Солнечная космическая электростанция и автономная фотоизлучающая панель



Солнечная космическая электростанция и автономная фотоизлучающая панель
Солнечная космическая электростанция и автономная фотоизлучающая панель
Солнечная космическая электростанция и автономная фотоизлучающая панель
Солнечная космическая электростанция и автономная фотоизлучающая панель
Солнечная космическая электростанция и автономная фотоизлучающая панель
Солнечная космическая электростанция и автономная фотоизлучающая панель
Солнечная космическая электростанция и автономная фотоизлучающая панель
Солнечная космическая электростанция и автономная фотоизлучающая панель
Солнечная космическая электростанция и автономная фотоизлучающая панель
Солнечная космическая электростанция и автономная фотоизлучающая панель
Солнечная космическая электростанция и автономная фотоизлучающая панель
Солнечная космическая электростанция и автономная фотоизлучающая панель
Солнечная космическая электростанция и автономная фотоизлучающая панель

 


Владельцы патента RU 2492124:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" (RU)

Изобретения относятся к космической энергетике и могут быть использованы для передачи электроэнергии в форме лазерного излучения на поверхность Земли, а также - для проведения высокоточных измерений в космосе, передачи информации и др. Солнечная космическая электростанция включает в себя базовый модуль (1), зеркальную систему (2), сумматор лазерного излучения (3), направленный на зеркальную систему (2), и фотопреобразующие панели (4) снаружи базового модуля (1). Каждая панель (4) выполнена из панелей двух видов: фотоэлектрических панелей (5) и автономных фоюизлучающих панелей (6). Последние соединены в цепочку с возможностью самораскрытия и выстраивания при раскрытии плоской замкнутой зигзагообразной фигуры. Панели (5) смонтированы в начале цепочки панелей (5, 6), причем первая из них соединена с базовым модулем (1). В этом модуле имеются системы: управления (8), охлаждения (11) и питания (12). Каждая панель (5) электрически соединена с системой питания (12). Каждая автономная панель (6) выполнена в виде каркаса, в торцевой части которого установлены линзы Френеля с соосно расположенными под ними фотопреобразователями (не показаны). В нижней части указанного каркаса, на его основании, расположены накопители энергии, блок управления панели (6) и волоконные лазеры с блоками накачки и сумматором лазерного излучения. Фотопреобразователи панели (6) электрически соединены через накопители энергии с блоками накачки и управления. Сумматоры каждой автономной панели (6) соединены с указанным сумматором оптоволоконным кабелем (30). Технический результат изобретений состоит в повышении эффективности, надежности и долговечности работы солнечной электростанции, а также в расширении функциональных возможностей фотоизлучающих панелей и области их применения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

Изобретения относятся к космической технике и, в частности, к энергетике и может быть использовано в космической технике для преобразования солнечной энергии в электрическую и передачи ее на поверхность Земли, Луны или другим объектам лазерным излучением. При этом второе изобретение, используемое в первом, может иметь более широкое применение, а именно на объектах космической техники для проведения с его помощью высокоточных угломерных и геометрических и дистанционных измерений, для передачи информации, а также в качестве сигнального устройства для обнаружения или слежения за космическими или спускаемыми аппаратами, и на Земле в геодезии и картографии в качестве марки.

Известен космический аппарат для дистанционной передачи энергии, который включает в себя солнечную энергетическую установку, приборно-агрегатный отсек с системами управления, систему охлаждения и систему дистанционной передачи энергии в виде лазерного излучения (заявка на изобретение RU №94032672/11 от 08.09.1994, B64G 9/00, дата публикации: 10.07.1996 г.). Недостатками данной конструкции являются: выполнение устройства для дистанционной передачи энергии в виде одного мощного лазера, что приводит к недостаточной надежности и долговечности станции, так как выход из строя или сбой в работе лазера и устройств, обеспечивающих его работу, приводит к выходу из строя всей космической электростанции

Известна также солнечная космическая электростанция (СКЭС), включающая в себя базовый модуль, содержащий систему управления с управляющим компьютером, систему охлаждения и систему питания, соединенные с ним фотопреобразующие панели, и устройство дистанционной передачи энергии, включающее зеркальную систему (презентационные материалы фирмы «ASTRIUM», Прага, 01.10.2010 г.и сайт указанной компании - www. astrium.eads.net). Недостатками данной конструкции являются: выполнение устройства для дистанционной передачи энергии в виде одного мощного лазера, что приводит к недостаточной надежности и долговечности станции, так как выход из строя или сбой в работе лазера и устройств, обеспечивающих его работу (многоконтурная система охлаждения), приводит к выходу из строя всей космической электростанции, кроме того, выполнение фотопреобразующей панели в виде тонкопленочных солнечных батарей также, имеет ряд недостатков, таких как низкий КПД, большие энергетические потери в кабельной сети, ее большие размеры и вес, что также приводит к снижению эффективности, надежности и долговечности станции. Выполнение многоконтурной системы охлаждения, необходимой для обеспечения работы мощного лазера также снижает надежность работы СКЭС за счет сложности и веса конструкции. Данное техническое решение является наиболее близким к предлагаемой космической солнечной электростанции и выбрано в качестве прототипа.

