ما هي الألواح الشمسية المستخدمة في الفضاء؟ البطارية الشمسية للمركبات الفضائية الصغيرة وطريقة تصنيعها. المركبة الفضائية لمهمة لونا

حاليًا، تعمل شركة NPP Kvant في ثلاثة مجالات رئيسية لتطوير الطاقة الضوئية الفضائية وقاعدتها العنصرية، وهي:

إنشاء الخلايا الشمسية على أساس السيليكون أحادي البلورة

إن خلايا السيليكون الشمسية التي تم إنشاؤها في NPP Kvant تلبي المستوى العالمي، وهو ما تم تأكيده من خلال تلبية عدد من الطلبات الأجنبية لإنتاجها لصالح الهند وفرنسا وهولندا وجمهورية التشيك وإسرائيل والصين. تحتوي هذه البطاريات على:

• أعلى خاصية طاقة محددة أولية ~ 200 وات/م2؛
• أقل تدهور خلال فترة الوجود النشط؛
• الحساسية الثنائية، والتي تستخدم في المركبات الفضائية التي تحلق على ارتفاع منخفض وتجعل من الممكن زيادة الطاقة الناتجة من الألواح الشمسية بنسبة 10-15٪ بسبب تحول بياض الأرض (على وجه الخصوص، الألواح الشمسية للمركبة الفضائية زاريا، زفيزدا، القطاع الروسي من محطة الفضاء الدولية، SB للمركبة الفضائية "Monitor-E").

إنشاء خلايا شمسية تعتمد على محولات كهروضوئية متعددة المراحل باستخدام مواد شبه موصلة معقدة على ركائز أجنبية.

بمساعدة الخلايا الشمسية القائمة على هياكل متغايرة معقدة متسلسلة باستخدام مركبات AIIIBV الثلاثية والرباعية المترسبة على ركيزة شبه موصلة أجنبية، تم الآن تحقيق أقصى قدر من الكفاءة في ظروف الفضاء، وأفضل النتائج من حيث كثافة الطاقة والحياة النشطة والحد الأدنى من التدهور خلال هذه الفترة. تم تحقيقه. وبمساعدة هذه الخلايا الشمسية، تم تحقيق نطاق كفاءة يتراوح بين 25-30%. بالنسبة لفئة كاملة من المركبات الفضائية الواعدة، على سبيل المثال، المنصات الكبيرة الثابتة بالنسبة للأرض، وكذلك المركبات الفضائية المصممة لعمليات النقل في الفضاء باستخدام أنظمة الدفع الكهربائية، فإن استخدام مثل هذه الألواح الشمسية عالية الكفاءة هو وحده القادر على تحقيق الأهداف الحديثة. مع أخذ ذلك في الاعتبار، وكذلك استخدام سنوات عديدة من الخبرة في تصميم الخلايا الشمسية القائمة على GaAs، تعمل شركة NPP Kvant على تطوير العمل في هذا الاتجاه.

إنشاء خلايا شمسية مرنة ذات أغشية رقيقة تعتمد على السيليكون غير المتبلور مع أقصى خصائص محددة لكتلة الطاقة وأقل تكلفة.

هذا اتجاه جديد تمامًا في الطاقة الضوئية الفضائية. النوع الأكثر واعدة من هذه المحولات الكهروضوئية في الوقت الحاضر هو الخلايا الشمسية ثلاثية السلاسل القائمة على السيليكون غير المتبلور (a-Si). تم إنشاؤها في البداية لأغراض الخلايا الكهروضوئية الأرضية، ويجري حاليًا النظر في استخدام الخلايا الشمسية السيليكونية غير المتبلورة في الظروف الفضائية بسبب:

• إمكانية الحصول على خصائص كتلة طاقة عالية للخلايا الشمسية، أعلى بـ 4-5 مرات من الخلايا الشمسية المصنوعة على أساس السيليكون أحادي البلورية، على الرغم من انخفاض كفاءتها الأولية؛
• مقاومة عالية للإشعاع
• إمكانية التخفيض بمقدار حجم وتكلفة أكثر تحديدًا للبطارية الشمسية مقارنة بالإصدار أحادي البلورية.

من المزايا المهمة للخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة المرنة هو حجم البداية (النقل) الصغير، وإمكانية إنشاء خلايا شمسية من النوع الملتف قابلة للنشر بسهولة بناءً عليها، وما إلى ذلك.

