Panouri solare în spațiu. Baterie solară spațială

Holdingul Russian Space Systems (RKS, parte a Roscosmos) a finalizat crearea unui sistem de protecție electrică modernizat pentru panouri solare productie domestica. Utilizarea sa va prelungi semnificativ durata de viață a surselor de alimentare a navelor spațiale și va face din panourile solare rusești unul dintre cele mai eficiente energetic din lume. Evoluția este raportată într-un comunicat de presă primit de redactor.

Designul noilor diode utilizate este patentat solutii tehnice, care le-a îmbunătățit semnificativ caracteristicile de performanță și le-a crescut fiabilitatea. Astfel, utilizarea izolației dielectrice multistrat special dezvoltată a cristalului permite diodei să reziste la tensiuni inverse de până la 1,1 kilovolți. Datorită acestui fapt, noua generație de diode de protecție poate fi utilizată cu cele mai eficiente convertoare fotovoltaice (PVC) disponibile. Anterior, când diodele erau instabile la tensiune inversă mare, era necesar să nu se aleagă probele cele mai eficiente.

Pentru a crește fiabilitatea și durata de viață a diodelor, RKS a creat noi magistrale de comutare multistrat pentru diode pe bază de molibden, datorită cărora diodele pot rezista la peste 700 de șocuri termice. Șocul termic este o situație tipică pentru celulele solare din spațiu, când, în timpul tranziției de la partea iluminată a orbitei la partea umbrită a Pământului, temperatura se modifică cu mai mult de 300 de grade Celsius în câteva minute. Componentele standard ale bateriilor solare terestre nu pot rezista la acest lucru, iar durata de viață a bateriilor spațiale este în mare măsură determinată de numărul de șocuri termice pe care le pot supraviețui.

Durata de viață activă a unei baterii solare de nave spațiale echipată cu noi diode va crește la 15,5 ani. Dioda poate fi stocată pe Pământ încă 5 ani. Astfel, perioada totală de garanție pentru diodele de nouă generație este de 20,5 ani. Fiabilitatea ridicată a dispozitivului este confirmată de teste independente de viață, în timpul cărora diodele au rezistat la mai mult de șapte mii de cicluri termice. Tehnologia de producție de grup dovedită permite RKS să producă peste 15 mii de diode de nouă generație pe an. Livrările lor sunt planificate să înceapă în 2017.

Noile celule solare vor rezista până la 700 de schimbări de temperatură de 300 de grade Celsius și vor putea funcționa în spațiu mai mult de 15 ani

Bateriile solare pentru spațiu constau din convertoare fotovoltaice (PVC) care măsoară 25x50 milimetri. Suprafața panourilor solare poate ajunge la 100 de metri pătrați (pentru stațiile orbitale), deci pot exista o mulțime de celule solare într-un singur sistem. FEP-urile sunt aranjate în lanțuri. Fiecare lanț individual este numit „șir”. În spațiu, celulele solare individuale sunt deteriorate periodic de razele cosmice, iar dacă nu ar avea nicio protecție, atunci întreaga baterie solară în care se află convertorul afectat s-ar putea defecta.

Baza sistemului de protecție a bateriilor solare este alcătuită din diode - dispozitive mici instalate complet cu celule solare. Când bateria solară cade parțial sau complet la umbră, celulele solare, în loc să furnizeze curent bateriilor, încep să o consume - tensiune inversă trece prin celulele solare. Pentru a preveni acest lucru, pe fiecare celulă fotovoltaică este instalată o diodă shunt, iar pe fiecare „șir” este instalată o diodă de blocare. Cu cât celula solară este mai eficientă, cu atât produce mai mult curent, cu atât tensiunea inversă va fi mai mare atunci când panoul solar intră în umbra Pământului.

Dacă dioda de șunt nu „trage” tensiunea inversă peste o anumită valoare, celulele solare vor trebui să fie mai puțin eficiente, astfel încât atât curentul de încărcare direct al bateriilor, cât și curentul invers de descărcare nedorită să fie minime. Când, în timp, sub influența factorilor destabilizatori din spațiul cosmic, celulele solare individuale sau un „șir” eșuează imediat, astfel de elemente sunt pur și simplu tăiate fără a afecta celulele solare de lucru și alte „șiruri”. Acest lucru permite convertizoarelor rămase, încă în funcțiune, să continue să funcționeze. Astfel, eficienta energetica si viata activa a bateriei solare depind de calitatea diodelor.