Техническое решение по предлагаемому изобретению направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности, надежности и долговечности работы СКЭС.

Указанный технический результат достигается тем, что, как и в известной, взятой за прототип, солнечной космической электростанции, включающей в себя базовый модуль, содержащий систему управления с управляющим компьютером, систему охлаждения и систему питания, фотопреобразующие панели, соединенные с базовым модулем, и устройство дистанционной передачи энергии, включающее зеркальную систему, в предлагаемой солнечной космической электростанции каждая фотопреобразующая панель выполнена в виде системы из панелей двух видов - фотоэлектрических панелей и автономных фотоизлучающих панелей (АФИП) соединенных между собой с возможностью самораскрытия, например, в виде приводов из металла с памятью, и выстраивания в замкнутую плоскую зигзагообразную фигуру. Фотоэлектрические панели смонтированы вначале цепочки панелей и первая из них соединена с базовым модулем. Каждая фотоэлектрическая панель представляет собой фотоэлектрическую батарею, смонтированную в каркасе в виде шестиугольной призмы из углепластика. Верхний торец каркаса представляет собой сетчато-стержневую конструкцию, в ячейках сетки которой смонтированы линзы Френеля, с расположенными в их фокусах и электрически соединенными с системой питания базового модуля фотопреобразователями, закрепленными на теплоотводящем основании каркаса, с которым соединены стержни верхнего торца каркаса. Каждая автономная фотоизлучающая панель состоит из каркаса в виде шестиугольной призмы из углепластика с теплоотводящим основанием и верхним торцем, выполненным в виде сетчато-стержневой конструкции, в ячейках которой смонтированы линзы Френеля. Стержни каркаса соединены с системой теплоотвода фотопреобразователей, соосных линзам Френеля. При этом указанная система теплоотвода представляет собой сетчато-стержневую конструкцию из углепластика с примесью карбида кремния в количестве 20%-25%, на узлах которой расположены фотопреобразователи, между которыми проложен слой теплоизоляционного материала, а ее стержни, закрепленные на узлах с противоположной стороны сетки, соединены с теплоотводящим основанием каркаса. Кроме того, внутри каркаса, на его основании, смонтированы блок управления фотоизлучающей панелью с приемно-передающей антенной, устройство преобразования электрической энергии в световую, в виде волоконных лазеров с блоками накачки, сумматор и накопители энергии. При этом фотопреобразователи электрически соединены с блоками накачки и блоком управления через накопители энергии. Устройство дистанционной передачи энергии также снабжено сумматором лазерного излучения, а сумматоры каждой фотоизлучающей панели соединены с сумматором системы дистанционной передачи энергии посредством оптоволоконного кабеля. Указанный сумматор направлен на зеркальную систему. Система управления базового модуля включает в себя радиопередатчик управления работой автономных фотоизлучающих панелей и приемно-передающую антенну связи с наземным сегментом.

Отказ от одного мощного лазера за счет выполнения фотопреобразующих панелей в виде цепочки из фотоэлектрических панелей, вырабатывающих энергию для питания базового модуля, и автономных фотоизлучающих панелей, каждая из которых включает в себя несколько маломощных волоконных лазеров с блоками накачки и, питающими их фотоэлектрическими батареями, позволило повысить эффективность, надежность и долговечность работы КСЭС, так как фотоизлучающие панели выполнены автономными, то выход из строя лазеров одной АФИП не влияет на работу остальных АФИП и космической электростанции в целом, происходит только потеря некоторой части мощности. Выполнение фотопреобразующих панелей в виде цепочки из фотоэлектрических и автономных фотоизлучающих панелей, соединенных между собой приводами из металла с памятью и с возможностью образовывать при раскрытии плоскую замкнутую зигзагообразную фигуру, позволяет получить достаточно компактную конструкцию, в отличие от взятой за прототип СКЭС, где фотопреобразующие панели выполнены по тонкопленочной технологии и раскрыты при помощи длинной астромачты, что также влияет на эффективность, надежность и долговечность СКЭС, так как тонкопленочная технология дает низкий КПД, большие энергетические потери в кабельной сети, а также большие размеры и вес в обеспечение жесткости конструкции. Размещение нескольких маломощных лазеров в каждой АФИП позволило использовать для них вместо сложной многоконтурной системы охлаждения более простую, например выполнение основания каркаса АФИП в виде металлической теплоотводящей пластины, что также влияет на надежность и вес конструкции. Кроме того, выполнение фотоизлучающих панелей автономными позволяет наращивать их количество как после сборки СКЭС, так и в процессе ее эксплуатации, что также сказывается на ее эффективности.