تعتبر التكنولوجيا الأرضية التي أتقنها المشروع الروسي الأمريكي المشترك Sovlax LLC (المؤسسون المشاركون لشركة NPP Kvant، ECD Ltd.، الولايات المتحدة الأمريكية) بمثابة التكنولوجيا الأساسية لتصنيع المحولات الكهروضوئية القائمة على السيليكون غير المتبلور للتطبيقات الفضائية. توفر هذه التقنية تكوين هيكل كهروضوئي متتالي ثلاثي الوصلات يعتمد على سبائك Si على ركيزة شريطية رفيعة.

المشاريع الحديثة للمحطة النووية "كفانت" في مجال الطاقة الضوئية الفضائية

• محطة الفضاء الدولية: الجزء الروسي من وحدات زاريا وزفيزدا المزودة بمحولات للطاقة الشمسية ذات حساسية ثنائية الاتجاه
• المنصات الكبيرة المستقرة بالنسبة إلى الأرض "SiSat"، "Express-A"، "Express-AM"، "KazSat"، إلخ.
• المركبة الفضائية للاستشعار عن بعد للأرض والأرصاد الجوية “Monitor-E” و”Meteor-3” وغيرها.

يتعلق الاختراع بالهندسة الكهربائية، ولا سيما أجهزة توليد الطاقة الكهربائية عن طريق تحويل الإشعاع الضوئي إلى طاقة كهربائية، ويمكن استخدامه في إنشاء وإنتاج مركبات فضائية صغيرة الحجم مزودة ببطاريات شمسية (SB). النتيجة الفنية للاختراع هي: زيادة مقاومة مصدر الطاقة للصدمات الحرارية، لتأثيرات الأحمال الميكانيكية والحرارية، وزيادة قابلية التصنيع للتصميم، وزيادة العمر النشط لإمدادات الطاقة للمركبات الفضائية، وزيادة الوظائف عن طريق زيادة درجة الحرارة نطاق التشغيل وتحسين تصميم مصدر الطاقة، وتبسيط نظام التبديل، والذي يتم تحقيقه من خلال زيادة قوة اتصال الثنائيات التحويلية والخلايا الشمسية، وزيادة إمكانية تكرار عملية تصنيع الألواح الشمسية للمركبات الفضائية من خلال تحسين تكنولوجيا التصنيع من الثنائيات التحويلية والخلايا الشمسية، وكذلك الحافلات التبديلية التي تربط الخلايا الشمسية وثنائيات التحويل، والتي تكون متعددة الطبقات. تحتوي البطارية الشمسية المخصصة للمركبات الفضائية الصغيرة على: ألواح بها وحدات تحتوي على خلايا شمسية (SCs) ملتصقة بها، وصمام ثنائي تحويلي؛ تربط قضبان التبديل بين الجانبين الأمامي والخلفي من الصمام الثنائي التحويلي مع الخلية الشمسية، بينما يتم تثبيت الصمام الثنائي التحويلي في فتحة في زاوية الخلية الشمسية، بينما تصنع قضبان التبديل متعددة الطبقات، وتتكون من رقائق الموليبدينوم، على كلا الجانبين منها طبقة من الفاناديوم أو التيتانيوم، وطبقة من النيكل وطبقة من الفضة على التوالي. 2 ن. و5 راتب و-لي، 4 مريض، 3 طاولات.

رسومات لبراءة الاختراع RF 2525633

المجال الفني

يتعلق الاختراع بالهندسة الكهربائية، ولا سيما أجهزة توليد الطاقة الكهربائية عن طريق تحويل الإشعاع الضوئي إلى طاقة كهربائية، ويمكن استخدامه في إنشاء وإنتاج مركبات فضائية صغيرة الحجم مزودة ببطاريات شمسية (SB).

مثال رائع من الفن

يتم فرض المتطلبات التالية على SB: الحد الأقصى من كفاءة الطاقة مع الحد الأدنى من الكتلة، والحفاظ على الخصائص الكهربائية والميكانيكية أثناء التخزين، والنقل على الأرض والإطلاق في مدار التصميم، والعمر النشط الطويل (SAS) في المدار مع الحد الأدنى من التدهور، والذي يتم التعبير عنه في فقدان السلطة. في الأنظمة الأمنية الحديثة يصل عمر SAS إلى 15 عامًا وهناك مطالبات بزيادته إلى 20 عامًا.

