Электрическая система Международной космической станции
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( апрель 2009 г. ) |
Электрическая система Международной космической станции является важнейшим ресурсом Международной космической станции (МКС), поскольку она позволяет экипажу комфортно жить, безопасно управлять станцией и проводить научные эксперименты. Электрическая система МКС использует солнечные элементы для прямого преобразования солнечного света в электричество . Большое количество ячеек собрано в массивы для получения высоких уровней мощности. Этот метод использования солнечной энергии называется фотоэлектрикой .
Процесс сбора солнечного света, преобразования его в электричество, а также управления и распределения этого электричества приводит к накоплению избыточного тепла, которое может повредить оборудование космического корабля. Это тепло необходимо устранить для надежной работы космической станции на орбите. В энергосистеме МКС используются радиаторы для отвода тепла от космического корабля. Радиаторы затенены от солнечного света и направлены в сторону холодной пустоты глубокого космоса.
Крыло солнечной батареи
[ редактировать ]
Каждое крыло солнечной батареи МКС (часто сокращенно «ПАВ») состоит из двух выдвижных «одеял» солнечных батарей с мачтой между ними. Каждое крыло является самым большим из когда-либо развернутых в космосе: оно весит более 2400 фунтов и использует почти 33 000 солнечных батарей, каждая из которых имеет площадь 8 см и 4100 диодов. В полностью выдвинутом состоянии каждый имеет длину 35 метров (115 футов) и ширину 12 метров (39 футов). Каждая ПАВ способна генерировать мощность постоянного тока почти 31 киловатт (кВт). [1] В сложенном состоянии каждое крыло складывается в короб с солнечной батареей высотой всего 51 сантиметр (20 дюймов) и длиной 4,57 метра (15,0 футов). [2]
Всего восемь крыльев солнечной батареи [3] может генерировать около 240 киловатт под прямыми солнечными лучами или среднюю мощность от 84 до 120 киловатт (переключение между солнечным светом и тенью). [4]
Солнечные батареи обычно отслеживают Солнце, при этом «альфа -подвес » используется в качестве основного вращения для следования за Солнцем во время движения космической станции вокруг Земли, а «бета- подвес » используется для регулировки угла орбиты космической станции. эклиптика . В операциях используются несколько различных режимов слежения: от полного слежения за Солнцем до режима уменьшения сопротивления ( режимы ночного планера и режима среза Солнца ) и до режима максимизации сопротивления, используемого для снижения высоты. [ нужна ссылка ]
Со временем фотоэлектрические элементы на крыльях постепенно пришли в негодность, поскольку были рассчитаны на 15-летний срок службы. Это особенно заметно при первых запущенных массивах, фермах P6 и P4 в 2000 году ( STS-97 ) и 2006 году ( STS-115 ). [5]
STS-117 доставил ферму S4 и солнечные батареи в 2007 году.
STS-119 (сборочный рейс 15А МКС) доставил на станцию ферму S6 вместе с четвертым комплектом солнечных батарей и батарей в марте 2009 года.