Известно автономное устройство, преобразующее солнечную энергию в световую, состоящее из каркаса, устройства преобразования солнечной энергии в электрическую и, смонтированных внутри каркаса, на его основании, блока управления, устройства преобразования электрической энергии в световую и, соединенных с указанными устройствами, накопителей энергии (патент на полезную модель RU №110857 от 16.06.2011, B64G 3/00, H01L 33/00, G08G 1/09). В данном устройстве преобразование солнечной энергии в электрическую осуществляется посредством солнечных батарей, смонтированных на внешней поверхности каркаса, а устройство преобразования электрической энергии в световую выполнено в виде сборки лазерных диодов и системы линз, устройство используется в качестве сигнального устройства для обнаружения или слежения за космическими или спускаемыми аппаратами, а также в космической геодезии для высокоточных угломерных измерений. Недостатками данного устройства являются невозможность его использования в космической энергетике в качестве фотопреобразующих элементов в СКЭС, так как преобразование солнечной энергии в электрическую осуществляется посредством солнечных батарей, расположенных на внешней боковой поверхности каркаса и невозможность собрать их в большую фотопреобразующую панель, например, для использования в солнечных космических электростанциях, предложенной конструкции, кроме того, данное устройство образует луч с большим углом расходимости света и не может использоваться для передачи выработанной энергии из космоса потребителю.

Решение, известное из патента RU №110857, принято в качестве прототипа для предлагаемого изобретения, относящегося к автономной фотоизлучающей панели.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей устройства и, соответственно, области его применения, в частности в космических солнечных электростанциях, в фотопреобразующих панелях.

Предлагаемая автономная фотоизлучающая панель, как и наиболее близкое к нему устройство, содержит каркас с основанием, устройство преобразования солнечной энергии в электрическую и, смонтированные внутри каркаса, на его основании, блок управления, устройство преобразования электрической энергии в световую и, соединенные с указанными устройствами, накопители энергии.

Для достижения вышеуказанного технического результата, устройство преобразования солнечной энергии в электрическую смонтировано внутри каркаса, в его верхней части, отделено от нижней части слоем теплоизоляции. Устройство преобразования солнечной энергии в электрическую представляет собой фотоэлектрическую батарею, выполненную в виде набора оптических линз Френеля и расположенных в их фокусах фотопреобразователей с системой теплоотвода. Основание каркаса выполнено теплоотводящим и соединено с системой теплоотвода фотопреобразователей. Устройство преобразования электрической энергии в световую представляет собой волоконные лазеры с блоками накачки и сумматором лазерного излучения. Фотопреобразователи, расположенные в верхней части каркаса, электрически соединены через накопители энергии с блоками накачки волоконных лазеров и блоком управления АФИП с приемно-передающей антенной.

Предлагаемое техническое решение позволяет использовать его как в качестве сигнального устройства и для навигации, так и, например, в космических солнечных электростанциях в фотопреобразующих панелях. Выполнение устройства для преобразования солнечной энергии в электрическую в виде фотоэлектрической батареи и размещение ее в верхней части каркаса позволяет перерабатывать солнечную энергию в электрическую, при этом боковые грани каркаса свободны и могут соединяться с другими такими же автономными фотоизлучающими панелями (АФИП), образуя плоские конструкции большой площади любой конфигурации, в частности в СКЭС по первому изобретению. При этом, так как в каждой АФИП смонтированы собственные маломощные волоконные лазеры с блоками их накачки то, соответственно, каждая АФИП не только вырабатывает электрическую энергию, но и преобразует ее в световую и по оптическому волокну может как передавать ее на Землю или другой объект (использование в навигации или сигнальных устройствах), так и при суммировании потоков ото всех АФИП (использование в СКЭС) возникает возможность вырабатывать и передавать большой объем энергии из космоса потребителю с помощью лазерного луча.

Предложенная конструкция АФИП позволяет использовать ее не только в космосе, но и на Земле, в геодезии и картографии в качестве марки с большей эффективностью, чем прототип, так как расположение фотоэлектрической батареи для преобразования солнечного света в электрическую энергию в верхней части каркаса, а не на его боковых гранях как в прототипе, позволяет исключить затенение батареи, например, растительностью, при этом передача света по гибкому волокну (волоконный лазер), позволяет направить луч в любую сторону.

