiz va Gagarin uchib ketadi ... "

Gagarinning parvozidan bir oy oldin - 1961 yil 4 mart - tarixda birinchi marta strategik raketaning jangovar kallagi tutib olindi. Prinsipial jihatdan yangi turdagi uskunalar - V-1000 raketaga qarshi raketa uchun quvvat manbai Kvant uyushmasi tomonidan yaratilgan batareya edi.

1961 yilda 20 dan 50 tagacha batareyani o'z ichiga olgan yirik bloklardan murakkab yagona energiya tizimlariga ega Zenit sinfidagi kosmik kemalarni yaratish bo'yicha ishlar ham boshlandi.

1961-yil 12-apreldagi voqeaga javoban AQSh prezidenti Jon Kennedi shunday dedi: "Bu oʻn yillikni ruslar ochdi. Biz uni yopamiz". U Oyga odam yuborish niyatini bildirdi.

Qo'shma Shtatlar kosmosga qurol joylashtirish haqida jiddiy o'ylay boshladi. 60-yillarning boshlarida amerikalik harbiylar va siyosatchilar Oyni harbiylashtirish rejalarini tuzdilar - bu qo'mondonlik punkti va harbiy raketa bazasi uchun ideal joy. AQSh Harbiy-havo kuchlari qo'mondoni Stenli Gardnerning so'zlaridan: “Yigirma yoki o'ttiz yil ichida Oy o'zining iqtisodiy, texnik va harbiy ahamiyatiga ko'ra bizning ko'z o'ngimizda Yerdagi ba'zi muhim hududlardan kam bo'lmagan qiymatga ega bo'ladi. asosiy harbiy to'qnashuvlar kimning egaligi uchun sodir bo'ldi.

Fizik J.Alferov geterostrukturali yarimo'tkazgichlar - turli komponentlarni bir atom qatlamiga qatlam-qatlam cho'ktirish natijasida hosil bo'lgan sun'iy kristallarning xususiyatlari bo'yicha bir qator tadqiqotlar o'tkazdi.

N.S. Lidorenko bu nazariyani darhol keng ko'lamli tajriba va texnikaga tatbiq etishga qaror qildi. Dunyoda birinchi marta sovet avtomatik kosmik kemasi Lunoxod galliy arsenid bilan ishlaydigan va 140-150 darajadan yuqori haroratga bardosh bera oladigan quyosh batareyalari bilan jihozlangan. Batareyalar Lunoxodning menteşeli qopqog'iga o'rnatildi. 1970 yil 17 noyabrda Moskva vaqti bilan soat 7:20 da Lunoxod-1 Oy yuzasiga tegdi. Parvozlarni boshqarish markazidan quyosh panellarini yoqish buyrug‘i olindi. Uzoq vaqt davomida quyosh panellaridan hech qanday javob bo'lmadi, lekin keyin signal o'tdi va quyosh panellari qurilmaning butun ishlashi davomida a'lo darajada ishladi. Birinchi kuni Lunoxod 197 metr, ikkinchisida allaqachon bir yarim kilometr yo'l bosib o'tdi... 4 oydan so'ng, 12 aprelda qiyinchiliklar paydo bo'ldi: Lunoxod kraterga qulab tushdi... Oxir-oqibat, xavfli qaror qabul qilindi - quyosh batareyasi bilan qopqog'ini yopish va ko'r-ko'rona orqaga qaytish yo'limiz. Ammo tavakkalchilik o‘z samarasini berdi.

Taxminan bir vaqtning o'zida Kvant jamoasi ishonchliligi yuqori bo'lgan aniq termoregulyatsiya tizimini yaratish muammosini hal qildi, bu xona haroratining 0,05 darajadan ko'p bo'lmagan og'ishlariga imkon berdi. O'rnatish V.I. maqbarasida muvaffaqiyatli ishlaydi. Lenin 40 yildan ortiq. Bu boshqa bir qator mamlakatlarda ham talabga ega bo'lib chiqdi.

N.S. faoliyatidagi eng muhim bosqich. Lidorenko boshqariladigan energiya ta'minoti tizimlarini yaratish edi orbital stantsiyalar. 1973 yilda ana shunday stansiyalardan birinchisi, quyosh panellaridan iborat ulkan qanotli Salyut stansiyasi orbitaga chiqarildi. Bu Kvant mutaxassislarining muhim texnik yutug'i edi. Quyosh xujayralari galliy arsenid panellaridan iborat edi. Stansiya Yerning quyoshli tomonida ishlaganda, ortiqcha elektr quvvati elektr batareyalariga o'tkazildi va bu sxema kosmik kemani deyarli tugamaydigan energiya bilan ta'minladi.

Muvaffaqiyatli va samarali ish Quyosh batareyalari va ularni "Salyut", "Mir" stansiyalarida va boshqa kosmik kemalarda ishlatishga asoslangan elektr ta'minoti tizimlari N.S. tomonidan taklif qilingan kosmik energiyani rivojlantirish strategiyasining to'g'riligini tasdiqladi. Lidorenko.

1982 yilda "Kvant" ilmiy-ishlab chiqarish korxonasi jamoasi kosmik energiya tizimlarini yaratganligi uchun Lenin ordeni bilan taqdirlandi.

N.S. boshchiligidagi Kvant jamoasi tomonidan yaratilgan. Lidorenkoning so'zlariga ko'ra, elektr energiyasi mamlakatimizning deyarli barcha harbiy va kosmik tizimlarini energiya bilan ta'minlaydi. Ushbu jamoaning ishlanmalari mahalliy qurollarning qon aylanish tizimi deb ataladi.

1984 yilda Nikolay Stepanovich NPO Kvant bosh dizayneri lavozimini tark etdi. U "Lidorenko imperiyasi" deb nomlangan gullab-yashnayotgan korxonani tark etdi.

N.S. Lidorenko fundamental fanga qaytishga qaror qildi. Yo'nalishlardan biri sifatida u energiyani konvertatsiya qilish muammosini hal qilishning yangi usulini qo'llashga qaror qildi. Boshlanish nuqtasi Insoniyat ishlab chiqarilgan energiyaning atigi 40 foizidan foydalanishni o'rganganligi haqiqatga aylandi. Elektr energetikasi samaradorligini 50% yoki undan ko'proq oshirish umidini oshiradigan yangi yondashuvlar mavjud. N.S.ning asosiy g'oyalaridan biri. Lidorenko - yangi fundamental elementar energiya manbalarini izlash imkoniyati va zarurati.

Materiallar manbalari: Material avvalroq bosma nashrlarda qayta-qayta e'lon qilingan ma'lumotlar asosida, shuningdek, "Quyosh uchun tuzoq" filmi (rejissyor A. Vorobyov, 1996 yil 19 aprelda efirga uzatilgan) asosida tuzilgan.

Quyosh panellari va ulardan foydalanish asosida kosmik kemalarni energiya bilan ta'minlash tizimlarining muvaffaqiyatli va samarali ishlashi N.S. tomonidan taklif qilingan kosmik energiyani rivojlantirish strategiyasining to'g'riligini tasdiqlaydi. Lidorenko.

Bu fotovoltaik konvertorlar - quyosh energiyasini to'g'ridan-to'g'ri elektr tokiga aylantiradigan yarimo'tkazgichli qurilmalar. Oddiy qilib aytganda, bular biz "quyosh panellari" deb ataydigan qurilmaning asosiy elementlari.

Bunday batareyalar yordamida sun'iy Yer sun'iy yo'ldoshlari kosmik orbitalarda ishlaydi. Bunday batareyalar Krasnodarda - Saturn zavodida ishlab chiqariladi.

Krasnodardagi korxona Federal kosmik agentlik tarkibiga kiradi, ammo Saturn Ochakovo kompaniyasiga tegishli bo'lib, u 90-yillarda ushbu ishlab chiqarishni tom ma'noda saqlab qolgan.

Ochakovo egalari aksiyalarning nazorat paketini sotib olishdi, u deyarli amerikaliklarga o'tdi. "Ochakovo" buni shu erga qo'ydi katta mablag'lar, zamonaviy uskunalarni sotib oldi, mutaxassislarni saqlab qolishga muvaffaq bo'ldi va hozirda Saturn kosmik sanoati - fuqarolik va harbiy ehtiyojlar uchun quyosh va qayta zaryadlanuvchi batareyalar ishlab chiqarish bo'yicha Rossiya bozorida ikki yetakchidan biri hisoblanadi. Saturn olgan barcha foyda Krasnodarda qoladi va ishlab chiqarish bazasini rivojlantirishga yo'naltiriladi.

Shunday qilib, hammasi shu erda - sayt deb ataladigan joyda boshlanadi. gaz fazasi epitaksisi. Bu xonada gaz reaktori mavjud bo'lib, unda kristalli qatlam germaniy substratida uch soat davomida o'stiriladi, bu kelajakdagi quyosh batareyasi uchun asos bo'lib xizmat qiladi. Bunday o'rnatishning narxi taxminan uch million evroni tashkil qiladi.

Shundan so'ng, substratda hali ko'p yo'l bor: fotoselning ikkala tomoniga elektr kontaktlari qo'llaniladi (va ish tomonida kontakt "taroq naqshiga" ega bo'ladi, uning o'lchamlari maksimal darajada ta'minlash uchun ehtiyotkorlik bilan hisoblanadi. quyosh nuri o'tishi), substratda aks ettiruvchi qoplama paydo bo'ladi va hokazo. .d. - fotosel quyosh batareyasining asosiga aylanishidan oldin turli xil qurilmalarda jami yigirmadan ortiq texnologik operatsiyalar.

Bu erda, masalan, fotolitografiya o'rnatilishi. Bu erda fotosellarda elektr kontaktlarning "naqshlari" hosil bo'ladi. Mashina berilgan dasturga muvofiq barcha operatsiyalarni avtomatik ravishda bajaradi. Bu erda yorug'lik mos keladi, bu fotoselning fotosensitiv qatlamiga zarar bermaydi - avvalgidek, analog fotografiya davrida biz "qizil" lampalardan foydalanganmiz.

O'chirish moslamasining vakuumida elektr kontaktlari va dielektriklar elektron nurlar yordamida yotqiziladi va aks ettirishga qarshi qoplamalar qo'llaniladi (ular fotoelement tomonidan ishlab chiqarilgan oqimni 30% ga oshiradi).

Xo'sh, fotosel tayyor va siz quyosh batareyasini yig'ishni boshlashingiz mumkin. Shinalar keyinchalik ularni bir-biriga ulash uchun fotoelement yuzasiga lehimlanadi va a himoya oynasi, ularsiz kosmosda, radiatsiya sharoitida, fotoelement yukga bardosh bera olmaydi. Va shisha qalinligi atigi 0,12 mm bo'lsa-da, bunday fotoselli batareya uzoq vaqt davomida orbitada ishlaydi (yuqori orbitalarda o'n besh yildan ortiq).

Fotoelementlarning bir-biriga elektr ulanishi faqat qalinligi 0,02 mm bo'lgan kumush kontaktlar (ular barlar deb ataladi) orqali amalga oshiriladi.