În URSS, pe bateriile solare se foloseau doar diode de blocare; dacă o celulă solară funcționa defectuos, opreau imediat întreg lanțul de convertoare. Din această cauză, degradarea panourilor solare de pe sateliții sovietici a fost rapidă și nu au funcționat foarte mult timp. Acest lucru ne-a obligat să facem și să lansăm mai des dispozitive pentru a le înlocui, ceea ce era foarte scump. Din anii 1990, la crearea navelor spațiale autohtone, au început să fie folosite celule solare fabricate în străinătate, care au fost achiziționate asamblate cu diode. Situația a fost posibilă abia în secolul XXI.

În 1945, au fost primite date de informații despre utilizarea dispozitivelor de comunicații radio în armata SUA. Acest lucru a fost raportat lui I.V. Stalin, care a organizat imediat emiterea unui decret privind echiparea armatei sovietice cu comunicații radio. A fost creat Institutul Electro-Galvanic Elemental, numit ulterior „Quantum”. În scurt timp, echipa institutului a reușit să creeze o serie largă de surse de curent necesare comunicațiilor radio.

Nikolai Stepanovici Lidorenko a condus Întreprinderea de cercetare și producție (SPE) „Kvant” între 1950 și 1984.

Din 1950, institutul creează sisteme de generare a energiei pentru proiectul Berkut. Esența proiectului a fost crearea unui sistem de apărare antirachetă pentru Moscova folosind rachete antiaeriene. N.S. Lidorenko a fost chemat la a treia direcție principală din cadrul Consiliului de Miniștri și i s-a cerut să conducă lucrările pe acest subiect, care era secret la acea vreme. A fost necesar să se creeze un sistem pentru furnizarea de energie electrică a tunului antiaerien și a rachetei în sine. Utilizarea dispozitivelor generatoare bazate pe electroliți acizi convenționali într-o rachetă a fost imposibilă. N.S. Lidorenko a stabilit sarcina de a dezvolta surse de curent cu electroliți de sare (nu care conțin apă). Sarea ca electrolit a fost ambalată în formă uscată. În timpul lansării rachetei, squib-ul din interiorul bateriei a fost declanșat la momentul potrivit, căldura a topit sarea și abia după aceea s-a generat un curent electric. Acest principiu a fost folosit în sistemul S-25.

În 1950, către N.S. Lidorenko a fost contactat de Serghei Pavlovici Korolev, care a lucrat la racheta R-2. Zborul unei rachete în mai multe etape se transforma într-unul complex proces tehnologic. Echipa condusă de N.S. Lidorenko, au fost create sisteme de alimentare autonome pentru racheta R-2 și, ulterior, pentru următoarea generație de rachete R-5. Sunt necesare surse de alimentare de mare putere: a fost necesar să se furnizeze energie nu numai circuitelor electrice ale rachetei în sine, ci și sarcinilor nucleare. În aceste scopuri trebuia să folosească baterii termice.

În septembrie 1955, a început construcția submarinului nuclear K-3 Leninsky Komsomol. Acesta a fost un răspuns forțat la punerea în funcțiune a submarinului nuclear american Nautilus în ianuarie 1955. Bateriile s-au dovedit a fi una dintre cele mai vulnerabile verigi. Ca surse de curent N.S. Lidorenko a propus utilizarea elementelor pe bază de argint și zinc. Capacitatea energetică a bateriei a fost mărită de 5 ori, astfel încât dispozitivele au fost capabile să livreze aproximativ 40.000 amperi/oră, cu 1 milion de jouli în fascicul. Doi ani mai târziu, Leninsky Komsomol a intrat în serviciu de luptă. Au fost demonstrate fiabilitatea și eficacitatea celor create sub conducerea N.S. Dispozitivele cu baterii Lidorenko, care s-au dovedit a fi de 3 ori mai puternice decât omologul lor american.

Următoarea etapă a N.S. Lidorenko dezvolta baterii electrice pentru torpile. Dificultatea a fost nevoia de surse de alimentare independente cu un volum mic, dar a fost depășită cu succes.