Чтобы увеличить самые старые крылья, НАСА запустило три пары крупномасштабных версий солнечной батареи МКС (IROSA) на борту трех грузовых запусков SpaceX Dragon 2 с начала июня 2021 года по начало июня 2023 года, SpaceX CRS-22 , CRS-26 и ЦРС-28 . [6] Эти массивы были развернуты вдоль центральной части крыла на протяжении до двух третей его длины. [7] Работы по установке опорных кронштейнов iROSA на банки ферменной мачты, удерживающие крылья солнечной батареи, были начаты членами экипажа 64-й экспедиции в конце февраля 2021 года. [8] [9] После того, как в начале июня была доставлена первая пара массивов, 16 июня выход в открытый космос Шейна Кимбро и Томаса Песке из Экспедиции 65 с целью размещения одного iROSA на силовом канале 2B и мачты фермы P6 завершился досрочно из-за технических проблем с развертывание массива. [10] [11] [12]
Выход в открытый космос 20 июня стал свидетелем успешного развертывания и подключения первой iROSA к энергосистеме станции. [13] [14] [12] Во время выхода в открытый космос 25 июня астронавты успешно установили и развернули вторую iROSA на мачте 4B напротив первой iROSA. [15] [12]
Следующая пара панелей была запущена 26 ноября 2022 года. [6] Астронавты Джош Кассада и Фрэнк Рубио из 68-й экспедиции установили каждый из них на силовом канале 3А и опорном корпусе на сегменте S4, а силовой канал и опорный корпус 4А на сегментах фермы P4 3 и 22 декабря 2022 года соответственно. [16]
Третья пара панелей была запущена 5 июня 2023 года. 9 июня астронавты Стив Боуэн и Уоррен Хобург из 69-й экспедиции установили пятую iROSA на силовой канал 1А и мачту на сегменте фермы S4. [17] [18] 15 июня Боуэн и Хобург установили шестую iROSA на силовой канал 1B и мачту на сегменте фермы S6. [19]
Последнюю пару iROSA, седьмую и восьмую, планируется установить на силовые каналы 2А и 3В на сегментах фермы P4 и S6 в 2025 году. [20]
Батареи
[ редактировать ]Поскольку станция часто не находится под прямыми солнечными лучами, она использует перезаряжаемые литий-ионные батареи (первоначально никель-водородные батареи ) для обеспечения непрерывного питания во время «затменной» части орбиты (35 минут из каждых 90 минут орбиты).
Каждый аккумуляторный блок, расположенный на фермах S4, P4, S6 и P6, состоит из 24 легких литий-ионных аккумуляторных элементов и соответствующего электрического и механического оборудования. [21] [22] Паспортная емкость каждого аккумуляторного блока составляет 110 Ач (396 000 ° C ) (первоначально 81 Ач) и 4 кВтч (14 МДж). [23] [24] [25] Эта мощность подается на МКС через BCDU и DCSU соответственно.
Батареи гарантируют, что станция никогда не останется без питания для поддержания систем жизнеобеспечения и проведения экспериментов. Во время солнечного участка орбиты происходит подзарядка аккумуляторов. Никель-водородные аккумуляторы и устройства зарядки/разрядки аккумуляторов были изготовлены компанией Space Systems/Loral (SS/L), [26] по контракту с Boeing . [27] Ni-H2-батареи на ферме P6 были заменены в 2009 и 2010 годах на новые Ni-H2-батареи, доставленные в ходе миссий космических кораблей. [25] Расчетный срок службы никель-водородных батарей составлял 6,5 лет, и они могли выполнять более 38 000 циклов зарядки/разрядки при глубине разряда 35%. Их заменяли несколько раз в течение ожидаемого 30-летнего срока службы станции. [28] [24] Каждая батарея имела размеры 40 на 36 на 18 дюймов (102 на 91 на 46 см) и весила 375 фунтов (170 кг). [29] [24]
С 2017 по 2021 год никель-водородные аккумуляторы были заменены литий-ионными . [25] 6 января 2017 года 50-й экспедиции члены Шейн Кимбро и Пегги Уитсон начали процесс замены некоторых из самых старых батарей на МКС на новые литий-ионные батареи. [25] 64-й экспедиции Участники Виктор Дж. Гловер и Майкл С. Хопкинс завершили кампанию 1 февраля 2021 года. [30] [31] [32] [33] Между этими двумя аккумуляторными технологиями существует ряд различий. Единственное отличие состоит в том, что литий-ионные батареи могут выдерживать вдвое больший заряд, поэтому при замене потребовалось вдвое меньше литий-ионных батарей. [25] [24] Кроме того, литий-ионные батареи меньше, чем старые никель-водородные батареи. [25] Хотя литий-ионные аккумуляторы обычно имеют более короткий срок службы, чем Ni-H2-аккумуляторы, поскольку они не могут выдержать столько циклов зарядки/разрядки, прежде чем произойдет заметное ухудшение состояния, литий-ионные аккумуляторы ISS рассчитаны на 60 000 циклов и десять лет срока службы, что намного дольше, чем у аккумуляторов ISS. Срок службы оригинальных Ni-H2-батарей составляет 6,5 лет. [25] [24]