Quyosh batareyasi tomonidan ishlab chiqarilgan kerakli tarmoq kuchlanishini olish uchun fotosellar ketma-ket ulanadi. Ketma-ket ulangan fotoelementlar (fotoelektrik konvertorlar - bu to'g'ri) bo'limi shunday ko'rinadi.

Nihoyat, quyosh paneli yig'iladi. Bu erda batareyaning faqat bir qismi ko'rsatilgan - maket formatidagi panel. Qancha quvvat kerakligiga qarab, sun'iy yo'ldoshda sakkiztagacha bunday panellar bo'lishi mumkin. Zamonaviy aloqa sun'iy yo'ldoshlarida u 10 kVt ga etadi. Bunday panellar sun'iy yo'ldoshga o'rnatiladi, kosmosda ular qanot kabi ochiladi va ularning yordami bilan biz sun'iy yo'ldosh televideniesini tomosha qilamiz, sun'iy yo'ldosh Internetidan, navigatsiya tizimlaridan foydalanamiz (GLONASS sun'iy yo'ldoshlari Krasnodar quyosh panellaridan foydalanadi).

Kosmik kema Quyosh tomonidan yoritilsa, quyosh batareyasi tomonidan ishlab chiqarilgan elektr energiyasi kosmik kemaning tizimlarini quvvatlantiradi va ortiqcha energiya batareyada saqlanadi.

Kosmik kema Yer soyasida bo'lganida, qurilma akkumulyatorda saqlanadigan elektr energiyasidan foydalanadi. Nikel-vodorod akkumulyatori yuqori energiya quvvati (60 Vt/kg) va amalda bitmas-tuganmas resurs bilan kosmik kemalarda keng qo'llaniladi. Bunday batareyalarni ishlab chiqarish Saturn zavodi ishining yana bir qismidir.

Ushbu fotosuratda nikel-vodorod batareyasini yig'ish II darajali "Vatan uchun xizmatlari uchun" ordeni sohibi Anatoliy Dmitrievich Panin tomonidan amalga oshirilmoqda.

Nikel-vodorod batareyasini yig'ish maydoni. Batareya tarkibi korpusga joylashtirish uchun tayyorlangan. To'ldirish musbat va manfiy elektrodlar bo'lib, ajratuvchi qog'oz bilan ajratilgan - ularda energiyaning o'zgarishi va to'planishi sodir bo'ladi.

Yupqa metalldan akkumulyator qutisini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan vakuumda elektron nurli payvandlash uchun o'rnatish.

Batareya korpuslari va qismlari yuqori bosim uchun sinovdan o'tkaziladigan ustaxona maydoni.

Batareyada energiya to'planishi vodorod hosil bo'lishi bilan birga bo'lishi va batareya ichidagi bosim oshishi sababli, oqish testi batareyani ishlab chiqarish jarayonining ajralmas qismi hisoblanadi.

Nikel-vodorod batareyasining korpusi kosmosda ishlaydigan butun qurilmaning juda muhim qismidir. Korpus sinov paytida 60 kg s / sm2 bosim uchun mo'ljallangan, 148 kg s / sm2 bosimda yorilish sodir bo'ldi;

Chidamlilik sinovidan o'tgan batareyalar elektrolitlar va vodorod bilan zaryadlanadi, shundan so'ng ular foydalanishga tayyor.

Nikel-vodorod akkumulyatorining tanasi maxsus metall qotishmasidan tayyorlanadi va mexanik jihatdan mustahkam, engil va yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega bo'lishi kerak. Batareyalar hujayralarga o'rnatiladi va bir-biriga tegmaydi.

Zaryadlanuvchi batareyalar va ulardan yig'ilgan batareyalar o'z ishlab chiqarish quvvatlarimizda elektr sinovlaridan o'tkaziladi. Kosmosda endi biror narsani tuzatish yoki almashtirish mumkin bo'lmaydi, shuning uchun har bir mahsulot bu erda sinchkovlik bilan sinovdan o'tkaziladi.

Barcha kosmik texnologiyalar kosmik kemani orbitaga chiqarishda yuklarni taqlid qiluvchi tebranish stendlari yordamida mexanik kuchlanish uchun sinovdan o'tkaziladi.

Umuman olganda, Saturn zavodi eng yoqimli taassurot qoldirdi. Ishlab chiqarish yaxshi yo‘lga qo‘yilgan, sexlar toza va yorug‘, mehnat qilayotgan odamlar malakali, bunday mutaxassislar bilan muloqot qilish makonimizga ma’lum darajada qiziqqan odam uchun zavq va juda qiziq.

Ixtiro elektrotexnika, xususan, yorug'lik nurlanishini elektr energiyasiga aylantirish orqali elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun qurilmalarga tegishli. elektr energiyasi, va quyosh batareyalari (SB) bilan kichik o'lchamli kosmik kemalarni yaratish va ishlab chiqarishda foydalanish mumkin. Ixtironing texnik natijasi: quyosh panellarining termal zarbalarga, mexanik va termomexanik yuklarning ta'siriga chidamliligini oshirish, dizaynning ishlab chiqarish qobiliyatini oshirish, kosmik kemalarning quyosh panellarining faol ishlash muddatini oshirish, funksionallik ishlashning harorat diapazonini kengaytirish va SB dizaynini optimallashtirish, kommutatsiya tizimini soddalashtirish, bu esa manyovr diodlari va SBlarning ulanish kuchini oshirish, kosmik kemalarning SBlarini ishlab chiqarish texnologiyasini optimallashtirish orqali ishlab chiqarish jarayonining takrorlanishini oshirish orqali erishiladi. shuntli diodlar va SB SB lar, shuningdek, ko'p qatlamli qilingan SC va shunt diodlarni bog'laydigan kommutatsiya avtobuslari. Kichik kosmik kemalar uchun quyosh batareyasi quyidagilarni o'z ichiga oladi: ularga yopishtirilgan quyosh batareyalari (SC) bo'lgan modulli panellar, manyovrli diod; shunt diodining old va teskari tomonlarini quyosh xujayrasi bilan bog'laydigan kommutatsiya shinalari, shunt diodi esa quyosh batareyasining burchagidagi kesmaga o'rnatiladi, kommutatsiya shinalari esa molibden plyonkasidan iborat ko'p qatlamli bo'lib, har ikki tomondan amalga oshiriladi. shundan vanadiy yoki titan qatlami, nikel qatlami va kumush qatlami. 2 n. va 5 ish haqi f-ly, 4 kasal, 3 stol.

RF patenti uchun chizmalar 2525633

Texnologiya sohasi

Ixtiro elektrotexnika, xususan, yorug'lik nurlanishini elektr energiyasiga aylantirish orqali elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun qurilmalarga tegishli bo'lib, quyosh batareyalari (SB) bilan kichik o'lchamli kosmik kemalarni yaratish va ishlab chiqarishda foydalanish mumkin.

Zamonaviy

SBga quyidagi talablar qo'yiladi: minimal massa bilan maksimal energiya samaradorligi, saqlash paytida elektr va mexanik xususiyatlarni saqlash, Yerda tashish va dizayn orbitasiga chiqish, minimal degradatsiya bilan orbitada uzoq faol ishlash (SAS) quvvatni yo'qotishda. Zamonaviy xavfsizlik tizimlarida SAS 15 yilga etadi va uni 20 yilgacha oshirish talablari qo'yiladi.

Orbitadagi buzilishning asosiy sabablari faol elementlarning tuzilishidagi buzilishlar, ya'ni fotokonvertorlar (ShK) va radiatsiya ta'sirida diodlar, shuningdek, harorat o'zgarishi va termal davrlarning ta'siridan kelib chiqadigan buzilishlardir. Turli orbitalarda harorat o'zgarishining turli diapazonlari va termal davrlarning chastotasi mavjud. Geostatsionar orbitadagi ish sharoitlari uchun yuqori harorat qiymati +100 ° C, pastki qiymat 170 ° C, termal davrlar soni 2000. Past orbitalarda harorat o'zgarishi diapazoni kichikroq, yuqori qiymat + . 100 ° C, pastroq qiymat 100 ° C, lekin termal davrlar soni Orbitadagi faol mavjudlik davomiyligi bir necha o'n minglab.

Ma'lumki, quyosh sistemasi alohida generatorlardan, jumladan, quyosh batareyalari zanjirlaridan (SE) iborat bo'lib, generatorlar peshtaxtasi ichida (Q. N. S. Rauschenbax. Fotovoltaik energiyani konversiyalash tamoyillari va texnologiyasi. 1980 y.) -quyosh elementlari bilan parallel ravishda shunt diodlarini o'rnatish. SB ning ishonchli ishlashini ta'minlash uchun diodlardan tashqari, blokirovka qiluvchi diodlar bilan ta'minlangan diodli himoya qo'llaniladi.

So'nggi yillarda kremniy quyosh xujayralari samaraliroq quyosh batareyalari bilan almashtirildi, shu jumladan germaniy substratida o'stiriladigan AzB5 birikmalari asosidagi bir necha kaskadli hetero-birikmalar (qarang: P. R. Sharps, M. A. Stan, D. J. Aiken, B. Klevenger, J. S. Xill. va N. S. Fatemi, monolitik bypass diodlari bilan yuqori samarali, ko'p ulanishli hujayralar, NASA/CP.2005-213431). Har bir bunday SC SC bilan bir xil tekislikda joylashgan diod bilan himoyalangan va diod SC bilan bir xil qalinlikka ega. Odatda, SC larda uchburchak shaklidagi diod joylashtirilgan burchak kesiklari mavjud (qarang: AQSh ixtirolari uchun patentlar 6353176, AQSh 6034322 va AQSh 2008/0000523 ixtiro uchun ariza).

Uglerod tolali chuqurchalar panelida joylashgan kosmik kemalar uchun quyosh batareyasi oldingi texnikadan ma'lum. Ko'plab chuqurchalar panelining yuk ko'taruvchi qismi ikki qatlamli uglerod tolasidan iborat bo'lib, ular orasida alyuminiy folgadan tayyorlangan chuqurchalar to'ldiruvchisi mavjud. Quyosh batareyasini o'rnatish uchun mo'ljallangan uglerod tolasi yuzasiga elektr izolyatsion plyonka yopishtirilgan. Quyosh batareyasining energiya ishlab chiqaruvchi qismi (modullar) termomexanik kompensatorlar bilan almashtirish elementlari yordamida bir-biriga ketma-ket yoki ketma-ket parallel ulangan quyosh batareyalaridan iborat. Har bir quyosh xujayrasining old yuzasiga shisha plastinka yopishtirilgan (qarang: GLOBASTAR. Tijorat jihatlari va miqdoriy ishlab chiqarishni hisobga olgan holda Yerning past orbitasida qo'llanilishi uchun quyosh generatorining dizayni va tartibi. D-81663 Myunxen Germaniya).

Kosmik kemalar uchun ma'lum bo'lgan quyosh batareyasining kamchiliklari orasida konstruktsiyaning past ishlab chiqarilishi, shunt diodlari va quyosh batareyalarining lehimli va payvandlangan ulanishlarining past quvvati tufayli ish haroratining kichik diapazoni kiradi. SB ni ishlab chiqarish va muntazam texnik xizmat ko'rsatish jarayonida old yuzasidan chiqib turadigan elementlararo kommutatsiyaning shikastlanish ehtimoli yuqori, shuningdek termomexanik kompensatorlarni joylashtirish zarurati tufayli elementlararo kommutatsiyani ishlab chiqarishning texnologik murakkabligi. tor elementlar orasidagi bo'shliqlar, SB ning issiqlik va mexanik yuklarga nisbatan past qarshiligiga olib keladi.