Un loc special îl ocupă lucrările de creare a faimosului „șapte” Korolev - racheta R-7. Punctul de plecare în realizarea lucrărilor de amploare la rachete a fost Rezoluția Consiliului de Miniștri al URSS din 13 mai 1946, semnată de I.V. Stalin. În zilele noastre, unii jurnalişti încearcă în mod tendenţios să explice atenţia pe care conducerea ţării noastre a acordat-o proiectelor spaţiale, în primul rând cu interese militare. Acest lucru este departe de a fi adevărat, așa cum demonstrează materialele documentare disponibile din acea vreme. Deși, desigur, au existat și excepții. Fii. Hrușciov a citit memoriile lui S.P. cu neîncredere de mai multe ori. Korolev, dar a fost forțat să ia problema în serios abia după ce președintele KGB a raportat despre lansarea nereușită a rachetei americane Red Stone, din care a rezultat că mașina americană era capabilă să lanseze pe orbită un satelit de dimensiunea unei portocale. Dar pentru Korolev însuși, a fost mult mai semnificativ faptul că racheta R-7 era capabilă să zboare în spațiu.

La 4 octombrie 1957 a fost lansat cu succes primul satelit artificial al Pământului. Sistemul autonom de alimentare cu energie al satelitului a fost dezvoltat de N.S. Lidorenko.

Al doilea satelit sovietic a fost lansat cu câinele Laika la bord. Sisteme create sub conducerea lui N.S. Lidorenko, a furnizat funcții vitale pe satelit cu o varietate de surse curente de diverse scopuri și design.

În această perioadă N.S. Lidorenko a ajuns să înțeleagă posibilitatea de a utiliza o nouă sursă de energie nesfârșită în acel moment - Lumina soarelui. Energia solară a fost transformată în energie electrică folosind fotocelule bazate pe semiconductori de siliciu. În acel moment, s-a încheiat un ciclu de lucrări fundamentale în fizică și au fost descoperite fotocelule (fotoconvertitoare), care funcționează pe principiul conversiei radiației fotonice solare incidente.

Această sursă - panourile solare - a fost principala și aproape nesfârșită sursă de energie pentru al treilea satelit artificial sovietic al Pământului - un laborator științific orbital automat care cântărea aproximativ o tonă și jumătate.

Pregătirile au început pentru primul zbor uman în spațiu. Nopți nedormite, ore lungi de muncă grea... Și acum a venit această zi. Amintește N.S. Lidorenko: "Cu doar o zi înainte de lansarea lui Gagarin, la Consiliul designerilor șefi, problema este decisă... Ei tac. Korolev: "Ei bine, din nou, ce părere aveți?" Din nou publicul tace. "Deci Eu iau urinarea ca pe un semn de consimțământ.” Korolev semnează și semnăm cu toții douăsprezece semnături pe spate, iar Gagarin zboară...”

Cu o lună înainte de zborul lui Gagarin - 4 martie 1961 -, pentru prima dată în istorie, un focos al unei rachete strategice a fost interceptat. Sursa de energie pentru un tip fundamental de echipament nou - racheta antirachetă V-1000 - a fost o baterie creată de asociația Kvant.

În 1961, au început și lucrările la crearea unei nave spațiale de clasă Zenit - cu sisteme complexe de alimentare unice din blocuri mari, care includeau de la 20 la 50 de baterii.

Ca răspuns la evenimentul din 12 aprilie 1961, președintele american John Kennedy a spus: „Rușii au deschis acest deceniu. Îl vom închide”. Și-a anunțat intenția de a trimite un om pe Lună.

Statele Unite au început să se gândească serios la plasarea armelor în spațiu. La începutul anilor ’60, armata și politicienii americani au făcut planuri de militarizare a Lunii - un loc ideal pentru un post de comandă și o bază militară de rachete. Din cuvintele lui Stanley Gardner, comandantul US Air Force: „În două sau trei decenii, Luna, în semnificația ei economică, tehnică și militară, va avea în ochii noștri nu mai puțină valoare decât anumite zone cheie de pe Pământ, pentru de dragul căruia au avut loc principalele ciocniri militare.” .

Fizicianul Zh. Alferov a efectuat o serie de studii asupra proprietăților semiconductorilor heterostructurali - cristale artificiale create prin depunerea strat cu strat a diferitelor componente într-un singur strat atomic.

