El sistema de suministro de energía de la nave espacial ( sistema de suministro de energía , SEP ) - un sistema de nave espacial que proporciona energía a otros sistemas, es uno de los sistemas más importantes, en muchos aspectos determina la geometría de la nave espacial, el diseño, la masa y la vida activa. La falla del sistema de suministro de energía conduce a la falla de todo el aparato.
El sistema de suministro de energía generalmente incluye: una fuente primaria y secundaria de electricidad, convertidores, cargadores y automatización de control.
La potencia requerida de la planta de energía del aparato crece constantemente a medida que se dominan nuevas tareas. Así el primer satélite artificial de la Tierra ( 1957 ) tenía una planta de energía con una potencia de unos 40 W , el aparato Molniya-1+ ( 1967 ) tenía una planta de energía con una potencia de 460 W [1] , el satélite de comunicaciones Yahsat 1B (2011) - 12kW [2] .
Hoy en día, la mayor parte del equipo a bordo de las naves espaciales de fabricación extranjera funciona con un voltaje constante de 50 o 100 voltios. Si es necesario proporcionar al consumidor un voltaje alterno o un valor constante no estándar, se utilizan convertidores de semiconductores estáticos.
Varios generadores de energía se utilizan como fuentes primarias:
La composición de la fuente primaria incluye no solo el generador real de electricidad, sino también los sistemas que lo sirven, por ejemplo , el sistema de orientación de paneles solares .
A menudo, las fuentes de energía combinan, por ejemplo, una batería solar con una batería química.
Hasta la fecha, los paneles solares se consideran una de las opciones más confiables y mejor establecidas para proporcionar energía a las naves espaciales.
La potencia de radiación del Sol en la órbita terrestre es de 1367 W/m² . Esto le permite obtener alrededor de 130 W por 1 m² de superficie de paneles solares (con una eficiencia de 8 ... 13%). Los paneles solares están ubicados en la superficie exterior del aparato o en paneles rígidos desplegables. Para maximizar la energía que emiten las baterías, la perpendicular a su superficie debe dirigirse al Sol con una precisión de 10…15˚. En el caso de los paneles rígidos, esto se logra mediante la orientación de la propia nave espacial o mediante un sistema especializado de orientación de paneles solares electromecánicos autónomos , mientras que los paneles son móviles en relación con el cuerpo del aparato. En algunos satélites se utilizan baterías no orientables, colocándolas en la superficie para que se suministre la energía necesaria en cualquier posición del dispositivo.
Los paneles solares se degradan con el tiempo debido a los siguientes factores:
Existen una serie de medidas para proteger las baterías de estos fenómenos. El tiempo de funcionamiento efectivo de las baterías solares es de varios años, este es uno de los factores limitantes que determinan el tiempo de existencia activa de una nave espacial.
Cuando las baterías quedan sombreadas como consecuencia de maniobras o entrando en la sombra del planeta, se detiene la generación de energía por parte de los convertidores fotoeléctricos, por lo que el sistema de alimentación se complementa con baterías químicas (baterías químicas tampón).
Las más comunes en tecnología espacial son las baterías de níquel-cadmio , ya que proporcionan la mayor cantidad de ciclos de carga-descarga y tienen la mejor resistencia a la sobrecarga. Estos factores pasan a primer plano cuando la vida útil del dispositivo es superior a un año. Otra característica importante de una batería química es la energía específica, que determina las características de peso y tamaño de la batería. Otra característica importante es la confiabilidad , ya que la redundancia de las baterías químicas es altamente indeseable debido a su gran masa. Las baterías utilizadas en tecnología espacial, por regla general, están selladas herméticamente; la hermeticidad generalmente se logra con sellos de cermet . Las baterías también tienen los siguientes requisitos:
Además de la función principal, la batería puede desempeñar el papel de un regulador de voltaje de la red de a bordo, ya que en el rango de temperatura de funcionamiento su voltaje cambia poco cuando cambia la corriente de carga.
Este tipo de fuente de energía se utilizó por primera vez en la nave espacial Gemini en 1966. Las celdas de combustible tienen características de peso y tamaño y densidad de potencia altas en comparación con un par de baterías solares y una batería química, son resistentes a las sobrecargas, tienen un voltaje estable y son silenciosas. Sin embargo, requieren un suministro de combustible, por lo que se utilizan en vehículos con un período de permanencia en el espacio desde varios días hasta 1-2 meses.
Se utilizan principalmente pilas de combustible de hidrógeno-oxígeno, ya que el hidrógeno proporciona el poder calorífico más alto y, además, el agua formada como resultado de la reacción se puede utilizar en naves espaciales tripuladas. Para garantizar el funcionamiento normal de las pilas de combustible, es necesario garantizar la eliminación del agua y el calor formados como resultado de la reacción. Otro factor limitante es el costo relativamente alto del hidrógeno y el oxígeno líquidos , la complejidad de su almacenamiento.
Las fuentes de energía de radioisótopos se utilizan principalmente en los siguientes casos:
Incluye dispositivos para controlar el funcionamiento de la planta de energía, así como monitorear sus parámetros. Las tareas típicas son: mantener dentro de los rangos especificados de los parámetros del sistema: voltaje , temperatura , presión , cambiar los modos de operación, por ejemplo, cambiar a una fuente de energía de respaldo; reconocimiento de fallas, protección de emergencia de fuentes de alimentación en particular por corriente ; emitiendo información sobre el estado del sistema de telemetría y a la consola de los cosmonautas.
En algunos casos, es posible cambiar de control automático a manual, ya sea desde la consola de los cosmonautas o mediante comandos desde el centro de control en tierra.