Texnik mohiyatiga ko'ra eng yaqin bo'lgan va erishilgan samaraga ega bo'lgan texnik yechim (prototip) kommutatsiya avtobuslari yordamida ketma-ket yoki parallel ravishda ulangan quyosh batareyalaridan iborat modullari bo'lgan panellarni o'z ichiga olgan kosmik kemaning quyosh batareyasi hisoblanadi. termomexanik kompensatorlar bilan jihozlangan va har bir quyosh batareyasining old yuzasi himoya shisha plastinkaga yopishtirilgan bo'lib, u qo'shimcha ravishda ramkaning tekis yoki kavisli yuzasiga yopishtirilgan ma'lum shakl va o'lchamdagi elastik elementlar bilan jihozlangan, bu erda ichki hajmi elastik elementlar konveks meniskni hosil qilish uchun plomba bilan to'ldiriladi va quyosh xujayralari elastik elementlarga bosiladi va harakatsiz o'rnatiladi va termomexanik kompensatorlar va shunt diodlari bo'lgan kommutatsiya shinalari joylarda quyosh batareyasining orqa kontaktlariga payvandlanadi yoki lehimlanadi. plombasiz va termomexanik kompensatorlar quyosh batareyasining orqa tomoni va ramkaning yuk ko'taruvchi yuzasi o'rtasida plomba bo'lmagan zonalarda joylashgan (1-rasmga qarang). Patent Rossiya Federatsiyasi ixtiro uchun RU 2250536).

Ma'lum bo'lgan kosmik kema quyosh batareyasining kamchiliklari orasida dizaynning past ishlab chiqarilishi, shunt diodlari va quyosh batareyalarining lehimli va payvandlangan ulanishlarining past mustahkamligi tufayli kichik ish harorati oralig'i va quyosh batareyalarining mexanik va termomexanik yuklarga zaif qarshiligi kiradi. Qalinligi 50 mikron bo'lgan va ko'p qatlamli maxsus qoplamaga ega bo'lgan molibden shinasi juda qattiq. Kommutatsiya shinalari payvandlash yo'li bilan ulanganda, shunt diodlarining elektr xususiyatlari yomonlashadi va ba'zi hollarda qattiq shina tufayli payvandlash nuqtasi kremniy bilan birga yirtilib ketadi, bu termal aylanishdan keyin foydalanish mumkin bo'lgan kristallarning past rentabelligiga olib keladi. testlar. Yuqori haroratlarda quyosh xujayrasi degradatsiyasi lehim va payvandlashdan keyin sodir bo'ladi, bu kontaktlarning quyosh batareyasidan ajralishiga va natijada quyosh batareyasining ish holatidan chiqishiga olib keladi.

Ilgari texnika kosmik kemalarning SK larini manyovr diodli ishlab chiqarish usulini biladi, shu jumladan fotovoltaik yarimo'tkazgichli substrat asosida SC ishlab chiqarish, SC ning old tomonida manyovr diodlarni shakllantirish, kosmik diodlarni va kosmik kemalarning SClarini ulash, SC yordamida ulash. avtobuslarni almashtirish (ixtiro uchun AQSh patentiga qarang: US6635507).

Ma'lum bo'lgan ushbu usulning kamchiliklari ishchi va ishlamaydigan tomonlarda metallizatsiyaning peeling (yopishishni yo'qotish) ehtimoli yuqori bo'lganligi sababli ishlab chiqarish jarayonining past takrorlanishini o'z ichiga oladi. Bunga qo'shimcha ravishda, kommutatsiya avtobuslarini payvandlash yo'li bilan ulashda, strukturaning qatlamlari kommutatsiya shinasi tomonidan qisqa tutashuvga uchragan bo'lishi mumkin va payvandlash nuqtasi substrat tuzilishi bilan birga yirtilib ketishi mumkin, bu esa oqibatlarga olib keladi. termal tsikl sinovlaridan so'ng foydalanish mumkin bo'lgan kristallarning past rentabelligi.

Texnik mohiyatiga ko'ra eng yaqin bo'lgan va erishilgan samaraga ega bo'lgan texnik yechim (prototip) kosmik kemaning quyosh batareyalarini integratsiyalashgan shunt diodli, shu jumladan, fotovoltaik yarimo'tkazgichli substrat asosida diskret manyovrli diodlarni joylashtirish uchun chuqurchaga ega quyosh batareyalarini ishlab chiqarish, diskret ishlab chiqarish usulidir. yarimo'tkazgichli substratga asoslangan manyovr diodlar, chuqurchaga diskret shunt diodlarni o'rnatish, kommutatsiya avtobuslari yordamida quyosh batareyalarini shunt diodlari bilan aloqa qilish (qarang. AQSh 5616185 ixtiro uchun patent).

Ma'lum ishlab chiqarish usulining kamchiliklari ishlamaydigan tomonning metallizatsiyasini shakllantirish jarayonida metallizatsiyaning peeling (yopishishni yo'qotish) ehtimoli yuqori bo'lganligi sababli ishlab chiqarish jarayonining past takrorlanishini o'z ichiga oladi. Bundan tashqari, kristalllarni kesishda kremniy monokristalli substratlarda yoriqlar paydo bo'ladi va kommutatsiya avtobuslarini payvandlash yo'li bilan ulashda payvandlash nuqtasi kremniy bilan birga yirtilib ketadi, buning natijasida termal ishlov berishdan keyin foydalanish mumkin bo'lgan kristallarning past chiqishiga olib keladi. velosiped sinovlari (termal zarbalar).

Ixtironing oshkor etilishi

Da'vo qilingan ixtironing texnik natijasi:

Quyosh panellarining termal zarbalarga, mexanik va termomexanik yuklarning ta'siriga chidamliligini oshirish, dizaynning ishlab chiqarish qobiliyatini oshirish, kosmik kema quyosh panellarining faol ishlash muddatini oshirish, ishlashning harorat oralig'ini kengaytirish va quyosh batareyasining dizaynini optimallashtirish orqali funksionallikni oshirish. panellar,

Shunt diodlari va quyosh batareyalarining ulanish kuchini oshirish orqali erishiladigan kommutatsiya tizimini soddalashtirish;

Shunt diodlari va quyosh panellarini ishlab chiqarish texnologiyasini optimallashtirish, shuningdek, ko'p qatlamli qilingan quyosh batareyalari va shunt diodlarini bog'laydigan avtobuslarni almashtirish orqali kosmik kemalar uchun quyosh panellarini ishlab chiqarish jarayonining takrorlanishini oshirish.

Da'vo qilingan ixtironing texnik natijasiga kichik kosmik kemaning quyosh batareyasi quyidagilardan iborat bo'lishi bilan erishiladi:

Bypass diodi;

bu holda, kommutatsiya avtobuslari molibden folgadan iborat ko'p qatlamli ishlab chiqariladi, ularning har ikki tomonida navbati bilan vanadiy yoki titan qatlami, nikel qatlami va kumush qatlami qo'llaniladi.

Afzal tartibga solishda molibden folga qalinligi 8-12 mikron, vanadiy yoki titanium va nikel qatlamlarining umumiy qalinligi 0,1-0,3 mikron, kumush qatlamining qalinligi 2,7-6 mikron.

Kichik kosmik kemalar uchun quyosh batareyasini ishlab chiqarish usuli quyidagilarni o'z ichiga oladi:

Kommutatsiya yordamida quyosh batareyalarini shunt diodlari bilan ulash

bu holda, kommutatsiya avtobuslari ko'p qatlamli molibden folgasidan tayyorlanadi, ularning har ikki tomonida navbati bilan vanadiy yoki titan qatlami, nikel qatlami va kumush qatlami qo'llaniladi.

Afzal tartibga solishda, vanadiy yoki titan qatlami, nikel qatlami va kumush qatlami oldindan ion bilan 110-130 ° S molibden folga haroratida vakuum magnetron bilan püskürtülmesi bilan tayyorlangan molibden folga har ikki tomondan ketma-ket qo'llaniladi. bombardimon, va vanadiy yoki titan, nikel va kumush shakllangan qatlamlari bilan molibden folga vakuumda 300-350 ° S haroratda tavlanadi.

Chizmalarning qisqacha tavsifi

Da'vo qilingan ixtironing xususiyatlari va mohiyati quyidagi batafsil tavsifda tushuntiriladi, chizmalar bilan tasvirlangan, ular quyidagilarni ko'rsatadi.

1-rasmda kommutatsiya shinalari yordamida yon tomonga o'rnatilgan shunt diodli quyosh batareyasi ko'rsatilgan.

2-rasmda kommutatsiyaning qatlam-qatlam tuzilishi sxematik ko'rsatilgan

3-rasmda SB kosmik kemasini ishlab chiqarish usuli algoritmi ko'rsatilgan.

4-rasmda molibden folga turli haroratlarda hosil bo'lgan kommutatsiya shinalarining metall qatlamlarida eksperimental o'lchangan deformatsiyalardan hisoblangan ichki mexanik kuchlanish qiymatlari ko'rsatilgan.

4-rasmda qavs ichidagi grafiklar cho'kma paytida molibden folga optimal ish harorati oralig'ini ko'rsatadi. 1-rasmda quyidagilar ko'rsatilgan:

1 - shuntli diod;

2 - shunt diodining (1) old tomonini quyosh batareyasi (4) bilan bog'laydigan kommutatsiya avtobusi;

3 - shunt diodining (1) teskari tomonini quyosh batareyasi (4) bilan bog'laydigan kommutatsiya avtobusi;

4 - quyosh batareyasi (SC);

2-rasmda quyidagilar ko'rsatilgan:

5 - tayyorlangan molibden folga;

6 - vanadiy yoki titan qatlami;

7 - nikel qatlami;

8 - kumush qatlami.

Ixtironi amalga oshirish va amalga oshirish misoli

Da'vo qilingan usul kosmik kemalar uchun quyosh panellarini ishlab chiqarish bo'yicha guruh texnologiyasini amalga oshirishda qo'llanilgan va quyidagi texnologik operatsiyalar ketma-ketligidan iborat (3-rasmga qarang): fotovoltaik yarimo'tkazgichli substrat asosida quyosh batareyalarini ishlab chiqarish, shunt ishlab chiqarish. fotovoltaik yarimo'tkazgichli substratga asoslangan diodlar, molibden folga tayyorlash va tayyorlangan molibden folgasini vanadiy, nikel va kumush qatlamlari bilan vanadiy, nikel va kumushning har ikki tomoniga 110 ° C haroratda vakuumli magnetron sepish orqali metalllashtirishni o'z ichiga olgan kommutatsiya avtobuslarini ishlab chiqarish. Dastlabki ion bombardimoni bilan 130 ° C, keyin molibden folga vanadiy yoki titan, nikel va kumushning hosil bo'lgan qatlamlari bilan vakuumda 300-350 ° S haroratda tavlanadi, shinam diodlarga payvandlanadi, shunt diodlarini sinovdan o'tkazadi. termal tsikl va termal zarba, kommutatsiya shinalari yordamida quyosh batareyalarini manyovr diodlarga ulash va kosmik kemaning quyosh batareyasining chiqish monitoringini amalga oshirish.