N.S. Lidorenko a decis să implementeze imediat această teorie într-un experiment și tehnică la scară largă. Pentru prima dată în lume, nava spațială automată sovietică Lunokhod a fost echipată cu baterii solare alimentate cu arseniură de galiu și capabile să reziste la temperaturi ridicate peste 140-150 de grade Celsius. Bateriile au fost instalate pe capacul cu balamale al Lunokhod-ului. Pe 17 noiembrie 1970, la ora 7:20, ora Moscovei, Lunokhod-1 a atins suprafața Lunii. A fost primită o comandă de la Centrul de control al zborului pentru a porni panourile solare. Multă vreme nu a existat niciun răspuns din partea panourilor solare, dar apoi semnalul a trecut, iar panourile solare au funcționat excelent pe toată durata funcționării dispozitivului. În prima zi, Lunokhod a parcurs 197 de metri, în a doua - deja un kilometru și jumătate... După 4 luni, pe 12 aprilie, au apărut dificultăți: Lunokhod a căzut într-un crater... În cele din urmă, un riscant a fost luată decizia - să închidem capacul cu bateria solară și să ne luptăm orbește înapoi. Dar riscul a dat roade.

Aproximativ în același timp, echipa Kvant a rezolvat problema creării unui sistem de termoreglare de precizie, de fiabilitate sporită, care a permis abateri ale temperaturii camerei de cel mult 0,05 grade. Instalația funcționează cu succes în Mausoleul lui V.I. Lenin de mai bine de 40 de ani. S-a dovedit a fi la cerere în mai multe alte țări.

Cea mai importantă etapă din activitățile N.S. Lidorenko a fost crearea de sisteme de alimentare cu energie pentru stațiile orbitale cu echipaj. În 1973, prima dintre aceste stații, stația Salyut, cu aripi uriașe de panouri solare, a fost lansată pe orbită. Aceasta a fost o realizare tehnică importantă a specialiștilor Kvant. Celulele solare erau compuse din panouri cu arseniură de galiu. În timpul funcționării stației pe partea însorită a Pământului, excesul de electricitate a fost transferat bateriilor electrice, iar această schemă a furnizat o aprovizionare cu energie practic inepuizabilă navei spațiale.

Funcționarea cu succes și eficientă a panourilor solare și a sistemelor de alimentare cu energie electrică pe baza utilizării acestora pe stațiile Salyut, Mir și alte nave spațiale a confirmat corectitudinea strategiei de dezvoltare a energiei spațiale propusă de N.S. Lidorenko.

În 1982, echipa Întreprinderii de cercetare și producție „Kvant” a primit Ordinul lui Lenin pentru crearea sistemelor energetice spațiale.

Creat de echipa Kvant, condusă de N.S. Lidorenko, sursele de alimentare alimentează aproape toate sistemele militare și spațiale ale țării noastre. Evoluțiile acestei echipe se numesc sistem circulator armele domestice.

În 1984, Nikolai Stepanovici a părăsit postul de designer șef al NPO Kvant. A părăsit o întreprindere înfloritoare, numită „Imperiul Lidorenko”.

N.S. Lidorenko a decis să se întoarcă la știința fundamentală. Ca una dintre direcții, a decis să folosească noua sa metodă de soluție aplicată la problema conversiei energiei. Punctul de plecare a fost faptul că omenirea a învățat să folosească doar 40% din energia generată. Există noi abordări care cresc speranța de a crește eficiența industriei de energie electrică cu 50% sau mai mult. Una dintre ideile principale ale lui N.S. Lidorenko este posibilitatea și necesitatea de a căuta noi surse elementare fundamentale de energie.

Surse de material: Materialul este compilat pe baza datelor publicate anterior în mod repetat în tipărire, precum și pe baza filmului „Capcană pentru soare” (regia A. Vorobyov, difuzat la 19 aprilie 1996)

Funcționarea cu succes și eficientă a panourilor solare și a sistemelor de alimentare cu energie a navelor spațiale pe baza utilizării acestora este o confirmare a corectitudinii strategiei de dezvoltare a energiei spațiale propusă de N.S. Lidorenko.

Bateria solară pe ISS

Baterie solară - mai multe convertoare fotoelectrice combinate (fotocelule) - dispozitive semiconductoare care convertesc direct energia solară în curent electric direct, spre deosebire de colectoare solare, producând încălzirea materialului de răcire.

Diverse dispozitive care fac posibilă transformarea radiației solare în energie termică și electrică fac obiectul cercetărilor în domeniul energiei solare (din grecescul helios Ήλιος, Helios -). Producția de celule fotovoltaice și colectoare solare se dezvoltă în direcții diferite. Panourile solare vin într-o varietate de dimensiuni, de la cele încorporate în microcalculatoare până la cele care ocupă acoperișurile mașinilor și clădirilor.

