Электрическая система Международной космической станции - Electrical system of the International Space Station

Крыло солнечной батареи Международной космической станции (Экспедиция 17 экипаж, август 2008 г.).
Солнечная панель МКС пересекается земной шар с горизонт.

В электрическая система Международной космической станции является важным ресурсом для Международная космическая станция (МКС), потому что это позволяет экипажу комфортно жить, безопасно управлять станцией и проводить научные эксперименты. Электрическая система МКС использует солнечные батареи напрямую преобразовывать солнечный свет в электричество. Большое количество ячеек собрано в массивы для получения высоких уровней мощности. Этот метод запряжения солнечная энергия называется фотогальваника.

В процессе сбора солнечного света, преобразования его в электричество, управления и распределения этого электричества накапливается избыточное тепло, которое может повредить оборудование космического корабля. Это тепло необходимо устранить для надежной работы космическая станция на орбите. Энергосистема МКС использует радиаторы для отвода тепла от космического корабля. Радиаторы защищены от солнечного света и ориентированы в сторону холодной пустоты глубокого космоса.

Крыло солнечной батареи

Крупным планом вид сложенной солнечной батареи.
Повреждение крыла 4B крыла солнечной батареи P6, обнаруженное при повторном развертывании после перемещения в окончательное положение на СТС-120 миссия.
Смотрите также: Интегрированная ферменная конструкция § Подсистемы фермы

Каждое крыло солнечной батареи МКС (часто сокращенно «SAW») состоит из двух выдвижных «одеял» из солнечных элементов с мачтой между ними. В каждом крыле используется почти 33000 солнечных элементов, а в полностью выдвинутом состоянии длина составляет 35 метров (115 футов), а ширина - 12 метров (39 футов).[1] В сложенном состоянии каждое крыло складывается в защитный бокс для солнечных батарей высотой всего 51 сантиметр (20 дюймов) и длиной 4,57 метра (15 футов).[2] МКС теперь имеет полный комплект из восьми крыльев солнечных батарей.[3] В целом массивы могут генерировать около 240 киловатт под прямыми солнечными лучами, или от 84 до 120 киловатт средней мощности (чередование солнечного света и тени).[4]

Солнечные батареи обычно отслеживают Солнце, с альфа подвес "используется в качестве основного вращения, чтобы следовать за Солнцем, когда космическая станция движется вокруг Земли, а" бета " подвес "используется для регулировки угла орбиты космической станции к эклиптика. В операциях используются несколько различных режимов слежения, от полного слежения за солнцем до режима уменьшения сопротивления (ночной планер и Солнцезащитный нож режимы), в режим максимизации перетаскивания, используемый для понижения высоты.

Аккумуляторы

Поскольку станция часто не находится под прямыми солнечными лучами, в ней используются аккумуляторные батареи. никель-водородные батареи для обеспечения непрерывного питания во время «затмения» части орбита (35 минут каждые 90 минут на орбите) Батареи гарантируют, что станция никогда не останется без электричества для поддержания систем жизнеобеспечения и проведения экспериментов. Во время солнечного участка орбиты происходит подзарядка аккумуляторов. Расчетный срок службы никель-водородных батарей составляет 6,5 лет, что означает, что они должны быть заменены несколько раз в течение ожидаемого 30-летнего срока службы станции.[5] Аккумуляторы и блоки заряда / разряда аккумуляторов производятся Космические Системы / Лорал (SS / L),[6] по контракту с Боинг.[7] Батареи N-H2 на ферме P6 были заменены в 2009 и 2010 годах дополнительными батареями N-H2, доставленными в рамках миссий Space Shuttle.[8] В фермах P6, S6, P4 и S4 есть батареи.[8]

С 2017 года никель-водородные батареи заменяются на литий-ионные батареи.[8] 6 января во время многочасового выхода в открытый космос начался процесс преобразования некоторых из самых старых батарей на МКС в новые литий-ионные.[8] Между этими двумя технологиями аккумуляторов есть ряд различий, и одно отличие состоит в том, что литий-ионные аккумуляторы могут выдерживать удвоенный заряд, поэтому при замене требуется только половина литий-ионных аккумуляторов.[8] Кроме того, литий-ионные батареи меньше, чем старые никель-водородные батареи.[8] Хотя срок службы литий-ионных аккумуляторов обычно короче, чем у никель-водородных аккумуляторов, так как они не могут выдержать столько циклов заряда / разряда, прежде чем претерпят заметную деградацию, литий-ионные аккумуляторы ISS рассчитаны на 60000 циклов и десять лет жизни, что намного больше Расчетный срок службы оригинальных Ni-H2 аккумуляторов составляет 6,5 лет.[8]

Управление питанием и распределение

Распределение электроэнергии на МКС

Подсистема управления и распределения электроэнергии работает при напряжении первичной шины, установленном на Vmp, то пиковая мощность солнечных батарей. На 30 декабря 2005 г., Vmp было 160 вольт постоянного тока (постоянный ток ). Он может измениться со временем по мере разрушения массивов под действием ионизирующего излучения. Переключатели с микропроцессорным управлением управляют распределением первичной энергии по станции.[нужна цитата ]