Molibden folga qalinligi termal zarba sinovidan so'ng shunt diyotining old va orqa tomonlariga payvandlangan kommutatsiya shinasining eng katta tortib olish kuchiga qarab tanlangan.

Payvandlangan kommutatsiya avtobusini shunt diodidan ajratish kuchi quyidagicha aniqlandi: molibden folga bir necha bosqichda tayyorlandi, shundan so'ng molibden folga quyidagi qalinliklarga yupqalashtirildi: 6±0,1 mkm, 7,5±0,1 mkm, 10± 0,1 mkm, 13±0,1 mkm. Keyin tayyorlangan molibden folga har ikki tomoniga vanadiy, nikel va kumush qatlamlari vakuumli magnetron yordamida molibden folga haroratida 110-130 ° S gacha bo'lgan ion bombardimoni bilan qo'llaniladi.

Shundan so'ng, vanadiy yoki titanium, nikel va kumushning hosil bo'lgan qatlamlari bo'lgan molibden folga vakuumda 300-350 ° C haroratda tavlandi va kommutatsiya shinalari molibden folga kesildi. Shundan so'ng, kommutatsiya shinalari diodlarning old va teskari tomonlariga nazorat payvandlash ishlari olib borildi va kommutatsiya shinalari manyovr diodlardan ajratish kuchini nazorat qilish amalga oshirildi (1-jadvalga qarang).

Keyin ixtisoslashtirilgan uskunalarda -180 ° C (suyuq azot bug'i) dan 120 ° C gacha bo'lgan haroratda 450 ta termal zarbani o'tkazishdan iborat bo'lgan manevr diodlariga payvandlangan kommutatsiya shinalari bo'yicha termal zarba sinovlari o'tkazildi. Shundan so'ng, o'tkazgichli diodlarning elektr parametrlari o'lchandi, bu oqish oqimlari va teskari kuchlanishning doimiy qiymatlari fonida oldinga kuchlanishning biroz oshishini ko'rsatdi. Keyin kommutatsiya shinalarini shunt diodlaridan ajratish kuchi kuzatildi (2-jadvalga qarang).

Sinovlar natijasida manevr diodlarining elektr xarakteristikalari biroz o'zgargan holda, diodlardan kommutatsiya shinalari qalinligining barcha variantlari uchun yirtish kuchining oshishi aniqlandi. 2-jadvalga asoslanib, molibden folgasining optimal qalinligi 10 ± 0,1 mkm ekanligi aniqlandi, chunki shinani shunt diodidan yirtib tashlash uchun maksimal kuch ta'minlanadi.

Metall yotqizishning texnologik operatsiyasi vaqtida molibden folga harorati hosil bo'lgan strukturadagi minimal stresslar asosida tanlangan (4-rasmga qarang). Ichki kuchlanishlar quyidagicha aniqlandi: V-Ni-Ag metall plyonkalarini fotolitografiya va metallarni plazma-kimyoviy qirqish bilan tayyorlangan molibden folga ustiga magnetron bilan purkash orqali bir konsolli mikronurlar hosil bo'ldi. Olingan bitta konsolli mikronurlarning namunalari Carl Zeiss kompaniyasining Axio Imager optik mikroskopi yordamida 6000x kattalashtirishda tekshirildi. Nur strukturasining o'lchamlari va deformatsiya yo'nalishi o'lchandi. Deformatsiyaning shakli uning uzunligi bo'ylab turli nuqtalarda mikronurlarning sirtdan chetlanishi bilan aniqlandi. Keyinchalik, Stoney formulasidan foydalangan holda matematik ishlov berish yordamida nurlarning kuchlanish qiymatlari hisoblab chiqildi. Nurning egriligi bir konsolli mikronurning dastagining og'ishini o'lchash yo'li bilan topildi. Ko'rsatilgan rejimlar texnologik jarayonning takrorlanuvchanligini hisobga olgan holda tanlangan, bu kommutatsiya shinalarini payvandlash orqali ulashda payvandlash nuqtasi tortib olinmasa ta'minlanadi (3-jadvalga qarang).

Taklif etilgan dizayn va ishlab chiqarish usuliga ko'ra, kichik o'lchamli kosmik kemalar uchun SB lar, shu jumladan teskari kuchlanishi 100 V va to'g'ridan-to'g'ri 2 A bo'lgan to'g'ridan-to'g'ri uchburchak shaklidagi shuntli diodlar va A 3 V 5 ulanishlar asosidagi kaskadli fotokonvertorlar uchun ishlab chiqarilgan.

Da'vo qilingan texnik echimdan foydalanishdan oldin, shunt diodlari va quyosh batareyalari uchun payvandlangan kumush kommutatsiya avtobuslari ishlatilgan. Diyotlarni sinovdan o'tkazish termal zarbalarga nisbatan past qarshilik ko'rsatdi (tuzilish -180 ° C dan + 100 ° C gacha bo'lgan 10-15 termal zarbadan so'ng vayron qilingan) va termal aylanish bosqichida elektr xususiyatlariga ko'ra mos keladigan diodlarning ulushi yo'q edi. montajdan keyin mos keladigan diodlarning 70% dan ortig'i, qolgan 30% esa payvandlash zonasida strukturaning buzilishi sodir bo'lgan (ko'tarilgan va ta'sirlanganda asosiy materiallarning qatlamlararo yo'q qilinishi) past haroratlar) payvandlangan birikmaning mustahkamligini nazorat qilishda. Metalllanishning kristalldan ajratish kuchi 50-100 g / mm 2 ni tashkil etdi va bu texnik yechimdan foydalangandan so'ng u 150 g / mm 2 dan oshdi, buning natijasida termal aylanish bosqichida foydalanish mumkin bo'lgan diodlarning rentabelligi ulushi. 85% gacha ko'tarildi.

TALAB

1. Kichik kosmik kemalar uchun quyosh batareyasi quyidagilarni o'z ichiga oladi:

Ularga yopishtirilgan quyosh batareyalari (SC) bo'lgan modulli panellar,

Bypass diodi;

Shunt diodlarining old va orqa tomonlariga payvandlangan kommutatsiya panjaralari va shunt diodining old va orqa tomonlarini quyosh batareyasiga ulashda, shunt diodi quyosh batareyasining burchagidagi kesmaga o'rnatilganda,

bilan xarakterlanadi

Kommutatsiya avtobuslari molibden folgadan iborat ko'p qatlamli ishlab chiqariladi, ularning har ikki tomonida navbati bilan vanadiy yoki titan qatlami, nikel qatlami va kumush qatlami qo'llaniladi.

2. 1-bandga muvofiq quyosh batareyasi, molibden folga qalinligi 8-12 mikron bo'lishi bilan tavsiflanadi.

3. 2-bandga muvofiq quyosh batareyasi, vanadiy yoki titan va nikel qatlamlarining umumiy qalinligi 0,1-0,3 mikron bo'lishi bilan tavsiflanadi.

4. 3-bandga muvofiq quyosh batareyasi, kumush qatlamining qalinligi 2,7-6 mikron bo'lishi bilan tavsiflanadi.

5. Kichik o'lchamli kosmik kemalar uchun quyosh batareyasini ishlab chiqarish usuli, shu jumladan:

Fotovoltaik yarimo'tkazgichli substrat asosida diodlar uchun burchakda kesilgan quyosh batareyalarini (SC) ishlab chiqarish,

Fotovoltaik yarimo'tkazgichli substrat asosida manyovr diodlar ishlab chiqarish,

Kommutator avtobuslarini ishlab chiqarish,

Shuntli diodlarning old va orqa tomonlariga kommutatsiya shinalari payvandlash,

Quyosh xujayrasining burchagidagi kesmada shunt diodlarini o'rnatish,

Kommutatsiya avtobuslari yordamida quyosh batareyalarini shunt diodlari bilan ulash,

bilan xarakterlanadi

kommutatsiya avtobuslari ko'p qatlamli molibden folgadan yasalgan bo'lib, ularning har ikki tomonida navbati bilan vanadiy yoki titan qatlami, nikel qatlami va kumush qatlami qo'llaniladi.

6. 5-bandga muvofiq usul bo'lib, uning xususiyati vanadiy yoki titan qatlami, nikel qatlami va kumush qatlami molibden folga haroratida 110 ° C vakuumli magnetron yordamida tayyorlangan molibden folga ikki tomondan ketma-ket surtiladi. Dastlabki ion bombardimoni bilan -130 ° C.

7. 6-bandga muvofiq usul, vanadiy yoki titan, nikel va kumushdan tashkil topgan qatlamlari bo'lgan molibden folga vakuumda 300-350 ° S haroratda tavlanishi bilan tavsiflanadi.

Ixtiro Quyoshdan keladigan nurlanish energiyasini elektr energiyasiga to'g'ridan-to'g'ri aylantirishga asoslangan kosmik ob'ektlar uchun energiya tizimlariga tegishli bo'lib, iqtisodiy keng maydonli quyosh panellarini yaratish uchun ishlatilishi mumkin. Mohiyat: kosmosdagi quyosh batareyasida qo'llab-quvvatlovchi ramka, fotosellar, shu jumladan bo'shliq bilan ajratilgan ikkita o'tkazgich elektrodlari, ulardan biri shaffof bo'lib, ichki yuzasida ish funktsiyasidan kamroq bo'lgan materiallardan yasalgan qoplama mavjud. elektrod materialining ish funktsiyasi va bo'shliqning kattaligi fotoelektronlarning erkin yo'lidan oshmaydi. 5 kasal.