Управление и распределение электроэнергии
[ редактировать ]
Подсистема управления и распределения электроэнергии работает при напряжении первичной шины, равном V mp , пиковой мощности солнечных батарей. По состоянию на 30 декабря 2005 г. [update], В мп составляло 160 вольт постоянного тока ( постоянный ток ). Со временем оно может измениться по мере разрушения массивов под действием ионизирующего излучения. Переключатели, управляемые микропроцессором, контролируют распределение первичной энергии по всей станции. [ нужна ссылка ]
Устройства зарядки/разрядки аккумулятора (BCDU) регулируют количество заряда аккумулятора. Каждый BCDU может регулировать ток разряда от двух аккумуляторных блоков ORU (каждый из 38 последовательно соединенных элементов Ni-H 2 ) и может обеспечивать космическую станцию мощностью до 6,6 кВт. Во время инсоляции BCDU подает ток заряда на аккумуляторы и контролирует степень перезарядки аккумуляторов. Каждый день BCDU и аккумуляторы подвергаются шестнадцати циклам зарядки/разрядки. Космическая станция имеет 24 BCDU, каждый весом 100 кг. [26] BCDU предоставляются SS/L. [26]
Блок последовательного шунтирования (ССУ)
[ редактировать ]Восемьдесят две отдельные цепочки солнечных батарей питают блок последовательного шунта (SSU), который обеспечивает грубую регулировку напряжения на желаемом Vmp уровне . SSU применяет «фиктивную» (резистивную) нагрузку, которая увеличивается по мере уменьшения нагрузки станции (и наоборот), поэтому массив работает при постоянном напряжении и нагрузке. [34] SSU предоставляются SS/L. [26]
Преобразование постоянного тока в постоянный
[ редактировать ]Преобразователи постоянного тока в постоянный подают во вторичную энергосистему постоянное напряжение 124,5 В постоянного тока, что позволяет напряжению первичной шины отслеживать пиковую мощность солнечных батарей.
Термоконтроль
[ редактировать ]Система термоконтроля регулирует температуру основного электронного оборудования распределения энергии, аккумуляторов и связанной с ним управляющей электроники. Подробности об этой подсистеме можно прочитать в статье Внешняя активная система термоконтроля .
Станция для челночной системы передачи энергии
[ редактировать ]С 2007 года система передачи энергии от станции к шаттлу (SSPTS; произносится как коса ) позволяла пристыкованному космическому шаттлу использовать энергию, обеспечиваемую Международной космической станции солнечными батареями . Использование этой системы позволило сократить использование бортовых топливных элементов шаттла , что позволило ему оставаться пристыкованным к космической станции еще четыре дня. [35]
SSPTS представлял собой модернизацию шаттла, в ходе которой сборочный преобразователь мощности (APCU) был заменен новым устройством, называемым блоком передачи мощности (PTU). APCU имел возможность преобразовывать питание главной шины шаттла 28 В постоянного тока в 124 В постоянного тока, совместимое с системой питания 120 В постоянного тока МКС. Он использовался при первоначальном строительстве космической станции для увеличения мощности российского служебного модуля «Звезда» . PTU добавляет к этому возможность преобразовывать 120 В постоянного тока, подаваемого с МКС, в питание главной шины орбитального корабля 28 В постоянного тока. Он способен передавать до 8 кВт мощности с космической станции на орбитальный аппарат. Благодаря этой модернизации и шаттл, и МКС смогли использовать энергосистемы друг друга, когда это необходимо, хотя МКС больше никогда не требовалось использование энергосистем орбитального корабля. [ нужна ссылка ]
В декабре 2006 года во время миссии -116 STS PMA-2 (тогда находившийся в передней части модуля Destiny ) был перемонтирован, чтобы можно было использовать SSPTS. [36] Первой миссией, в которой система была фактически использована, был STS-118 с космическим кораблем « Индевор » . [37]
Только Discovery и Endeavour были оснащены ССПТС. «Атлантис» был единственным уцелевшим шаттлом, не оснащенным SSPTS, поэтому он мог выполнять только миссии меньшей длины, чем остальная часть флота. [38]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Расправь крылья, пора летать» . НАСА. 26 июля 2006 г.