Использование в АФИП в качестве оптических линз линзы Френеля, которые обладают меньшей массой при тех же характеристиках по сравнению с классическими обычными и большей концентрацией, улучшает работу, повышает надежность и эффективность АФИП. Фотоэлектрические преобразователи представляют собой гетероструктурные солнечные элементы, так как они обладают значительно более высоким КПД по сравнению с тонкопленочными фотопреобразующими элементами, а накопители энергии выполнены в виде суперконденсаторов (понятие суперконденсатор является общеупотребимым и встречается в технической литературе, в частности см. журнал «Электроника: Наука, Технология, Бизнес», №7 за 2009 г.). Каркас целесообразно выполнять из углепластика в виде шестиугольной призмы, так как данный материал выбран из-за его отличительных свойств: высокой прочности, легкости, термостойкости, низкой теплопроводности, а выполнение в виде шестиугольной призмы позволяет при использовании в СКЭС, компактно размещать в сложенном виде под обтекателем, а в разложенном образовывать фигуру большой площади с минимальными зазорами между АФИП. При использовании в СКЭС, как один из вариантов, целесообразно систему теплоотвода фотопреобразующих элементов выполнять через теплоотводящее основание каркаса, например, в виде сетчато-стержневой конструкции из углепластика с примесью карбида кремния в количестве 20%-25% (данное соотношение обеспечивает оптимальное соотношение жесткости и теплопроводности конструкции), на узлах сетки, которой смонтированы фотопреобразователи, а стержни, закрепленные на узлах с противоположной стороны сетки, соединены с теплоотводящим основанием каркаса.

Каркас АФИП целесообразно выполнять в виде шестиугольной призмы из углепластика, верхний торец которой представляет собой сетчато-стержневую конструкцию, в ячейках которой расположены линзы Френеля, а стержни соединены с системой теплоотвода фотопреобразователей. В данном случае указанные стержни будут выполнять роль элементов жесткости конструкции.

Кроме того, блок управления АФИП снабжен приемно-передающей антенной для беспроводной связи, использование системы Wi-Fi позволяет исключить провода, что облегчает конструкцию и повышает ее надежность.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами фиг.1 - фиг.13, на которых показаны:

- на фиг.1 - функциональная схема СКЭС;

- на фиг.2 - фотоэлектрическая панель;

- на фиг.3 - фотоизлучающая панель;

- на фиг.4 - вид сверху фиг.3;

- на фиг.5 - функциональная схема фотоизлучающей панели СКЭС;

- на фиг.6 - функциональная схема фотоизлучающей панели;

- на фиг.7 - конструкция фотоизлучающей панели послойно;

- на фиг.8-фиг.13 - этапы раскрытия фотопреобразующих панелей.

На фиг.1 представлена функциональная схема СКЭС, включающей в себя базовый модуль 1, зеркальную систему 2, сумматор лазерного излучения 3 устройства дистанционной передачи энергии, направленный на зеркальную систему 2 и фотопреобразующие панели 4, закрепленные на внешней поверхности базового модуля 1.

Каждая фотопреобразующая панель 4 выполнена в виде системы из панелей двух видов - фотоэлектрических панелей 5 и автономных фотоизлучающих панелей 6, соединенных между собой в цепочку с возможностью самораскрытия посредством приводов 7, выполненных из металла с памятью, и выстраивания при раскрытии плоской замкнутой зигзагообразной фигуры (фиг.8-фиг.13). Фотоэлектрические панели 5 смонтированы вначале цепочки панелей 5, 6 (фиг.13) и первая из них соединена с базовым модулем 1.

Базовый модуль 1 включает в себя систему управления 8 с управляющим компьютером (не показан), радиопередатчик 9 управления работой автономных фотоизлучающих панелей 6 и приемно-передающую антенну 10 связи с наземным сегментом, а также систему охлаждения 11 и систему питания 12 с накопителями энергии (не показаны) (фиг.1).

Более детально конструкция фотоэлектрической панели 5 представлена на фиг.2.

Каждая фотоэлектрическая панель 5 представляет собой фотоэлектрическую батарею, смонтированную в каркасе 13 в виде шестиугольной призмы из углепластика, верхний торец которой представляет собой сетчато-стержневую конструкцию, в ячейках сетки которой смонтированы линзы Френеля 14, с расположенными в их фокусах и электрически соединенными с системой питания 12 базового модуля 1 фотопреобразователями 15, закрепленными на теплоотводящем основании 16 каркаса 13, с которым соединены стержни верхнего торца каркаса. Вырабатываемая фотопреобразователями 15 энергия направлена на питание управляющего компьютера системы управления 8. Каркас 13 последней в цепочке фотоэлектрической панели 5 соединен с каркасом 17 (фиг.13) первой автономной фотоизлучающей панели 6.