Блоки заряда / разряда батареи (BCDU) регулируют количество заряда, помещаемого в батарею. Каждый BCDU может регулировать ток разряда от двух батарей ORUs (каждый с 38 последовательно соединенными Ni-H2 ячеек) и может обеспечить космическую станцию ​​мощностью до 6,6 кВт. Во время инсоляции BCDU обеспечивает ток заряда для аккумуляторов и контролирует степень перезаряда аккумулятора. Каждый день BCDU и аккумуляторы проходят шестнадцать циклов зарядки / разрядки. Космическая станция имеет 24 БКДУ, каждый весом 100 кг.[6] BCDU предоставляются SS / L[6]

Блок последовательного шунтирования (SSU)

Восемьдесят две отдельные гирлянды солнечных батарей питают последовательный шунтирующий блок (SSU), который обеспечивает грубое регулирование напряжения на желаемом уровне. Vmp. SSU применяет «фиктивную» (резистивную) нагрузку, которая увеличивается по мере уменьшения нагрузки станции (и наоборот), поэтому массив работает при постоянном напряжении и нагрузке.[9] SSU предоставляются SS / L.[6]

Преобразование постоянного тока в постоянный

Преобразователь постоянного тока в постоянный блоки обеспечивают питание вторичной системы питания постоянным напряжением 124,5 В постоянного тока, позволяя напряжению первичной шины отслеживать точку пиковой мощности солнечных батарей.

Температурный контроль

Система терморегулирования регулирует температуру основной электроники распределения питания, батарей и связанной с ней управляющей электроники. Подробно об этой подсистеме можно прочитать в статье Внешняя активная система терморегулирования.

От станции к системе передачи энергии шаттла

Система передачи энергии от станции к шаттлу (SSPTS; произносится плюется) разрешено состыкованное Космический шатл использовать силу, предоставляемую Международной космической станции солнечные батареи. Использование этой системы сократило использование бортовой энергии шаттла. топливные элементы, что позволило ему оставаться в стыковке с космической станцией еще четыре дня.[10]

SSPTS был обновлением шаттла, который заменил блок преобразователя мощности сборки (APCU) новым устройством, называемым блоком передачи мощности (PTU). APCU был способен преобразовывать питание главной шины челнока 28 В постоянного тока в 124 В постоянного тока, совместимое с системой питания ISS 120 В постоянного тока. Это было использовано при первоначальном строительстве космической станции, чтобы увеличить мощность, доступную от российских Звезда сервисный модуль. PTU добавляет к этому возможность преобразовывать 120 В постоянного тока, подаваемое с МКС, в питание главной шины орбитального аппарата 28 В постоянного тока. Он способен передавать до 8 кВт энергии с космической станции на орбитальный аппарат. Благодаря этой модернизации и шаттл, и МКС смогли использовать системы питания друг друга, когда это было необходимо, хотя МКС больше никогда не требовалось использовать системы питания орбитального корабля.[нужна цитата ]

Во время миссии СТС-116, ПМА-2 (затем в переднем конце Судьба модуль) был изменен, чтобы разрешить использование SSPTS.[11] Первой миссией по практическому использованию системы была СТС-118 с Космический шатл Стараться.[12]

Только Открытие и Стараться были оснащены SSPTS. Атлантида был единственным шаттлом, не оборудованным SSPTS, поэтому он мог выполнять только более короткие миссии, чем остальной флот.[13]

Рекомендации

  1. ^ «Расправь крылья, пора лететь». НАСА. 26 июля 2006 г.
  2. ^ «СТС-97: Сборка фотоэлектрических решеток». НАСА. 9 ноября 2000 г. Архивировано с оригинал 23 января 2001 г.
  3. ^ «Международная космическая станция - Солнечная энергия». Боинг.
  4. ^ Райт, Джерри. «Солнечные батареи». НАСА. Получено 2016-03-23.
  5. ^ "Срок службы никель-водородных батарей для Международной космической станции". НАСА. Архивировано из оригинал на 25 августа 2009 г.
  6. ^ а б c d "Международная космическая станция" (PDF). Космические системы Лорал. Февраль 1998. Архивировано с оригинал (PDF) 27 декабря 2014 г.
  7. ^ «Space Systems / Loral заключила контракт на 103 миллиона долларов на строительство критических систем энергоснабжения для Международной космической станции» (Пресс-релиз). Loral. 8 июля 2003 г. Архивировано с оригинал 28 сентября 2007 г.
  8. ^ а б c d е ж грамм «EVA-39: выходцы в открытый космос завершают модернизацию батарей МКС». 13 января 2017 г.. Получено 13 июля, 2020.
  9. ^ «Изучены варианты управления электрическими опасностями для солнечных батарей космической станции для последовательной замены шунтирующих блоков». НАСА. Архивировано из оригинал на 2006-10-08.
  10. ^ «Интервью экипажа STS-118, станция для энергосистемы шаттла». space.com.
  11. ^ «Перечень переключателя полезной нагрузки кормовой кабины экипажа для передачи». Контрольный список восхождения STS-116 (PDF). Управление летного проектирования и динамики управления полетами. 19 октября 2006 г. с. 174.
  12. ^ "Отчет № 05 о состоянии ЦУП STS-118". НАСА. 10 августа 2007 г.
  13. ^ Гебхардт, Крис (16 ноября 2009 г.). «Проблема с топливным элементом 2 решена - Atlantis в идеальном запуске». NASAspaceflight.com.

внешняя ссылка