Poveste

Primele prototipuri de celule solare au fost create de un fotochimist italian de origine armeană, Giacomo Luigi Ciamician.

La 25 aprilie 1954, Bell Laboratories a anunțat crearea primelor celule solare pe bază de siliciu care să producă curent electric. Această descoperire a fost făcută de trei angajați ai companiei - Calvin Souther Fuller, Daryl Chapin și Gerald Pearson. Doar 4 ani mai târziu, pe 17 martie 1958, în Statele Unite a fost lansat primul cu panouri solare, Vanguard 1. Doar câteva luni mai târziu, pe 15 mai 1958, Sputnik 3 a fost lansat în URSS, de asemenea folosind panouri solare.

Utilizați în spațiu

Panourile solare sunt una dintre principalele modalități de obținere energie electrica on: funcționează mult timp fără a consuma materiale și, în același timp, sunt ecologice, spre deosebire de nucleare și.

Cu toate acestea, atunci când zboară la o distanță mare de Soare (dincolo de orbită), utilizarea lor devine problematică, deoarece fluxul de energie solară este invers proporțional cu pătratul distanței de la Soare. Când zboară spre și, dimpotrivă, puterea panourilor solare crește semnificativ (în regiunea Venus de 2 ori, în regiunea Mercur de 6 ori).

Eficiența fotocelulelor și modulelor

Puterea fluxului de radiație solară la intrarea în atmosferă (AM0) este de aproximativ 1366 wați pe metru pătrat (vezi și AM1, AM1.5, AM1.5G, AM1.5D). În același timp, puterea specifică a radiației solare în Europa pe vreme foarte înnorată, chiar și în timpul zilei, poate fi mai mică de 100 W/m². Folosind panouri solare comune produse industrial, această energie poate fi transformată în energie electrică cu o eficiență de 9-24%. În acest caz, prețul bateriei va fi de aproximativ 1-3 dolari SUA pe watt de putere nominală. Pentru generarea industrială de energie electrică folosind celule solare, prețul pe kWh va fi de 0,25 USD Conform Asociației Europene de Fotovoltaic (EPIA), până în 2020 costul energiei electrice generate de sistemele solare va scădea la mai puțin de 0,10 EUR per kWh pentru industria industrială. instalații și mai puțin de 0,15 € pe kWh pentru instalații în clădiri rezidențiale.

În 2009, Spectrolab (o subsidiară a Boeing) a demonstrat o celulă solară cu o eficiență de 41,6%. În ianuarie 2011, era de așteptat să intre pe piață celule solare de la această companie cu o eficiență de 39%. În 2011, compania californiană Solar Junction a atins o eficiență de 43,5% pentru o celulă solară de 5,5x5,5 mm, care a fost cu 1,2% mai mare decât recordul anterior.

În 2012, Morgan Solar a creat sistemul Sun Simba din polimetilmetacrilat (plexiglas), germaniu și arseniură de galiu, combinând un concentrator cu un panou pe care este montată o celulă solară. Eficiența sistemului atunci când panoul era staționar era de 26-30% (în funcție de perioada anului și de unghiul la care se află Soarele), de două ori eficiența practică a celulelor solare pe bază de siliciu cristalin.

În 2013, Sharp a creat o celulă solară cu trei straturi de 4x4 mm pe o bază de arseniură de indiu galiu cu o eficiență de 44,4%, și un grup de specialiști de la Institutul Fraunhofer pentru Sisteme de Energie Solară, Soitec, CEA-Leti și Centrul Helmholtz Berlin a creat o fotocelulă folosind lentile Fresnel cu o eficiență de 44,7%, depășind propria sa realizare de 43,6%. În 2014, Institutul Fraunhofer pentru Sisteme de Energie Solară a creat celule solare care, datorită unei lentile care focalizează lumina pe o fotocelulă foarte mică, aveau o eficiență de 46%.

În 2014, oamenii de știință spanioli au dezvoltat o celulă fotovoltaică din siliciu care poate transforma radiația infraroșie de la soare în electricitate.

O direcție promițătoare este crearea de fotocelule bazate pe nanoantene care funcționează prin redresarea directă a curenților induși într-o antenă mică (aproximativ 200-300 nm) de lumină (adică, radiații electromagnetice cu o frecvență de aproximativ 500 THz). Nanoantenele nu necesită materii prime scumpe pentru producție și au o eficiență potențială de până la 85%.