Более детально конструкция фотоизлучающей панели 6 представлена на фиг.3.

Каждая автономная фотоизлучающая панель 6 состоит из каркаса 17 в виде шестиугольной призмы из углепластика с теплоотводящим основанием 18 и верхним торцем, выполненным в виде сетчато-стержневой конструкции (фиг.4), в ячейках которой смонтированы линзы Френеля 19, стержни которой соединены с системой теплоотвода 20 фотопреобразователей 21, соосных с линзами Френеля 19, при этом данная система теплоотвода 20 представляет собой сетчато-стержневую конструкцию из углепластика с примесью карбида кремния в количестве 20%-25%, на узлах которой расположены фотопреобразователи 21, между которыми проложен слой теплоизоляционного материала 22, а ее стержни 23 соединены с теплоотводящим основанием 18 каркаса 17, кроме того, внутри каркаса 17, на его основании 18, смонтированы накопители энергии 24, блок управления 25 фотоизлучающей панелью 6 с приемно-передающей антенной 26, устройство преобразования электрической энергии в световую, в виде волоконных лазеров 27 с блоками накачки 28 и сумматор 29 (см. фиг.5), при этом фотопреобразователи 21 электрически соединены с блоками накачки 28 и блоком управления 25 через накопители энергии 24, кроме того, устройство дистанционной передачи энергии также снабжено сумматором 3 лазерного излучения, а сумматоры 29 каждой фотоизлучающей панели 6 соединены с сумматором 3 системы дистанционной передачи энергии посредством оптоволоконного кабеля 30, и указанный сумматор 3 направлен на зеркальную систему 2, при этом система управления базового модуля 8 включает в себя радиопередатчик 9 управления работой автономных фотоизлучающих панелей 6 и приемно-передающую антенну связи 10 с наземным сегментом.

Космическая солнечная электростанция работает следующим образом.

После выведения СКЭС на заданную орбиту, по команде с наземного пункта управления происходит раскрытие фотопреобразующих панелей 4 по определенному алгоритму и выстраивание каждой из них в плоскую замкнутую зигзагообразную фигуру. Затем происходит передача информации базовому модулю 1 по беспроводной связи (Wi-Fi) о состоянии раскрытия каждой фотопреобразующей панели 4, а также передача информации о внутреннем состоянии каждой АФИП 6 (фиг.5) (температура - термодатчики 31, целостность кабелей - датчики тока 32, заряд суперконденсаторов 24 -емкостные датчики 33, целостность оптоволокна - фотодатчики 34 и исправность блока управления 25 АФИП 6). Затем происходит установка канала радиосвязи посредством приемно-передающей антенны 10 с наземным сегментом и передача информации о состоянии СКЭС.

Когда СКЭС находится на освещенной части орбиты, электрический ток, вырабатываемый фотопреобразователями 21 АФИП 6, заряжает суперконденсаторы 24 и, параллельно, идет на питание блоков накачки 28, например, в виде линейки диодных лазеров, служащих для накачки волоконных лазеров 27. Количество волоконных лазеров 27 может варьироваться, исходя из условий оптимального соотношения количества передаваемой энергии и обеспечения достаточного теплоотвода основанием 18 для нормальной работы АФИП. Далее, в сумматоре 29 каждой фотоизлучающей панели 6 происходит суммирование потоков от каждого лазера 27. По оптоволокну 30 от каждой фотоизлучающей панели 6 излучение приходит на сумматор 3, направленный на зеркальную систему 2 устройства дистанционной передачи энергии СКЭС, откуда передается на наземный сегмент приема и преобразования лазерного излучения в электрическую энергию.

Когда солнечная космическая электростанция находится на неосвещенной части орбиты, электрический ток необходимый для питания блока управления 25 АФИП 6 и блоков накачки 28, выполненных, например, в виде линейки диодных лазеров, вырабатывается из накопителей энергии 24, например суперконденсаторов.

Фотопреобразователи 15 фотоэлектрических панелей 5 преобразуют солнечную энергию в электрическую и электрически соединены с системой питания 12 с накопителями энергии (не показаны) базового модуля 1 и вырабатываемая ими энергия направлена на питание управляющего компьютера системы управления 8.