- ^ «СТС-97: Сборка фотоэлектрической батареи» . НАСА. 9 ноября 2000 г. Архивировано из оригинала 23 января 2001 г.
- ^ «Международная космическая станция – солнечная энергия» . Боинг.
- ^ Райт, Джерри. «Солнечные батареи» . НАСА . Проверено 23 марта 2016 г.
- ^ «НАСА.gov» . Архивировано из оригинала 29 декабря 2018 г. Проверено 26 мая 2021 г.
- ^ Jump up to: а б Кларк, Стивен (26 ноября 2022 г.). «SpaceX запускает грузовой корабль Dragon для доставки новых солнечных батарей на космическую станцию – Spaceflight Now» . Spaceflight Now — ведущий источник новостей о космосе в Интернете . Проверено 28 ноября 2022 г.
- ^ «Текущие и будущие операции и проблемы Международной космической станции» (PDF) . Программный офис МКС . НАСА. 15 октября 2020 г. Проверено 2 мая 2021 г.
- ^ «Информационная страница 64-й экспедиции» . Spacefacts.de. 10 мая 2021 г. Проверено 17 июня 2021 г.
- ^ Гарсия, Марк (11 января 2021 г.). «Новые солнечные батареи для обеспечения исследований Международной космической станции НАСА» . НАСА. Архивировано из оригинала 24 мая 2023 года . Проверено 26 апреля 2021 г.
В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе . - ^ Гарсия, Марк (16 июня 2021 г.). «Выход в открытый космос для установки первой новой солнечной батареи завершен» . НАСА . Проверено 17 июня 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ «Аппаратное обеспечение, трудности со скафандром остановили амбициозный выход в открытый космос на МКС» . Авиационная неделя . Информационные рынки. 17 июня 2021 г. Проверено 17 июня 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с «Информационная страница 65-й экспедиции» . Spacefacts.de. 17 июня 2021 г. Проверено 17 июня 2021 г.
- ^ Сотрудники Guardian, AP и AFP (20 июня 2021 г.). «Астронавты МКС совершили шестичасовой выход в открытый космос для установки солнечных батарей» . Хранитель . ООО «Гардиан Ньюс энд Медиа» . Проверено 26 июня 2021 г.
- ^ Перлман, Роберт З. (20 июня 2021 г.). «Астронавты во время выхода в открытый космос разворачивают первую развернутую солнечную батарею для увеличения мощности станции» . Space.com . Будущее США Inc. Проверено 26 июня 2021 г.
- ^ Перлман, Роберт З. (25 июня 2021 г.). «Астронавты, выходящие в открытый космос, развертывают вторую новую солнечную батарею для космической станции» . Space.com . Будущее США Inc. Проверено 26 июня 2021 г.
- ^ Перлман, Роберт З. (22 декабря 2022 г.). «Астронавты НАСА разворачивают четвертую развернутую солнечную батарею во время выхода в открытый космос возле космической станции» . Space.com . Проверено 23 декабря 2022 г.
- ^ Гарсия, Марк (9 июня 2023 г.). «Астронавты НАСА начинают выход в открытый космос для установки солнечной батареи» . blogs.nasa.gov . Проверено 10 июня 2023 г.
- ^ Гарсия, Марк (9 июня 2023 г.). «Выходцы в открытый космос НАСА завершили установку солнечной батареи» . blogs.nasa.gov . Проверено 10 июня 2023 г.
- ^ Кларк, Стивен (9 июня 2023 г.). «Астронавты устанавливают новую выкатную солнечную батарею возле Международной космической станции – космический полет сейчас» . Космический полет сейчас . Проверено 10 июня 2023 г.
- ^ Давенпорт, Джастин (15 июня 2023 г.). «В этом месяце МКС завершает первоначальную модернизацию iROSA двумя выходами в открытый космос» . NASASpaceFlight.com . Проверено 18 июня 2023 г.