Factori care afectează eficiența fotocelulelor

Caracteristicile structurale ale fotocelulelor determină o scădere a performanței panourilor cu creșterea temperaturii.

Din caracteristicile de performanță ale panoului fotovoltaic este clar că pentru a obține cea mai mare eficiență, este necesară selectarea corectă a rezistenței la sarcină. Pentru a face acest lucru, panourile fotovoltaice nu sunt conectate direct la sarcină, ci folosesc un controler de control al sistemului fotovoltaic care oferă modul optim operarea panoului.

Productie

Foarte adesea fotocelulele individuale nu produc suficientă putere. Prin urmare, un anumit număr de celule fotovoltaice sunt combinate în așa-numitele module solare fotovoltaice și se montează o armătură între plăcile de sticlă. Acest ansamblu poate fi complet automatizat.

În urmă cu mai bine de șaizeci de ani, a început era energiei solare practice. În 1954, trei oameni de știință americani au prezentat lumii primele celule solare pe bază de siliciu. Perspectiva obținerii de electricitate gratuită s-a realizat foarte repede, iar centrele științifice de top din întreaga lume au început să lucreze la crearea de centrale solare. Primul „consumator” de panouri solare a fost industria spațială. Aici, ca nicăieri altundeva, au fost necesare surse de energie regenerabilă, deoarece bateriile de la bord de pe sateliți își epuizau rapid resursele.

Și doar patru ani mai târziu, panourile solare din spațiu și-au început datoria nedeterminată. În martie 1958, Statele Unite au lansat un satelit cu panouri solare la bord. La mai puțin de două luni mai târziu, pe 15 mai 1958, Uniunea Sovietică a lansat Sputnik 3 pe o orbită eliptică în jurul Pământului cu panouri solare la bord.

Prima centrală solară internă din spațiu

Panourile solare din silicon au fost instalate pe partea inferioară și la nasul Sputnikului 3. Acest aranjament a făcut posibilă primirea de energie electrică suplimentară aproape continuu, indiferent de poziția satelitului pe orbită față de soare.

Al treilea satelit artificial. Panoul solar este clar vizibil

Bateriile de la bord și-au epuizat durata de viață în 20 de zile, iar pe 3 iunie 1958, majoritatea instrumentelor instalate pe satelit au fost scoase de sub tensiune. Totuși, dispozitivul pentru studierea radiațiilor Soarelui, transmițătorul radio care trimitea informațiile primite la sol și radiofarul au continuat să funcționeze. După ce bateriile de la bord s-au epuizat, aceste dispozitive au fost alimentate complet de panouri solare. Radiofarul a funcționat aproape până când satelitul a ars în atmosfera Pământului în 1960.

Dezvoltarea fotoenergiei spațiale domestice

Designerii s-au gândit la alimentarea cu energie pentru nave spațiale chiar și în faza de proiectare a primelor vehicule de lansare. La urma urmei, bateriile nu pot fi înlocuite în spațiu, ceea ce înseamnă că durata de viață activă a unei nave spațiale este determinată doar de capacitatea bateriilor de la bord. Primul și al doilea satelit artificial de pământ au fost echipați doar cu baterii la bord, care au fost epuizate după câteva săptămâni de funcționare. Începând cu al treilea satelit, toate navele spațiale ulterioare au fost echipate cu panouri solare.

Principalul dezvoltator și producător de spațiu centrale solare exista o întreprindere de cercetare și producție „Kvant”. Panourile solare Kvant sunt instalate pe aproape toate navele spațiale domestice. La început au fost celule solare de siliciu. Puterea lor era limitată atât de dimensiunile date, cât și de greutatea. Dar apoi oamenii de știință Kvant au dezvoltat și fabricat primele celule solare din lume bazate pe un semiconductor complet nou - arseniura de galiu (GaAs).

În plus, au fost puse în producție panouri cu heliu complet noi, care nu aveau analogi în lume. Acest nou produs este reprezentat de panouri de heliu foarte eficiente pe un substrat cu o structură de plasă sau snur.

Panouri de heliu cu plasă și snur

Panourile din silicon heliu cu sensibilitate bidirecțională au fost proiectate și fabricate special pentru instalarea pe nave spațiale cu orbită joasă. De exemplu, pentru segmentul rus al stației spațiale internaționale (nava spațială Zvezda), au fost fabricate panouri pe bază de siliciu cu sensibilitate bidirecțională, iar suprafața unui panou a fost de 72 m².