В процессе работы СКЭС по запросам с Земли на базовый модуль 1 о проверке состояния автономных фотоизлучающих панелей 6, запрос передается на блок управления 25 АФИП 6 посредством безпроводной связи (радиопередатчик 9 базового модуля 1 - приемно-передающая антенна 26 каждой АФИП 6), в случае если одна из АФИП 6 (или несколько) выйдет из строя, то блок управления 8 даст команду на их отключение, а вся СКЭС будет продолжать работать, хотя и с меньшей эффективностью, благодаря выполнению фотоизлучающих панелей 6 автономными. Так как на каждой АФИП установлены несколько маломощных лазеров 27, то теплоотведение обеспечивает основание 18 каркаса 17 (например, в виде металлической пластины), система теплоотведения будет соответственно более надежной и легкой, также и исключение мощного лазера из базового модуля, позволяет отказаться от сложной системы теплоотвода базового модуля, что также влияет на эффективность работы СКЭС.

Предлагаемая автономная фотоизлучающая панель, функциональная схема которой показана на фиг.6, а конструкция послойно на фиг.7, состоит из каркаса 1 с основанием 2, устройства 3 преобразования солнечной энергии в электрическую (фиг.6) и, смонтированных внутри каркаса 1, на его основании 2, блока управления 4, устройства 5 (фиг.6) преобразования электрической энергии в световую и, соединенных с указанными устройствами 3, 5 и блоком управления 4 накопителей энергии 6. Устройство 3 преобразования солнечной энергии в электрическую смонтировано внутри каркаса 1, в его верхней части и отделено от нижней части слоем теплоизоляции 7. Устройство 3 представляет собой фотоэлектрическую батарею, выполненную в виде набора оптических линз Френеля 8 и расположенных в их фокусах фотопреобразователей 9 с системой теплоотвода 10. Основание 2 каркаса 1 выполнено теплоотводящим, например, в виде металлической пластины и соединено с системой теплоотвода 10 фотопреобразователей 9. Устройство 5 преобразования электрической энергии в световую представляет собой, установленные на теплоотводящем основании 2, волоконные лазеры 11 с блоками накачки 12 и сумматором 13 лазерного излучения. Блок управления 4 включает в себя приемно-передающую антенну 14 (фиг.6) и также установлен на теплоотводящем основании 2. Количество устанавливаемых лазеров, подбирается с учетом конкретной решаемой задачи. Фотопреобразователи 9, расположенные в верхней части каркаса 1, электрически соединены через накопители энергии 6, установленные на теплоотводящем основании 2, с блоками накачки 12 волоконных лазеров 11 и блоком управления 4. Как один из возможных вариантов представлена система теплоотвода 10 фотопреобразователей 9, которая выполнена в виде сетчато-стержневой конструкции из углепластика с примесью карбида кремния в количестве 20%-25%, на узлах сетки, которой смонтированы фотопреобразователи 9, а стержни, закрепленные на узлах с противоположной стороны сетки, соединены с теплоотводящим основанием 2. Каркас 1 выполнен из углепластика, так как данный материал выбран из-за его отличительных свойств: высокой прочности, легкости, термостойкости, низкой теплопроводности. Выполнение в виде шестиугольной призмы представлено как один из вариантов выполнения. Фотоэлектрические преобразователи 9 представляют собой гетероструктурные солнечные элементы, так как они обладают значительно более высоким КПД по сравнению с другими фотопреобразующими элементами. Накопители энергии 6 выполнены в виде суперконденсаторов.

Каркас 1 автономной фотоизлучающей панели выполнен в виде шестиугольной призмы из углепластика, верхний те>рец которой представляет собой сетчато-стержневую конструкцию 15, в ячейках сетки которой расположены линзы Френеля 8, а стержни соединены с системой теплоотвода фотопреобразователей и служат для обеспечения жесткости конструкции.

Автономная фотоизлучающая панель работает следующим образом.

АФИП ориентируют в пространстве так, чтобы солнечные лучи падали перпендикулярно к поверхности линз Френеля 8. После фокусировки лучи света попадают на активную поверхность фотопреобразователей 9, которые осуществляют непосредственное преобразование энергии солнечного излучения в электрическую энергию и передачу ее через накопители энергии 6 на блоки накачки 12. Блоки накачки 12 активизируют волоконные лазеры 11, световая энергия от которых передается посредством оптоволокна на сумматор 13. Часть энергии от накопителей энергии 6 поступает на питание блока управления 4. С помощью приемно-передающей антенны 14 на блок управления 4 приходят команды о проверке состояния АФИП. (температура - термодатчики 16, целостность кабелей - датчики тока 17, заряд суперконденсаторов 6 - емкостные датчики 18, целостность оптоволокна - фотодатчики 19 и исправность блока управления 4 АФИП). После того, как блок управления 4 опросил все системы, подлежащие проверки, информация передается обратно на пункт управления. Если все системы работают нормально, то с пункта управления подается команда на включение АФИП. Если в ходе работы АФИП возникают неполадки, блок управления 4 автоматически передает информацию о неисправности АФИП на пункт управления, после чего с пункта управления подается команда на отключение неисправной АФИП.