Ixtiro Quyoshdan keladigan nurlanish energiyasini elektr energiyasiga to'g'ridan-to'g'ri aylantirishga asoslangan kosmik ob'ektlarning energiya tizimlariga tegishli bo'lib, keng maydonli kosmik quyosh panellarini (SB) yaratish uchun ishlatilishi mumkin. Ma'lumki, quyosh batareyalari ramka, uning ustiga o'rnatilgan fotoelementlar, shu jumladan bo'shliq bilan ajratilgan ikkita o'tkazgich elektrodlari, ulardan biri shaffof bo'lgan har xil turdagi yarimo'tkazgichli tuzilmalar asosidagi quyosh batareyalari quyosh energiyasini o'zgartirishning ancha yuqori samaradorligiga ega. Ichki fotoelektrik effektga asoslangan ma'lum SBlarning kamchiliklari galliy arsenid kabi kam materiallardan foydalangan holda PV strukturasining murakkabligi; Konverterning ko'p qatlamli, ayniqsa gradusli bo'shliq, substratlar, turli xil optik va himoya qoplamalar yordamida tuzilishi va natijada PV ning nisbatan katta massasi tufayli PV qalinligining tubdan cheklanishi. Yuqori quvvatli materiallardan tayyorlangan SB ramkasi; kosmik muhitning ta'siriga, xususan korpuskulyar nurlanishga sezgirlik, bu ishlash ko'rsatkichlarining tez buzilishiga olib keladi, xizmat muddatini qisqartiradi. Natijada, bu kamchiliklar bunday SBlar tomonidan ishlab chiqarilgan elektr energiyasining yuqori narxiga olib keladi. Taklif etilayotgan texnik yechimga eng yaqin bo'lib, prototip sifatida tanlangan kosmik quyosh batareyasi bo'lib, unda qo'llab-quvvatlovchi ramka, unga joylashtirilgan fotosellar, shu jumladan bo'shliq bilan ajratilgan ikkita o'tkazgich elektrodlari mavjud bo'lib, ulardan biri oqim hosil qiluvchi maydon sifatida shakllanadi quyosh xujayrasining sirtlari o'rtasida, bunday quyosh xujayrasida gomo- yoki geterostrukturali qatlam(lar) qo'llaniladi, uning ustiga elektrodlar (masalan, optik va to'siq) va kerakli qoplamalar qo'llaniladi. Oqim yig'uvchi elementlar elektrodlarning yuzalarida hosil bo'lgan nozik o'tkazuvchan to'rlar shaklida amalga oshirilishi mumkin. Qo'llab-quvvatlovchi ramka - bu yuqori quvvatli, masalan, uglerod tolasi, novda elementlaridan yasalgan truss konstruktsiyasi bo'lib, uning ustiga FEP periferiya bo'ylab ramkaga o'rnatilgan to'rli substratda moslashuvchan panellar shaklida cho'zilgan. Ma'lum bo'lgan SB juda yuqori samaradorlikka ega (deyarli 15-20% gacha) va moslashuvchan SB panellarining kichik qalinligi (100-200 mikrongacha), SBni saqlash, tashish va ish holatida joylashtirishni osonlashtiradi, masalan, rulondan. Ma'lum bo'lgan SB ning kamchiliklari yuqorida aytib o'tilganlar bo'lib, ular yarimo'tkazgichli quyosh xujayralari uchun xosdir. Bu kamchiliklar, pirovardida, etarli darajada yuqori bo'lmagan o'ziga xos energiya xususiyatlarida (quvvat 0,2 kVt / kg yoki 0,16 kVt / m2 dan oshmaydi) va ekspluatatsion va texnologik xususiyatlarda (PV tufayli SB ning sezilarli o'ziga xos og'irligi, ishlab chiqarish murakkabligi, kosmik ta'sirlarga sezgirlik) ifodalanadi. , va boshqalar. ), bu ushbu turdagi SB lardan elektr energiyasini ishlab chiqarish narxining oshishiga olib keladi. Ixtironing maqsadi - bir vaqtning o'zida kosmos sharoitida tashqi ta'sirlarga qarshilikni oshirish bilan bir vaqtda massa birligi uchun o'ziga xos elektr quvvatini oshirish. Bu maqsadga qo'llab-quvvatlovchi ramka o'z ichiga olgan kosmik quyosh batareyasida fotosellar, shu jumladan bo'shliq bilan ajratilgan ikkita o'tkazgich elektrodlari o'rnatilgan, ulardan biri shaffof bo'lib, elektrodlardan birining ichki yuzasida joylashganligi bilan erishiladi. uning materialining ish funktsiyasi rentabelligidan kamroq ish funktsiyasiga ega bo'lgan materialdan qilingan qoplama va bo'shliq o'lchami fotoelektronlarning erkin yo'lidan oshmaydi. Ixtironing mohiyati tashqi fotoelektr effektining an'anaviy printsipidan farqli o'laroq, taklif etilayotgan SBni loyihalashda foydalanishdan iborat bo'lib, o'tkazuvchi elektrodlardan biri fotokatod bo'lib xizmat qiladi, undan fotoelektronlar asosan yoki yo'nalishda chiqarilishi mumkin. plyonkaning soya yuzasidan yoki yoritilgan sirt plyonkalaridan teskari yo'nalishda tushayotgan yorug'lik. Fotoelektronlar anod vazifasini bajaradigan o'tkazuvchi elektrodli boshqa plyonka tomonidan ushlanadi. Katod va anod plyonkalari turli xil elektron ish funktsiyalariga ega bo'lgan materiallardan tayyorlanganligi sababli, SB plyonkalar orasidagi yorug'lik oqimiga ta'sir qilganda, ma'lum bir muvozanat potentsial farqi (0,6-0,8 V tartibli EMF) o'rnatiladi. plyonkalar orasidagi bo'shliq fotoelektronlarning bo'shliq muhitidagi yo'lining erkin uzunligidan kamroq (bu shart zaif tashqi magnit maydonga ega kosmik vakuum uchun qondiriladi). Eng muhimi shundaki, o'tkazgich (shu jumladan metall) plyonkalar 0,5 mikron yoki undan kam bo'lgan SB yarimo'tkazgich panellaridan ancha yupqaroq bo'lishi mumkin, shuning uchun tavsiya etilgan SB ning o'ziga xos xususiyatlari an'anaviy SB ga qaraganda ancha yuqori. Bundan tashqari, taklif etilayotgan SB ning elektrofizik xususiyatlarining kosmik muhitdagi omillar ta'siriga (mikrometeoritlar, korpuskulyar nurlanish) sezgirligi ancha zaifdir. Plyonkalar ishlab chiqarish va ulardan quyosh panellarini qo'llab-quvvatlovchi ramkaga yig'ish texnologik jihatdan sodda va past tortishish (vaznsizlik) sharoitlari juda katta maydonning engil quyosh panellarini va shuning uchun quvvatni yaratishga imkon beradi. Taklif etilayotgan SB ning afzal ko'rgan timsoli dizayndir, unda o'tkazuvchan elektrodli plyonkalarning har biri bir-biridan ajratilgan chiziqlar shaklida ishlab chiqariladi va turli xil plyonkalarning chiziqlari juft bo'lib fotoelektrik konvertorning bir qatorga birlashtirilgan qismlarini tashkil qiladi. konvertor bo'limlaridan birining har bir orqa chizig'i konvertorning qo'shni qismining quyoshga yo'naltirilgan chizig'i bilan elektr bilan bog'langan va oqim yig'uvchi elementlar kontaktlarning zanglashiga olib keladigan bir uchidagi orqa chiziqqa elektr bilan bog'langan sxema. va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan uchida quyoshga yo'naltirilgan chiziqqa. Ushbu dizayn katta maydon SBni qurishda ishlab chiqarish qobiliyatini oshirdi. Shu bilan birga, SB ning ushbu dizayni ishlab chiqarilgan quvvat birligi uchun PV uchastkalari orqali oqadigan oqim miqdorini kamaytirishga va shu bilan plyonkalarning qalinligini kamaytirishga, ya'ni SB massasini yanada kamaytirishga imkon beradi. Taklif etilayotgan SBda plyonka yuzasiga o'tkazuvchi elektrod (fotokatod) bilan qoplama qo'llaniladi, bu esa ushbu plyonkadan elektronlarning ish funktsiyasini kamaytiradi. Buni, masalan, mos keladigan metall (masalan, alyuminiy) plyonkasini oksidlash orqali amalga oshirish mumkin. Anod fotokatodning ustida joylashganida, birinchisi shaffof bo'lishi kerak, shuning uchun tavsiya etilgan SB ning ushbu versiyasida Quyoshga yo'naltirilgan o'tkazuvchan plyonka katod plyonkasining minimal soyasi bilan teshilgan yoki to'rli strukturadan tayyorlanishi mumkin. . Ixtironing mohiyati chizmalar bilan tasvirlangan, bu erda 1-rasmda Quyosh tomon yo'naltirilgan plyonkali fotokatodli quyosh tizimining diagrammasi ko'rsatilgan; 2-rasmda orqa yuzasida fotokatodli SB diagrammasi ko'rsatilgan; 3-rasmda ko'rsatilgan elektr sxemasi bo'linish bilan SB; 4-rasmda SB ning ekvivalent elektr davri ko'rsatilgan; 5-rasmda SB uchun dizayn varianti ko'rsatilgan. 1-rasmda ko'rsatilganidek, SB qo'llab-quvvatlovchi dielektrik ramkaga 1 joylashtirilgan Supero'tkazuvchilar plyonkalarni o'z ichiga oladi, ulardan biri fotoemissiya katodi 2, ikkinchisi esa anod sifatida xizmat qiladi 3. Plenka 2 quyosh nuriga yo'naltirilgan sirt bo'ylab joylashgan. oqim 4. Oqim yig'uvchi elementlar 5 orqali o'tkazgich plyonkalarni yukga ulash mumkin 6. 2-rasmda ko'rsatilgan SBning boshqa timsoliga ko'ra, fotokatod 2 orqa sirt bo'ylab joylashishi mumkin va anod plyonkasi 3 amalga oshiriladi. shaffof, xususan, teshilgan yoki nozik simli to'r shaklida qilingan. Elektrod materiallari alyuminiy, kumush, oltin, platina, ba'zi qotishmalar, gidroksidi metallar oksidi va boshqa birikmalar kabi metallarni o'z ichiga olishi mumkin. Ulardan birining oksidlanishi yoki boshqa sirt ishlovi tufayli bir xil metall plyonkalari uchun turli xil elektron ish funktsiyalari olingan. 3-rasmda ko'rsatilganidek, katod va anod plyonkalari bir-biridan ajratilgan 7 va 8 chiziqlar shaklida, bir turdagi (anodik) chiziqlar boshqa turdagi (katod) kontaktli birikmalar bo'ylab elektr bilan bog'langan holda amalga oshirilishi mumkin ( tikuvlar) 9, shuning uchun bu erda katta maydonli quyosh batareyasi 10 kichikroq o'lchamdagi ketma-ket bog'langan energiya ishlab chiqaruvchi qismlar tizimi (zanjir) dir. Har bir bo'lim ekvivalentga muvofiq yuk 6 ga beriladigan kuchlanishni oshiradi elektr diagrammasi 4-rasmda ko'rsatilgan sxema. 5-rasmda ko'rsatilganidek, konstruktiv ravishda 3-rasmga muvofiq diagrammaga ega SB uzunlamasına 11 va ko'ndalang 12 yuk ko'taruvchi elementlarga ega bo'lgan katlama yoki yig'ma ramkani o'z ichiga olishi mumkin. Har xil turdagi birlashtirilgan chiziqlar ko'rinishidagi FEP 13 bo'laklari ramkaga cho'ziladi, ularni ko'ndalang elementlardan 12 o'tkazadi va qirralari bo'ylab bir xil elementlarga 12, masalan, dielektrik elastik matolar (to'r, qavslar va boshqalar) yordamida mahkamlanadi. ) 14. O'rnatilgan holatda SB ning qattiqligi, ularning markaziy qismlarida bo'g'imlangan uzunlamasına novda elementlari 11 uchlarini mahkamlash 15-gachasi qavslar bilan ta'minlanadi. Ixtiroga muvofiq SB ning ishlashi va ishlashi quyidagicha amalga oshiriladi. Yoki butun quyosh tizimi katlanmış shaklda yoki keyinchalik yagona tizimga yig'iladigan uning qismlari kosmosga chiqariladi. Ish holatiga o'tkazilganda, SB fotokatod turiga qarab plyonkali yuzalaridan biri bilan Quyosh tomon yo'naltiriladi (1 va 2-rasmlarga qarang). Bu holda yuzaga keladigan elektron emissiya tufayli, a elektr maydoni, anodik va katod plyonkalari o'rtasida ushbu filmlarning ish funktsiyalaridagi farqga teng potentsial farqni yaratish. Ma'lum bir yuk 6 SB ga oqim yig'uvchi elementlar 5 orqali ulanganda, PV pallasida elektr toki paydo bo'lib, yukni zarur elektr energiyasi bilan ta'minlaydi. Taklif etilayotgan SBlarni qo'llashning asosiy sohasi yuqori, xususan, atmosferaning ta'siri minimal bo'lgan geostatsionar orbitalar, magnit maydon sayyora va uning tortishish gradienti, bu juda katta maydondagi va shuning uchun katta kuchga ega SBlarni yaratishga imkon beradi. Taklif etilayotgan ixtironing texnik-iqtisodiy samaradorligini quyidagi baholar bilan tasdiqlash mumkin. Ma'lumki, tashqi fotoelektr effekti bilan energiyani aylantirish samaradorligi 2-10% ni tashkil qiladi, Yer yaqinida quyosh nuri oqimining kuchi taxminan 1,4 kVt / m2 ekanligini hisobga olsak, elektr quvvati, SB yuzasi birligi tomonidan ishlab chiqarilgan taxminan 0,051400 70 Vt / m 2 bo'ladi, agar biz 5% samaradorligini oladigan bo'lsak, bu ko'rsatkich 110 Vt / m 2 ga erishilgan ketma-ket kremniy SBlariga qaraganda sezilarli darajada yomonroqdir. Shu bilan birga, plyonkalarning qalinligi 0,5 mikrongacha oshirilishi mumkin. Keyin 1 m 2 plyonkaning massasi, masalan, alyuminiydan tayyorlangan 0,5 mikron qalinligi uchun 110,510 -6 2,710 3 1,3510 -3 kg 1,35 g bo'ladi. Demak, ikkita plyonkadan foydalanishni hisobga olgan holda o'ziga xos elektr quvvati (PV massasiga asoslangan holda), o'ziga xos massasi 25 10 g / m2 bo'lgan PV va bir xil o'rtacha o'ziga xos massaga ega bo'lgan ramka uchun bo'ladi, ya'ni quyosh batareyasining o'ziga xos massasi taxminan 20 g / m 2 bo'lsa, SB ning o'ziga xos elektr quvvati bo'ladi. Taklif etilayotgan SB ning ushbu asosiy ko'rsatkichi 200 Vt/kg ga yetib boradigan istiqbolli yarimo'tkazgichli SBlar uchun xuddi shunday ko'rsatkichdan deyarli 20 baravar yuqori va tavsiya etilgan SB ni amalga oshirish uchun kam materiallar va murakkab texnologiyalar talab etilmaydi, chunki juda nozik o'tkazgich ishlab chiqarish. filmlar amalda o'zlashtirilgan jarayondir. Taklif etilayotgan SB ni yaratish qiymati ularni orbitaga chiqarish xarajatlari darajasida kutilishi kerak va ikkinchisi SB ning massasiga mutanosib bo'lganligi sababli, taklif qilingan SB dan foydalangan holda elektr energiyasini ishlab chiqarish narxining oshishi aniq bo'ladi. . Bundan tashqari, taklif etilayotgan SBlar uzoqroq xizmat qilish muddati va unchalik qat'iy bo'lmagan operatsion talablari bilan ajralib turadi. Taklif etilayotgan SBlar ulardan kosmik jismlarning orbitasini yo'naltirish va tuzatish uchun boshqaruv (quyosh-yelkan) organlari sifatida samarali foydalanish imkoniyatini beradi. Taklif etilayotgan SBlarni takomillashtirish istiqbollari, asosan, ayniqsa, nozik o'tkazuvchan plyonkalar (0,1 mikrondan kam) va o'ta engil yuk ko'taruvchi ramkalar yaratish bilan bog'liq. Quyosh yelkanli qurilmalari sohasida tegishli tadqiqotlar olib borilmoqda. Axborot manbalari 1. Koltun M.M. Quyosh xujayralari. M. Fan, 1987, 136-154-betlar. 2. Grilikes V.A. Quyosh energiyasi va kosmik parvozlar. M. Fan, 1984 yil 144-bet (prototip).