الأسباب الرئيسية للتدهور في المدار هي الاضطرابات في بنية العناصر النشطة، وهي المحولات الضوئية (PCs) والثنائيات تحت تأثير الإشعاع، وكذلك الاضطرابات الناتجة عن تأثيرات التغيرات في درجات الحرارة والدورات الحرارية. المدارات المختلفة لها نطاقات مختلفة من التغيرات في درجات الحرارة وتكرار الدورات الحرارية. بالنسبة لظروف التشغيل في المدار الثابت بالنسبة للأرض، تكون قيمة درجة الحرارة العليا +100 درجة مئوية، والقيمة الدنيا هي 170 درجة مئوية، وعدد الدورات الحرارية هو 2000. وفي المدارات المنخفضة، يكون نطاق تغيرات درجة الحرارة أصغر، والقيمة العليا هي + 100 درجة مئوية، والقيمة الأدنى هي 100 درجة مئوية، ولكن عدد الدورات الحرارية هو مدة الوجود النشط في المدار عدة عشرات الآلاف.

ومن المعروف من أحدث ما توصلت إليه التكنولوجيا (انظر N. S. Rauschenbach. مبادئ وتكنولوجيا تحويل الطاقة الكهروضوئية. نيويورك، 1980) أن النظام الشمسي يتكون من مولدات منفصلة، ​​بما في ذلك سلاسل الخلايا الشمسية (SE)، داخل عداد المولدات -بالتوازي مع العناصر الشمسية تثبيت الثنائيات التحويلية. بالإضافة إلى الثنائيات التحويلية، لضمان التشغيل الموثوق به لـ SB، يتم استخدام حماية الصمام الثنائي، والتي يتم توفيرها عن طريق حظر الثنائيات.

في السنوات الأخيرة، تم استبدال الخلايا الشمسية السيليكونية بخلايا شمسية أكثر كفاءة، بما في ذلك عدة مجموعات من الوصلات غير المتجانسة المعتمدة على مركبات AzB5، والتي يتم زراعتها على ركيزة من الجرمانيوم (انظر P. R. Sharps, M. A. Stan, D. J. Aiken, B. Clevenger, J. S. Hill). و N. S. Fatemi خلايا عالية الكفاءة ومتعددة الوصلات مع صمامات ثنائية متجانسة، NASA/CP.2005-213431). كل SC محمي بواسطة صمام ثنائي موجود مع SC في نفس المستوى، والصمام الثنائي له نفس سمك SC. عادة، تحتوي SC على قطع زاوية يتم فيها وضع صمام ثنائي على شكل مثلث (انظر براءات الاختراع الأمريكية للاختراعات US 6353176، US 6034322 وطلب الولايات المتحدة للاختراع US 2008/0000523).

البطارية الشمسية للمركبة الفضائية الموجودة على لوحة قرص العسل من ألياف الكربون معروفة من التقنية السابقة. يتكون الجزء الحامل من لوحة قرص العسل من طبقتين من ألياف الكربون، يوجد بينهما حشوة قرص العسل المصنوعة من رقائق الألومنيوم. يتم لصق فيلم عازل كهربائي على سطح ألياف الكربون المخصص لتركيب الخلايا الشمسية. يتكون جزء توليد الطاقة من البطارية الشمسية (الوحدات) من خلايا شمسية متصلة في سلسلة أو متوازية مع بعضها البعض باستخدام عناصر التبديل مع المعوضات الميكانيكية الحرارية. يتم لصق لوحة زجاجية على السطح الأمامي لكل خلية شمسية (انظر GLOBASTAR. تصميم وتخطيط مولد الطاقة الشمسية لتطبيق المدار الأرضي المنخفض مع مراعاة الجوانب التجارية وإنتاج الجودة. D-81663 ميونيخ ألمانيا).

تشمل عيوب البطارية الشمسية المعروفة للمركبات الفضائية انخفاض قابلية التصنيع للتصميم ونطاق درجة حرارة صغير للتشغيل بسبب انخفاض قوة التوصيلات الملحومة والملحومة للثنائيات التحويلية والخلايا الشمسية. الاحتمالية الكبيرة لحدوث تلف في التبديل بين العناصر البارز فوق السطح الأمامي لـ SB أثناء تصنيعه وإجراء الصيانة الروتينية، فضلاً عن التعقيد التكنولوجي لتصنيع التبديل بين العناصر بسبب الحاجة إلى وضع معوضات ميكانيكية حرارية في يؤدي ضيق الفجوات بين العناصر إلى انخفاض مقاومة SB للأحمال الحرارية والميكانيكية.