В качестве сигнального устройства, предложенная АФИП будет работать аналогично устройству, взятому за прототип, т.е. когда космический аппарат, на котором установлена АФИП в качестве сигнального устройства, находится на освещенной части орбиты, солнечный свет, сфокусированный линзами Френеля, преобразуется в электрический ток фотопреобразователями 9 АФИП, который заряжает суперконденсаторы 6 и, параллельно, идет на питание блоков накачки 12, например, в виде линейки диодных лазеров, служащих для накачки волоконных лазеров 11. Далее, в сумматоре 13 происходит суммирование потоков от каждого лазера 11.

Когда космический аппарат на неосвещенной части орбиты, электрический ток необходимый для питания блока управления 4 АФИП и блоков накачки 12, выполненных, например, в виде линейки диодных лазеров, вырабатывается из накопителей энергии 6, например, суперконденсаторов.

Высокоточное определение угловых координат космических аппаратов осуществляется следующим образом: после начала работы АФИП, по сигналу устройства, входящего в состав блока управления (формируется в зависимости от решаемых задач) происходит импульсная модуляция сигнала. Характер светового сигнала устройства может быть дополнен кодировкой по продолжительности и частоте вспышек (обеспечивается кодирующим устройством блока управления), что позволит обеспечить уверенную идентификацию космического объекта искусственного происхождения.

Современные наземные оптические средства наблюдения позволяют уверенно наблюдать кодированные сигналы данного устройства.

Установка на борту космического аппарата источника направленного на наблюдателя оптического излучения может гарантировать как обнаружение объекта, так и его качественные позиционные измерения. Например, АФИП как источник света, установленная на облучателе остронаправленной антенны (ОНА) космического аппарата, будет светить в том же направлении, в которое направлена антенна, и оптический инструмент, расположенный, как правило, рядом с наземным пунктом радиосвязи, получит достаточно сильный световой поток, чтобы его регистрация была уверенной.

Все космические аппараты в каналах радиосвязи имеют ОНА. При характерном размере диаграммы направленности ОНА порядка градуса для ее работы требуется система ориентации той же точности, поэтому установка на наружной (нерабочей) части облучателя антенны предлагаемой АФИП в роли автономного сигнального устройства позволяет использовать узкий световой луч.

1. Солнечная космическая электростанция, включающая в себя базовый модуль, содержащий систему управления с управляющим компьютером, систему охлаждения и систему питания, фотопреобразующие панели, соединенные с базовым модулем, и устройство дистанционной передачи энергии, включающее зеркальную систему, отличающаяся тем, что каждая фотопреобразующая панель выполнена в виде системы из панелей двух видов: фотоэлектрических панелей и автономных фотоизлучающих панелей, соединенных между собой в цепочку с возможностью самораскрытия и выстраивания в замкнутую плоскую зигзагообразную фигуру, при этом фотоэлектрические панели смонтированы в начале цепочки панелей и первая из них соединена с базовым модулем, при этом каждая фотоэлектрическая панель представляет собой фотоэлектрическую батарею, смонтированную в каркасе в виде шестиугольной призмы из углепластика, верхний торец которой представляет собой сетчато-стержневую конструкцию, в ячейках сетки которой смонтированы линзы Френеля с расположенными в их фокусах и электрически соединенными с системой питания базового модуля фотопреобразователями, закрепленными на теплоотводящем основании каркаса, с которым соединены стержни верхнего торца каркаса, а каждая автономная фотоизлучающая панель состоит из каркаса в виде шестиугольной призмы из углепластика с теплоотводящим основанием и верхним торцом, выполненным в виде сетчато-стержневой конструкции, в ячейках которой смонтированы линзы Френеля и стержни которой соединены с системой теплоотвода фотопреобразователей, соосных с линзами Френеля, при этом указанная система теплоотвода представляет собой сетчато-стержневую конструкцию из углепластика с примесью карбида кремния в количестве 20%-25%, на узлах которой расположены фотопреобразователи, между которыми проложен слой теплоизоляционного материала, а стержни указанной конструкции, закрепленные на узлах с противоположной стороны сетки, соединены с теплоотводящим основанием каркаса, кроме того, внутри каркаса на его основании смонтированы блок управления фотоизлучающей панелью с приемно-передающей антенной, устройство преобразования электрической энергии в световую в виде волоконных лазеров с блоками накачки, сумматор лазерного излучения и накопители энергии, при этом фотопреобразователи электрически соединены с блоками накачки и блоком управления через накопители энергии, кроме того, устройство дистанционной передачи энергии также снабжено сумматором лазерного излучения, а сумматоры каждой фотоизлучающей панели соединены с сумматором системы дистанционной передачи энергии посредством оптоволоконного кабеля, причем указанный сумматор направлен на зеркальную систему, а система управления базового модуля включает в себя радиопередатчик управления работой автономных фотоизлучающих панелей и приемно-передающую антенну связи с наземным сегментом.