Ixtiro raketa va kosmik texnologiyalarga, xususan, kosmik kemalarning quyosh batareyalarining strukturaviy elementlariga tegishli. Kosmik kemaning quyosh batareyasining qo'llab-quvvatlovchi paneli ramka va yuk ko'taruvchi yuqori va pastki tagliklarni o'z ichiga oladi. Ko'rsatilgan tagliklar va ramka o'rtasida chuqurchalar shaklidagi plomba va yuk ko'taruvchi qismlar tagliklarga perpendikulyar ravishda germetik tarzda o'rnatiladi. Asal qoliplarining ichki hajmlarini bir-biri bilan bog'lash uchun ixtironing har bir variantida plomba va yuk ko'taruvchi qismlarning har bir chuqurchalarining yon yuzalarida drenaj teshiklari mavjud. Asal qoliplarining ichki hajmlarini tashqi muhit bilan bog'lash uchun ixtironing birinchi versiyasi kamida bitta ramka elementida drenaj teshiklarini yaratishni o'z ichiga oladi, ixtironing ikkinchi versiyasi panelning pastki poydevorida drenaj teshiklarini teng ravishda yasashni nazarda tutadi. uning sirt maydoni va ixtironing uchinchi versiyasi kamida bitta ramka elementida va panelning pastki poydevorida uning sirt maydoni bo'ylab teng ravishda drenaj teshiklarini yasashni nazarda tutadi. Bunday holda, yuk ko'taruvchi panelning ko'rsatilgan konstruktiv elementlaridagi drenaj teshiklarining umumiy maydoni hujayralardagi gazsimon muhitning umumiy hajmini, drenaj teshiklarining oqim tezligini va maksimal bosim farqini hisobga olgan holda aniqlanadi. panel asoslarida harakat qiluvchi raketa uchish yo'li bo'ylab gaz muhitining. Ixtiro kosmik kemaning quyosh batareyalarining yuk ko'taruvchi panellarining strukturaviy mustahkamligini ularning massasini oshirmasdan oshirish, panellarni ishlab chiqarish va o'rnatish texnologiyasini soddalashtirish va ulardan foydalanish ishonchliligini oshirish imkonini beradi. 3 n.p. f-ly, 4 kasal.

Ixtiro samolyotlarning aerogasdinamikasi sohasiga taalluqlidir va raketa fanida uch qavatli yuk ko'taruvchi sxema bo'yicha tayyorlangan kosmik kemalar (SC) uchun quyosh batareyasi panellarini (SB) loyihalash va yaratishda foydalanish mumkin.

Aviatsiyada samolyot elementlarini (fyuzelyaj, dum, qanot va boshqalar) ishlab chiqarishda ma'lum va keng qo'llaniladigan uch qavatli yuk ko'taruvchi sxema bo'yicha tayyorlangan, yuqori va pastki poydevorlarni qo'llab-quvvatlovchi ramka (ramka) o'rtasida joylashgan panellardir. qaysi chuqurchalar shaklidagi plomba o'rnatilgan.

Samolyot elementlariga ta'sir qiluvchi taqsimlangan yuklarni o'zlashtirish va uzatish uchun mo'ljallangan, ko'plab chuqurchalar yadroli uch qatlamli sxema bo'yicha tayyorlangan panellar katta qattiqlik va yuqori yuk ko'tarish qobiliyatini ta'minlaydi. Panel yuklanganda, kesishga chidamli va engil ko'plab chuqurchalar yadrosi ko'ndalang kesishni o'zlashtiradi va bo'ylama siqilish paytida yupqa yuk ko'taruvchi qatlamlarni barqarorlikni yo'qotishdan himoya qiladi.

Ushbu texnik yechimning kamchiliklari qatoriga samolyotning parvoz balandligi o'zgarganda samolyotning parvoz yo'li bo'ylab panel elementlariga ta'sir qiluvchi sezilarli bosim farqlari tufayli ramka elementlari va panellarning yuk ko'taruvchi asoslari og'irligi oshishi kiradi.

Raketasozlikda ishlatiladigan kosmik kemalarning SB panellari ma'lum bo'lib, ularda kosmik kemaning elektr ta'minoti tizimining sezgir elementlarini (fotoelektrik konvertorlar) o'rnatish uchun mo'ljallangan. Panellar, shuningdek, uch qavatli yuk ko'taruvchi sxema bo'yicha ishlab chiqariladi va yuqori va pastki tagliklarni qo'llab-quvvatlaydigan ramkani o'z ichiga oladi, ular orasida chuqurchalar shaklidagi plomba germetik tarzda o'rnatiladi, shuningdek, germetik ravishda perpendikulyar ravishda o'rnatilgan yuk ko'taruvchi qismlar. panelning qattiqligini oshirish uchun asoslar. SB paneli strukturasining og'irligini kamaytirish uchun ramka, yuk ko'taruvchi tagliklar va qismlar engil materiallardan tayyorlanadi.

Raketasozlikda qo'llaniladigan SB kosmik kemasining yuk ko'taruvchi panellari, shuningdek, aviatsiyada qo'llaniladigan panellar ko'plab chuqurchalar yadroli SB panelining uch qatlamli strukturasining katta qattiqligi va yuqori yuk ko'tarish qobiliyatini ta'minlaydi.

Ushbu texnik yechimning kamchiliklari orasida yuk ko'taruvchi SB panellarining strukturaviy mustahkamligi pasayganligi va panelni ishlab chiqarish va ishlatish texnologiyasida jiddiyroq aerodinamik yuklar tufayli og'ish bo'lsa, uning umumiy va mahalliy barqarorligini yo'qotish ehtimoli mavjud. aviatsiya yuklari bilan solishtirganda, kosmik kemaning SB panellari elementlariga ta'sir qiladi. Bunday holda, raketaning (LV) parvoz yo'li bo'ylab kosmik kemaning SC paneliga ta'sir qiluvchi tashqi bosim kengroq diapazonda o'zgarib turadi: atmosferadan (LV ishga tushirilganda Yer darajasida) uchirish paytida deyarli nolga qadar. sayyoralararo kosmosga kiradi va raketa uchish yo'li bo'ylab muhrlangan panel ichidagi bosim atmosfera bo'lib qoladi.

Ixtironing maqsadi kosmik kemani sayyoralararo fazoga raketa bilan olib chiqqanda ularning massasini oshirmasdan, uning tayanch panellarining strukturaviy mustahkamligini oshirishdan iborat.