Bateria solară a navei spațiale Zvezda

Pe baza de siliciu amorf au fost dezvoltate și celule solare flexibile cu caracteristici excelente de greutate specifică și puse în producție: cu o greutate de numai 400 g/m², aceste baterii au generat energie electrică cu un indicator de 220 W/kg.

Baterie gel flexibilă pe bază de siliciu amorf

Pentru a îmbunătăți eficiența celulelor solare, au fost efectuate cercetări și teste ample la sol pentru a dezvălui efectele negative ale Big Space asupra panourilor cu heliu. Acest lucru a făcut posibilă trecerea la producția de baterii solare pentru diferite tipuri de nave spațiale cu un termen limită munca activă până la 15 ani.

Nava spațială a misiunii Venus

În noiembrie 1965, cu un interval de patru zile, două nave spațiale, Venera 2 și Venera 3, s-au lansat către cel mai apropiat vecin al nostru, Venus. Acestea erau două sonde spațiale absolut identice, a căror sarcină principală era să aterizeze pe Venus. Ambele nave spațiale au fost echipate cu panouri solare pe bază de arseniură de galiu, care s-au dovedit pe navele spațiale anterioare din apropierea Pământului. În timpul zborului, toate echipamentele ambelor sonde au funcționat neîntrerupt. Au fost realizate 26 de sesiuni de comunicare cu stația Venera-2, iar cu stația Venera-3 63. Astfel, s-a confirmat cea mai mare fiabilitate a bateriilor solare de acest tip.

Din cauza defecțiunilor la echipamentul de control, comunicarea cu Venera 2 s-a pierdut, dar stația Venera 3 și-a continuat drumul. La sfârșitul lunii decembrie 1965, în urma unei comenzi de pe Pământ, traiectoria a fost corectată, iar la 1 martie 1966, stația a ajuns la Venus.

Datele obținute în urma zborului acestor două stații au fost luate în considerare în pregătirea noii misiuni, iar în iunie 1967 a fost lansată o nouă stație automată, Venera-4, spre Venus. La fel ca și cei doi predecesori ai săi, a fost echipat cu panouri solare cu arseniură de galiu cu o suprafață totală de 2,4 m². Aceste baterii au susținut funcționarea aproape a tuturor echipamentelor.

Stația „Venera-4”. Mai jos este modulul de coborâre

Pe 18 octombrie 1967, după ce modulul de coborâre s-a separat și a intrat în atmosfera lui Venus, stația și-a continuat activitatea pe orbită, inclusiv servind drept releu de semnale de la transmițătorul radio al vehiculului de coborâre pe Pământ.

Nava spațială a misiunii Luna

Bateriile solare bazate pe arseniura de galiu au fost Lunokhod-1 și Lunokhod-2. Panourile solare ale ambelor dispozitive au fost montate pe capace cu balamale și au servit cu fidelitate pe toată perioada de funcționare. Mai mult, pe Lunokhod-1, al cărui program și resursă au fost concepute pentru o lună de funcționare, bateriile au durat trei luni, de trei ori mai mult decât era planificat.

Lunokhod-2 a lucrat pe suprafața Lunii timp de puțin peste patru luni, acoperind o distanță de 37 de kilometri. Ar putea funcționa în continuare dacă echipamentul nu s-ar fi supraîncălzit. Dispozitivul a căzut într-un crater proaspăt cu pământ afânat. Am derapat mult timp, dar până la urmă am reușit să ies în marșarier. Când a ieşit din gaură, o mică cantitate de pământ a căzut pe capacul cu panouri solare. Pentru a menține un anumit regim termic, panourile solare pliate au fost coborâte pe capacul superior al compartimentului hardware pe timp de noapte. După ce a părăsit craterul și a închis capacul, pământul din acesta a căzut pe compartimentul feroneriei, devenind un fel de izolator termic. În timpul zilei temperatura a urcat peste o sută de grade, echipamentul nu a suportat și a eșuat.

Panourile solare moderne, fabricate folosind cele mai noi nanotehnologie, folosind materiale semiconductoare noi, au făcut posibilă atingerea unei eficiențe de până la 35% cu o reducere semnificativă a greutății. Și aceste noi panouri cu heliu servesc cu fidelitate tuturor dispozitivelor trimise atât pe orbite apropiate de Pământ, cât și în spațiul profund.