2. Солнечная космическая электростанция по п.1, отличающаяся тем, что каркасы фотоизлучающих и фотоэлектрических панелей соединены между собой посредством приводов из металла с памятью.

3. Автономная фотоизлучающая панель, состоящая из каркаса с основанием, устройства преобразования солнечной энергии в электрическую и смонтированных внутри каркаса на его основании блока управления, устройства преобразования электрической энергии в световую и накопителей энергии, соединенных с указанными устройствами и блоком управления, отличающаяся тем, что устройство преобразования солнечной энергии в электрическую смонтировано внутри каркаса, в его верхней части, отделено от нижней части слоем теплоизоляции и представляет собой фотоэлектрическую батарею, выполненную в виде набора линз Френеля и расположенных в их фокусах фотопреобразователей с системой теплоотвода, при этом основание каркаса выполнено теплоотводящим и соединено с системой теплоотвода фотопреобразователей, устройство преобразования электрической энергии в световую представляет собой волоконные лазеры с блоками накачки и сумматором лазерного излучения, при этом фотопреобразователи, расположенные в верхней части каркаса, электрически соединены через накопители энергии, установленные на теплоотводящем основании, с блоками накачки волоконных лазеров и блоком управления фотоизлучающей панелью, которая включает в себя приемно-передающую антенну.

4. Автономная фотоизлучающая панель по п.3, отличающаяся тем, что система теплоотвода фотопреобразователей представляет собой сетчато-стержневую конструкцию из углепластика с примесью карбида кремния в количестве 20-25%, на узлах сетки которой смонтированы фотопреобразователи, а стержни, закрепленные на узлах с противоположной стороны сетки, соединены с теплоотводящим основанием каркаса.

5. Автономная фотоизлучающая панель по п.3, отличающаяся тем, что каркас выполнен в виде шестиугольной призмы из углепластика, верхний торец которой представляет собой сетчато-стержневую конструкцию, в ячейках которой расположены линзы Френеля, а стержни соединены с системой теплоотвода фотопреобразователей.

6. Автономная фотоизлучающая панель по п.3, отличающаяся тем, что фотоэлектрические преобразователи представляют собой гетероструктурные солнечные элементы.

7. Автономная фотоизлучающая панель по п.3, отличающаяся тем, что накопители энергии выполнены в виде суперконденсаторов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при проектировании выносных конструкций космических аппаратов, преимущественно солнечных батарей (СБ).

Изобретение относится к наземным испытаниям раскрывающихся конструкций, преимущественно солнечных батарей (СБ), с имитацией условий невесомости. .

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при проектировании системы поворота солнечной батареи (СПСБ). .

Изобретение относится к системам электроснабжения космических аппаратов (КА). .

Изобретение относится к системам электроснабжения космических аппаратов. .

Изобретение относится к оборудованию космических аппаратов (КА) и, в частности, к подвижным элементам конструкции КА, имеющим электрическую связь с системой управления КА, например батареям солнечным (БС), антеннам, подвижным крышкам и др.

Изобретение относится к системам электроснабжения космических аппаратов (КА), а именно к батареям солнечным (БС). .

Изобретение относится к управлению ориентацией космического аппарата (КА) с неподвижными относительно корпуса КА панелями солнечных батарей (СБ). .

Изобретение относится к раскрывающимся конструкциям космических аппаратов таких, как солнечные батареи (СБ) или антенны. .

Изобретение относится к средствам наземной эксплуатации космических аппаратов с солнечными батареями. .

Изобретение относится к системам энергоснабжения наземных потребителей из космоса. .

Изобретение относится к сборке и испытаниям бортовых систем космического аппарата (КА), преимущественно системы электропитания телекоммуникационного КА. .

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при создании телекоммуникационных космических аппаратов. .
Изобретение относится к космическим транспортным системам, их энергообеспечению, способам доставки грузов в космос и организации грузообмена между космическими аппаратами.

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано при проектировании космических аппаратов (КА) негерметичного исполнения с радиационным охлаждением.

Изобретение относится к системам энергоснабжения космических аппаратов. .

Изобретение относится к средствам энергоснабжения космических аппаратов, а более конкретно - к системе энергообеспечения марсохода. .

Изобретение относится к области энергообеспечения космических аппаратов (КА). .

Изобретение относится к области энергоснабжения космических аппаратов. .

Изобретение относится к средствам получения и распространения спутниковых изображений земной поверхности. .
Наверх