Muammo shu tarzda hal qilinadi (1-variant) SB KA yuk ko'taruvchi panelda, ramka, yuk ko'taruvchi yuqori va pastki tagliklari, ular orasida chuqurchalar shaklidagi plomba germetik tarzda o'rnatilgan, yuk ko'taruvchi qismlar germetik tarzda o'rnatiladi. asoslarga perpendikulyar o'rnatilgan, ixtiroga ko'ra, plomba va bo'linmalarning har bir chuqurchasining yon yuzalarida chuqurchalarning ichki hajmlarini bir-biri bilan bog'laydigan drenaj teshiklari orqali va ramkada kamida bitta elementda joylashgan. Ramkada chuqurchalarning ichki hajmlarini tashqi muhit bilan bog'laydigan drenaj teshiklari mavjud, shu bilan birga chuqurchalar, bo'laklar va ramkalardagi drenaj teshiklarining umumiy samarali maydoni nisbatlar bo'yicha aniqlanadi:

S 2 [sm 2] - ramkadagi drenaj teshiklarining umumiy maydoni;

a, b - raketaning traektoriya parametrlariga bog'liq bo'lgan koeffitsientlar, ramkadagi drenaj teshiklarining samarali maydonining panellar asoslariga ta'sir qiluvchi traektoriya bo'ylab maksimal bosim tushishiga bog'liqligi egri chizig'iga yaqinlashadi.

Muammo shu tarzda hal qilinadi (2-variant) SB KA yuk ko'taruvchi panelida ramka, yuk ko'taruvchi yuqori va pastki tagliklari mavjud bo'lib, ular orasida chuqurchalar shaklidagi plomba germetik tarzda o'rnatiladi, yuk ko'taruvchi qismlar mavjud. ixtiroga ko'ra, tagliklarga perpendikulyar ravishda o'rnatilgan, har bir chuqurchalar to'ldiruvchisi va bo'linmalarining yon yuzalarida, chuqurchalarning ichki hajmlarini bir-biri bilan bog'laydigan drenaj teshiklari va panelning pastki poydevorida teng ravishda bo'ylab o'rnatiladi. uning sirt maydoni, chuqurchalarning ichki hajmlarini tashqi muhit bilan bog'laydigan drenaj teshiklari amalga oshiriladi, shu bilan birga chuqurchalar, bo'laklar va pastki poydevordagi drenaj teshiklarining umumiy samarali maydoni munosabatlardan aniqlanadi:

S 1 [sm 2] - chuqurchaning oxirgi yuzasidagi drenaj teshiklarining umumiy maydoni;

S 3 [sm 2] - pastki poydevordagi drenaj teshiklarining umumiy maydoni;

V [m 3 ] - chuqurchalardagi gazsimon muhitning umumiy hajmi;

m.GIF; 1 - chuqurchalar va bo'linmalardagi drenaj teshiklarining oqim tezligi;

m.GIF; 3 - pastki taglikdagi drenaj teshiklarining oqim tezligi;

D.GIF; P [kgf/sm 2 ] - panel tagida harakat qiluvchi raketa uchish yo'li bo'ylab gaz muhitining maksimal bosim farqi;

a, b - raketaning traektoriya parametrlariga bog'liq bo'lgan koeffitsientlar, panellar asoslaridagi drenaj teshiklarining samarali maydonining asosiy traektoriya bo'ylab maksimal bosim farqiga bog'liqligi egri chizig'iga yaqinlashadi. panel.

Muammo shu tarzda hal qilinadi (3-variant) SB KA yuk ko'taruvchi panelida ramka, yuk ko'taruvchi yuqori va pastki tagliklari mavjud bo'lib, ular orasida chuqurchalar shaklidagi plomba germetik tarzda o'rnatiladi, yuk ko'taruvchi qismlar mavjud. ixtiroga ko'ra, asoslarga perpendikulyar ravishda o'rnatilgan, har bir chuqurchaning yon yuzalarida plomba va bo'laklar chuqurchalarning ichki hajmlarini bir-biri bilan bog'laydigan drenaj teshiklari orqali va ramkada kamida bitta elementda joylashgan. ramka va panelning pastki poydevorida drenaj teshiklari uning yuzasi bo'ylab teng ravishda amalga oshiriladi, bu chuqurchalarning ichki hajmlarini tashqi muhit bilan bog'laydi, bu holda chuqurchalardagi drenaj teshiklarining umumiy samarali maydoni. , bo'limlar, ramka va pastki taglik nisbatlar bo'yicha aniqlanadi:

S 1 [sm 2] - chuqurchaning oxirgi yuzasidagi drenaj teshiklarining umumiy maydoni;

S 2, S 3 [sm 2] - mos ravishda ramka va pastki taglikdagi drenaj teshiklarining umumiy maydoni;

V [m 3 ] - chuqurchalardagi gazsimon muhitning umumiy hajmi;

m.GIF; 1 - chuqurchalar va bo'linmalardagi drenaj teshiklarining oqim tezligi;

m.GIF; 2 , m.GIF; 3 - mos ravishda paneldagi ramka va pastki taglikdagi drenaj teshiklarining oqim tezligi;

D.GIF; P [kgf/sm 2 ] - panelning tagida harakat qiluvchi LV parvoz yo'li bo'ylab gaz muhitining maksimal bosim farqi;

Ixtironing texnik natijalari quyidagilardan iborat:

SB panelining asoslari va sezgir elementlariga ta'sir qiluvchi bosim pasayishlarini chuqurchalar yadrosining devorlariga ta'sir qiluvchi minimal ruxsat etilgan bosim tomchilari bilan kamaytirish;

Asal qoliplari, ramkalar, yuk ko'taruvchi tagliklar va panel bo'linmalarida drenaj teshiklarining samarali maydonini aniqlash;

Drenaj teshiklarining samarali maydoniga traektoriya parametrlarining (Mach soni, parvoz balandligi H) ta'sirini aniqlash.

Ixtironing mohiyati kosmik kemaning SC panelining diagrammalari va uning elementlariga ta'sir qiluvchi ortiqcha bosimning o'zgarishlar grafigi bilan tasvirlangan.

1, 2 va 3-rasmlarda mos ravishda 1, 2 va 3-variantlarda tuzilgan kosmik kemaning SB panelining diagrammalari ko'rsatilgan va uning qismlari ajratilgan, bu erda:

2 - yuqori tayanch;

3 - pastki taglik;

4 - to'ldiruvchi;

5 - bo'limlar;

6 - drenaj teshiklari;

7 - sezgir elementlar.

Bu erda o'qlar panel plombasining chuqurchalarida gaz muhitining oqim yo'nalishini va uning tashqi muhitga chiqishini ko'rsatadi.

4-rasmda D.GIF raketasining parvoz yo'li bo'ylab maksimal bosim pasayishiga bog'liqligi ko'rsatilgan; P(D.GIF; P=Pvn-Pnar) drenaj teshiklarining oqim uchastkalarining nisbiy samarali maydonidan panellar asoslariga ta'sir qiluvchi gazsimon muhit m.GIF; S/V, bu erda:

Pvn - panel ichidagi gazsimon muhitning bosimi (to'ldiruvchining chuqurchalarida);

Pnar - gaz muhitining paneldan tashqaridagi bosimi.

Tayanch paneli SB kosmik kemasi (1, 2, 3-rasm) ramka 1, qo'llab-quvvatlovchi yuqori tayanch 2 va pastki taglik 3, shuningdek, ushbu asoslarga perpendikulyar o'rnatilgan yuk ko'taruvchi qismlar 5 ni o'z ichiga oladi. Poydevorlar orasiga germetik tarzda asal qolipi shaklidagi plomba 4 o'rnatilgan. Kosmik kemaning elektr ta'minoti tizimining 7 sensor elementlari 2-ustki poydevorga o'rnatilgan.

Har bir chuqurchaning yon yuzalarida plomba 4 va yuk ko'taruvchi qismlar 5, prototipdan farqli o'laroq, har bir versiyada chuqurchalarning ichki hajmlarini bir-biri bilan va tashqi muhit bilan bog'laydigan drenaj teshiklari 6 mavjud (A ko'rinishi va bo'limga qarang). BB bo'ylab).

1-variantda (1-rasm) chuqurchaning ichki hajmlari tashqi muhit bilan 1-ramkada, hech bo'lmaganda uning elementlaridan birida qilingan drenaj teshiklari 6 orqali aloqa qiladi.

2-variantda (2-rasm) ko'plab chuqurchalar ichki hajmlari tashqi muhit bilan uning poydevori maydoni bo'ylab teng ravishda joylashgan yuk ko'taruvchi pastki poydevorda 3 qilingan drenaj teshiklari 6 orqali aloqa qiladi.

3-variantda (3-rasm) chuqurchaning ichki hajmlari tashqi muhit bilan 1-ramkada, hech bo'lmaganda uning elementlaridan birida, shuningdek yuk ko'taruvchi pastki tagida 3 qilingan drenaj teshiklari 6 orqali aloqa qiladi. uning asosining maydoni bo'ylab teng ravishda joylashgan.

Drenaj teshiklarining panel asoslari maydoni bo'ylab bir xil joylashishi tufayli agregat chuqurchalardagi bosimning bir xil yoki bir xil taqsimlanishi va natijada panel asoslariga ta'sir qiluvchi bosim farqlari ta'minlanadi. Bu notekis bosim farqlari tufayli panel elementlarining birlashmasidagi stress kontsentratsiyasini yo'q qiladi, bu panelni ishlab chiqarish texnologiyasini soddalashtirishga va uni ishlab chiqarishda yashirin nuqsonlar mavjud bo'lganda, masalan, individual ravishda ishlashda ishonchliligini oshirishga olib keladi. ko'plab chuqurchalar yadrosining elementlari yuk ko'taruvchi asoslarga yopishtirilmagan.

Panelni drenajlash variantini tanlash konstruktiv va konstruktiv xususiyatlarni hisobga olgan holda raketaning parvoz yo'li bo'ylab panellar asoslariga ta'sir qiluvchi ruxsat etilgan operatsion yuklar bilan belgilanadi. texnologik xususiyatlar panellar ishlab chiqarish.

Ramkadagi 1, to'ldiruvchi chuqurchalar 4, bo'linmalar 5 va pastki poydevor 3 dagi drenaj teshiklarining umumiy samarali maydoni raketaning ma'lum bir parvoz yo'li uchun (1), (2) va () munosabatlari bilan belgilanadi. 3), mos ravishda 1, 2 va 3 variantlari uchun, ushbu munosabatlarga kiritilgan a va b koeffitsientlarini hisobga olgan holda, ular raketa traektoriyasining parametrlariga bog'liq.

Formulalar (1), (2) va (3) o'z ichiga oladi matematik tavsif drenaj teshiklarining nisbiy umumiy samarali maydoniga bog'liqligi m.GIF; ·LV parvoz yo'li bo'ylab maksimal bosim tushishidan S/V D.GIF; P va quvvat bo'limlari 5, yuqori tayanch 2 va pastki taglik 3 bo'lgan to'ldiruvchining drenajlangan chuqurchalari orqali hosil bo'lgan gaz-dinamik o'zaro bog'langan idishlar tizimidagi gaz muhiti oqimini tahlil qilish natijalaridan olingan. tashqi muhit.

Raketa fanida 1-ramka uglerod tolasidan, yuk ko'taruvchi asoslar 2 va 3, shuningdek, yuk ko'taruvchi qismlar 5 titandan qilingan. Asal ko'rinishidagi yadro 4 alyuminiy qotishmasidan qilingan va panelning yuqori poydevoriga 2 va pastki poydevoriga 3, masalan, VKV-9 aviatsiya elimi yordamida germetik tarzda biriktirilgan. Shuningdek, sezgir elementlar 7 SB yuqori taglikka 2 biriktirilgan.