الحل التقني (النموذج الأولي) الأقرب من حيث الجوهر التقني والتأثير المحقق هو البطارية الشمسية للمركبات الفضائية، التي تحتوي على ألواح مع وحدات ملتصقة بها، وتتكون من خلايا شمسية متصلة على التوالي أو على التوازي باستخدام حافلات التبديل، حيث تكون قضبان التبديل مجهزة بمعوضات ميكانيكية حرارية، ويتم لصق السطح الأمامي لكل خلية شمسية على لوحة زجاجية واقية، وهي مجهزة بالإضافة إلى ذلك بعناصر مرنة ذات شكل وحجم محدد ملتصقة بالسطح المسطح أو المنحني للإطار، حيث يكون الحجم الداخلي للإطار يتم ملء العناصر المرنة بمادة مانعة للتسرب لتشكيل هلالة محدبة، ويتم ضغط الخلايا الشمسية على العناصر المرنة وتثبيتها بلا حراك، ويتم لحام أو لحام قضبان التوصيل مع المعوضات الميكانيكية الحرارية وثنائيات التحويل إلى نقاط الاتصال الخلفية للخلية الشمسية في المناطق خالية من المواد المانعة للتسرب، وتقع المعوضات الميكانيكية الحرارية بين الجانب الخلفي للخلية الشمسية والسطح الحامل للإطار في المناطق الخالية من المواد المانعة للتسرب (انظر الشكل 1). براءة اختراع الاتحاد الروسي للاختراع RU 2250536).

تشمل عيوب البطارية الشمسية المعروفة للمركبة الفضائية انخفاض قابلية التصنيع للتصميم، ونطاق درجة حرارة تشغيل صغير بسبب انخفاض قوة الوصلات الملحومة والملحومة لثنائيات التحويل والخلية الشمسية، وضعف مقاومة الخلية الشمسية للعوامل الميكانيكية والكيميائية. الأحمال الحرارية الميكانيكية. إطار الموليبدينوم، الذي يبلغ سمكه 50 ميكرون وله طلاء خاص متعدد الطبقات، شديد الصلابة. عند توصيل قضبان التوصيل باللحام، تتدهور الخصائص الكهربائية لثنائيات التحويل، وفي بعض الحالات، بسبب قضيب التوصيل الصلب، تمزق نقطة اللحام مع السيليكون، مما يؤدي إلى انخفاض إنتاج البلورات القابلة للاستخدام بعد التدوير الحراري الاختبارات. في درجات حرارة مرتفعة، يحدث تدهور الخلية الشمسية بعد اللحام واللحام، مما يؤدي إلى فصل جهات الاتصال عن الخلية الشمسية، ونتيجة لذلك، خروج حالة عمل الخلايا الشمسية.

تعرف التقنية السابقة طريقة لتصنيع SC للمركبات الفضائية باستخدام صمام ثنائي تحويلي، بما في ذلك تصنيع SC استنادًا إلى ركيزة شبه موصلة كهروضوئية، وتشكيل ثنائيات تحويلية على الجانب الأمامي من SC، وتوصيل الثنائيات التحويلية وSCs للمركبات الفضائية SC، والتوصيل باستخدام SC تبديل الحافلات (انظر براءة الاختراع الأمريكية للاختراع US6635507).

إلى العيوب طريقة معروفةيشير إلى انخفاض إمكانية تكرار نتائج عملية التصنيع بسبب الاحتمالية العالية لتقشير (فقدان الالتصاق) للتمعدن على الجانبين العامل وغير العامل. بالإضافة إلى ذلك، عند توصيل حافلات التبديل عن طريق اللحام، من الممكن أن تكون طبقات الهيكل قصيرة الدائرة بواسطة ناقل التبديل، وتمزق نقطة اللحام مع هيكل الركيزة، مما يؤدي، نتيجة لذلك، إلى انخفاض إنتاج البلورات القابلة للاستخدام بعد اختبارات التدوير الحراري.