- ^ Гарсия, Марк (6 января 2017 г.). «Астронавты совершают первый из двух выходов в открытый космос с повышением мощности» . НАСА . Проверено 28 февраля 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Шванбек, Юджин; Далтон, Пенни (16 декабря 2019 г.). «Литий-ионные аккумуляторы Международной космической станции для первичной электроэнергетической системы» . Европейская конференция по космической энергетике (ESPC) 2019 года . IEEE. п. 1. дои : 10.1109/ESPC.2019.8932009 . ISBN 978-1-7281-2126-0 . S2CID 209382968 . Проверено 5 марта 2021 г.
- ^ «Никель-водородные батареи Международной космической станции приблизились к трехлетней отметке на орбите» . НАСА. Архивировано из оригинала 7 марта 2005 года . Проверено 14 сентября 2007 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Далтон, Пенни; Боуэнс, Эбони; Норт, Тим; Бальцер, Соня (19 ноября 2019 г.). «Состояние литий-ионной батареи Международной космической станции» (PDF) . НАСА . Проверено 5 марта 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г «ЕВА-39: Выходцы в открытый космос завершают модернизацию батарей МКС» . 13 января 2017 года . Проверено 5 марта 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с д «Международная космическая станция» (PDF) . Космические системы Лорал. Февраль 1998 г. Архивировано из оригинала (PDF) 27 декабря 2014 г.
- ^ «Space Systems/Loral заключила контракт на сумму 103 миллиона долларов на строительство критически важных энергосистем для Международной космической станции» (пресс-релиз). Лорал. 8 июля 2003 г. Архивировано из оригинала 28 сентября 2007 г.
- ^ «Ресурс никель-водородных аккумуляторов для Международной космической станции» . НАСА. Архивировано из оригинала 25 августа 2009 г.
- ^ «Полезная нагрузка STS-97: сборка фотоэлектрической матрицы (PVAA)» . НАСА. Архивировано из оригинала 23 января 2001 года . Проверено 14 сентября 2007 г.
- ^ Гарсия, Марк (1 февраля 2021 г.). «Выходцы в открытый космос завершают многолетнюю работу по модернизации батарей космической станции» . НАСА . Проверено 5 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Гарсия, Марк (1 февраля 2021 г.). «Выходцы в открытый космос завершают работу по установке аккумуляторов и камер» . НАСА . Проверено 5 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Год, Челси (1 февраля 2021 г.). «Астронавты, выходящие в открытый космос, завершают модернизацию батареи космической станции, над которой работали многие годы» . Space.com . Проверено 5 марта 2021 г.
- ^ Гарсия, Марк (27 января 2021 г.). «Выход в открытый космос завершается модернизацией европейского лабораторного модуля» . НАСА . Проверено 28 февраля 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ «Изученные варианты управления электрическими опасностями солнечных батарей космической станции для последовательной замены шунтирующего блока» . НАСА. Архивировано из оригинала 8 октября 2006 г.
- ^ «Интервью экипажа STS-118, от станции к системе питания шаттла» . space.com.
- ^ «Список переключения полезной нагрузки кормовой кабины экипажа для передачи». Контрольный список восхождения STS-116 (PDF) . Отдел проектирования и динамики полета Управления операций миссии. 19 октября 2006 г. с. 174. Архивировано из оригинала (PDF) 24 мая 2011 года . Проверено 2 апреля 2009 г.
- ^ «Отчет о состоянии ЦУП СТС-118 №05» . НАСА. 10 августа 2007 года. Архивировано из оригинала 19 октября 2007 года . Проверено 2 апреля 2009 г.
- ^ Гебхардт, Крис (16 ноября 2009 г.). «Проблема с топливным элементом 2 решена – Атлантида находится в идеальном состоянии» . NASAspaceflight.com.
- «Власть на МКС!» . НАСА. 13 ноября 2001 г. Архивировано из оригинала 29 декабря 2009 г.
- «Энергия будущего: вклад Гленна НАСА в электроэнергию Международной космической станции (МКС)» (PDF) . НАСА. Ноябрь 2000 г. Архивировано из оригинала (PDF) 16 апреля 2011 г. Проверено 21 декабря 2006 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Вклад Гленна НАСА в электроэнергетическую систему Международной космической станции (МКС)
- https://ntrs.nasa.gov/citations/20110015485