SB KA tashuvchi paneli quyidagicha ishlaydi.

Plomba 4 va panel elementlarining (1, 2 va 3-rasm) har bir chuqurchaning lateral yuzalarida prototipdan farqli o'laroq, bosh birligining bir qismi sifatida kosmik kemaning parvozi paytida drenaj teshiklari 6 qilinganligi sababli. raketaning, shuningdek, kosmik kemaning avtonom parvozida, yarmarkaning bosh blokini tushirgandan so'ng, gaz muhiti plomba 4 ning chuqurchalari, quvvat qismlari 5 o'rtasida oqadi va 1-ramkadagi drenaj teshiklari orqali oqib chiqadi. va pastki tayanch 6 tashqi muhitga (portlovchi bo'ylab bo'limga qarang). Gaz muhitining oqimi 4-to'ldiruvchining chuqurchalarida bosimni tenglashtirishda ahamiyatsiz kechikish bilan sodir bo'ladi.

Bunda gaz muhitining to'ldiruvchining 4 chuqurchalaridan tashqi muhitga chiqishi subsonik tezlikda uni to'ldiruvchining 4 chuqurchalarida to'sib qo'ymasdan sodir bo'ladi, chunki umumiy samarali maydonlar m.GIF; 2 ·S 2 drenaj teshiklari 6 ramka 1 va m.GIF; 3 ·S 3 - pastki bazada 3 ta jami samarali maydon m.GIF dan katta yoki unga tenglashtiriladi; 1 ·S 1 to‘ldiruvchi uyalar ichida 4 quvvatli qismlar 5 (m.GIF; 2 ·S 2 ≥.GIF; m.GIF; 1 ·S 1 , m.GIF; 3 ·S 3 ≥.GIF; m.GIF 1·S 1).

LV bosh birligining bir qismi sifatida kosmik kemaning parvozi paytida maksimal bosim tushishi D.GIF amalga oshiriladi; P (4-rasm), (1), (2) va (3) formulalarga muvofiq, 2 va 3-panellar asoslarida harakat qiladi. Bunday holda, to'ldiruvchining 4 uyasidan gazsimon muhit bosh parda ostidagi yopiq hajmga oqib o'tadi, bunda ruxsat etilgan maksimal bosim farqi, raketaning uchish yo'li bo'ylab tashqi bilan taqqoslanadi. bo'linmali drenaj tizimidan foydalangan holda ma'lum texnik yechim.

Kosmik kemaning avtonom parvozi paytida korpus paneli ichida atmosferaga yaqin (statik) ichki bosim P VN o'rnatiladi. atrofdagi atmosfera). O'zgarishlar D.GIF; Bunday holda, plomba 4 ning chuqurchalari orasidagi P bosimi, shuningdek, plomba 4 chuqurchalaridagi ichki bosim Pvn va panelning yuqori poydevori 2 va pastki poydevori 3 ga ta'sir qiluvchi Pnar tashqi muhiti, nolga yaqin.

Shunday qilib, panel elementlariga ta'sir qiluvchi bosim pasayishlari va unga o'rnatilgan kosmik kemaning elektr ta'minoti tizimining sezgir elementlari kamayadi. Shunday qilib, SB kosmik kemasining strukturaviy mustahkamligi kosmik kemaning massasini oshirmasdan oshiriladi, bu esa belgilangan vazifani bajarishga olib keladi.

Bundan tashqari, panel elementlariga ta'sir qiluvchi bosim farqlarining kamayishi hisobiga SB kosmik apparati panelini ishlab chiqarish va o'rnatish texnologiyasi soddalashtirilgan va uning ishlash ishonchliligi ortadi.

Proton raketasi tomonidan uchirilgan Yamal kosmik kemasi uchun ishlab chiqilgan kuzov paneli uchun olib borilgan hisob-kitoblar bosimning D.GIF ga tushishini ko'rsatdi; Panelning asosiga ta'sir qiluvchi P, prototip bilan solishtirganda, kattalik tartibida kamayadi va amalda nolga yaqinlashadi.

Ayni paytda texnik yechim tajriba sinovidan o‘tgan va korxona tomonidan ishlab chiqilayotgan kosmik kemalarda joriy etilmoqda.

Texnik yechimdan foydalanish mumkin har xil turlari Kosmik kemalar: Yerga yaqin, sayyoralararo, avtomatik, boshqariladigan va boshqa kosmik kemalar.

Texnik yechim aviatsiyada ham qo'llanilishi mumkin, masalan, SB panelini samolyot qanoti elementining bir qismi sifatida ishlatganda. Bunday holda, panel elementlaridagi drenaj teshiklarining samarali maydoni samolyotning parvoz yo'li bo'ylab qanot elementlariga ta'sir qiluvchi maksimal bosim farqlarini hisobga olgan holda aniqlanadi.

Adabiyot

1. Aviatsiya. Entsiklopediya. M.: TsAGI, 1994, 529-bet.

2. Ikki asr bo‘sag‘asida (1996-2001 yillar). Ed. akad. Yu.P.Semenova. M.: S.P. Korolev nomidagi "Energiya" RSC, 2001, 834-bet.

3. Patent RU 2145563 C1.

Talab

1. Kosmik kema quyosh batareyasining tayanch paneli, o'z ichiga rom, qo'llab-quvvatlovchi yuqori va pastki tagliklari bo'lib, ular orasida chuqurchalar shaklidagi plomba germetik tarzda o'rnatiladi va poydevorga perpendikulyar quvvat bo'laklari drenaj teshiklari orqali amalga oshiriladi. to'ldiruvchi va quvvat bo'linmalarining har bir chuqurchasining yon yuzalari, hujayralarning ichki hajmlarini bir-biri bilan bog'laydi va kamida bitta ramka elementida hujayralarning ichki hajmlarini tashqi muhit bilan bog'laydigan drenaj teshiklari mavjud, shu bilan birga jami Hujayralar, yuk ko'taruvchi qismlar va ramkalardagi drenaj teshiklarining samarali maydoni nisbatlar bo'yicha aniqlanadi.

S 2 - ramkadagi drenaj teshiklarining umumiy maydoni, sm 2;

m.GIF; 2 - ramkadagi drenaj teshiklarining oqim tezligi;

a, b - raketaning traektoriya parametrlariga bog'liq bo'lgan koeffitsientlar, ramkadagi drenaj teshiklarining samarali maydonining panel asoslariga ta'sir qiluvchi traektoriya bo'ylab maksimal bosim tushishiga bog'liqligi egri chizig'iga yaqinlashadi.

2. Kosmik kema quyosh batareyasining tayanch paneli, o'z ichiga rom, qo'llab-quvvatlovchi yuqori va pastki tagliklari bo'lib, ular orasida chuqurchalar shaklidagi plomba germetik tarzda o'rnatiladi va poydevorga perpendikulyar bo'lgan quvvat bo'linmalari drenaj teshiklari bilan ajralib turadi. plomba va quvvat bo'linmalarining har bir chuqurchalarining yon yuzalari, asal qoliplarining ichki hajmlarini bir-biri bilan bog'laydi va panelning pastki tagida drenaj teshiklari uning yuzasi bo'ylab teng ravishda amalga oshiriladi, chuqurchalarning ichki hajmlari bilan bog'lanadi. tashqi muhit, ko'plab chuqurchalar, quvvat bo'limlari va panelning pastki poydevoridagi drenaj teshiklarining umumiy samarali maydoni nisbatlardan aniqlanadi.

m.GIF; 1 ·S 1 /V=a·D.GIF; P-b,

bu erda S 1 - chuqurchalar va quvvat bo'linmalarining yon yuzalarida drenaj teshiklarining umumiy maydoni, sm 2;

S 3 - panelning pastki poydevoridagi drenaj teshiklarining umumiy maydoni, sm 2;

V - hujayralardagi gaz muhitining umumiy hajmi, m3;

m.GIF; 1 - chuqurchalar va quvvat bo'linmalarining yon yuzalarida drenaj teshiklarining oqim tezligi;

m.GIF; 3 - panelning pastki poydevoridagi drenaj teshiklarining oqim tezligi;

D.GIF; P - panel asosiga ta'sir qiluvchi raketa uchish yo'li bo'ylab gaz muhitining maksimal bosim farqi, kgf / sm 2;

a, b - raketaning traektoriya parametrlariga bog'liq bo'lgan koeffitsientlar, panelning pastki poydevoridagi drenaj teshiklarining samarali maydonining poydevorga ta'sir qiluvchi traektoriya bo'ylab maksimal bosim tushishiga bog'liqligi egri chizig'iga yaqinlashadi. paneldan.

3. Kosmik kema quyosh batareyasining qo'llab-quvvatlovchi paneli, qo'llab-quvvatlovchi yuqori va pastki tagliklari, ular orasiga germetik tarzda o'rnatiladigan chuqurchalar shaklidagi plomba va poydevorlarga perpendikulyar bo'lgan quvvat bo'linmalari, drenaj teshiklari orqali amalga oshirilishi bilan tavsiflanadi. har bir to'ldiruvchi ko'plab chuqurchalar va quvvat bo'linmalarining yon yuzalari, chuqurchalarning ichki hajmlarini bir-biri bilan bog'laydi va ramkaning kamida bitta elementida va panelning pastki tagida drenaj teshiklari uning yuzasi bo'ylab teng ravishda amalga oshiriladi; chuqurchalarning ichki hajmlarini tashqi muhit bilan bog'lash, shu bilan birga chuqurchalar, quvvat bo'limlari, ramka va panelning pastki poydevoridagi drenaj teshiklarining umumiy samarali maydoni munosabatlardan aniqlanadi.

m.GIF; 1 ·S 1 /V=a·D.GIF; P-b,

m.GIF; 2 ·S 2 /V≥.GIF; m.GIF; 1 S 1 / V,

m.GIF; 3·S 3 /V≥.GIF; m.GIF; 1 S 1 /V,

bu erda S 1 - chuqurchalar va quvvat bo'linmalarining yon yuzalarida drenaj teshiklarining umumiy maydoni, sm 2;

S 2, S 3 - paneldagi ramka va pastki poydevordagi drenaj teshiklarining umumiy maydoni, mos ravishda, sm 2;

V - hujayralardagi gaz muhitining umumiy hajmi, m3;

m.GIF; 1 - chuqurchalar va quvvat bo'linmalarining yon yuzalarida drenaj teshiklarining oqim tezligi;

m.GIF; 2 , m.GIF; 3 - mos ravishda paneldagi ramka va pastki taglikdagi drenaj teshiklarining oqim koeffitsientlari;

D.GIF; P - panel asosiga ta'sir qiluvchi raketa uchish yo'li bo'ylab gaz muhitining maksimal bosim farqi, kgf / sm 2;

a, b - raketaning traektoriya parametrlariga bog'liq bo'lgan koeffitsientlar, panelning ramka va pastki poydevoridagi drenaj teshiklarining samarali maydonining harakat traektoriyasi bo'ylab maksimal bosim farqiga bog'liqligi egri chizig'iga yaqinlashadi. panelning asosi.