الحل التقني (النموذج الأولي) الأقرب من حيث الجوهر التقني والتأثير المحقق هو طريقة لتصنيع الخلايا الشمسية للمركبات الفضائية باستخدام صمام ثنائي تحويلي متكامل، بما في ذلك تصنيع الخلايا الشمسية القائمة على ركيزة شبه موصلة كهروضوئية مع تجاويف لوضع صمامات ثنائية تحويلية منفصلة، ​​وتصنيع خلايا شمسية منفصلة صمامات ثنائية التحويل تعتمد على ركيزة من أشباه الموصلات، وتركيب صمامات ثنائية تحويلية منفصلة في التجاويف، وملامسة الخلايا الشمسية بثنائيات التحويل باستخدام ناقلات التبديل (انظر براءة الاختراع الأمريكية للاختراع US 5616185).

تشمل عيوب طريقة التصنيع المعروفة انخفاض إمكانية تكرار عملية التصنيع بسبب الاحتمالية العالية لتقشير (فقدان الالتصاق) للتمعدن أثناء تكوين معدن الجانب غير العامل. بالإضافة إلى ذلك، عند القطع إلى بلورات، تتشكل الشقوق على ركائز السيليكون أحادية البلورية، وعند توصيل حافلات التبديل عن طريق اللحام، يتم تمزيق نقطة اللحام مع السيليكون، مما يؤدي، نتيجة لذلك، إلى انخفاض إنتاج البلورات القابلة للاستخدام بعد الحرارة اختبارات ركوب الدراجات (الصدمات الحرارية).

الكشف عن الاختراع

النتيجة الفنية للاختراع المطالب به هي:

زيادة مقاومة الألواح الشمسية للصدمات الحرارية، ولتأثيرات الأحمال الميكانيكية والحرارية، وزيادة قابلية تصنيع التصميم، وزيادة العمر النشط للألواح الشمسية للمركبات الفضائية، وزيادة الوظائف من خلال توسيع نطاق درجة حرارة التشغيل وتحسين تصميم الطاقة الشمسية. لوحات,

تبسيط نظام التبديل، والذي يتم تحقيقه من خلال زيادة قوة اتصال الثنائيات التحويلية والخلايا الشمسية،

زيادة إمكانية تكرار عملية تصنيع الألواح الشمسية للمركبات الفضائية من خلال تحسين تكنولوجيا تصنيع الثنائيات التحويلية والألواح الشمسية، وكذلك تبديل الحافلات التي تربط الخلايا الشمسية وثنائيات التحويل، والتي تكون متعددة الطبقات.

يتم تحقيق النتيجة الفنية للاختراع المطالب به من خلال حقيقة أن البطارية الشمسية للمركبة الفضائية الصغيرة تحتوي على:

تجاوز الصمام الثنائي.

في هذه الحالة، تكون حافلات التبديل متعددة الطبقات، وتتكون من رقائق الموليبدينوم، على كلا الجانبين يتم تطبيق طبقة من الفاناديوم أو التيتانيوم، وطبقة من النيكل وطبقة من الفضة على التوالي.

في أحد النماذج المفضلة، يكون سمك رقائق الموليبدينوم 8-12 ميكرون، والسمك الإجمالي لطبقات الفاناديوم أو التيتانيوم والنيكل هو 0.1-0.3 ميكرون، وسمك الطبقة الفضية هو 2.7-6 ميكرون.

تتضمن طريقة تصنيع بطارية شمسية للمركبات الفضائية الصغيرة ما يلي:

توصيل الخلايا الشمسية بثنائيات التحويل باستخدام التبديل

في هذه الحالة، تكون حافلات التبديل مصنوعة من طبقات متعددة من رقائق الموليبدينوم، على كلا الجانبين يتم تطبيق طبقة من الفاناديوم أو التيتانيوم، وطبقة من النيكل وطبقة من الفضة بالتتابع، على التوالي.

في أحد النماذج المفضلة، يتم تطبيق طبقة من الفاناديوم أو التيتانيوم، وطبقة من النيكل وطبقة من الفضة بالتتابع على كلا الجانبين على رقائق الموليبدينوم المحضرة بواسطة رش المغنطرون الفراغي عند درجة حرارة رقائق الموليبدينوم من 110 إلى 130 درجة مئوية مع أيون أولي يتم تلدين رقائق الموليبدينوم مع طبقات مشكلة من الفاناديوم أو التيتانيوم والنيكل والفضة في فراغ عند درجة حرارة 300-350 درجة مئوية.

وصف موجز للرسومات

يتم شرح ميزات وجوهر الاختراع المطالب به في الوصف التفصيلي التالي، الموضح بالرسومات، التي توضح ما يلي.

يوضح الشكل 1 خلية شمسية بها صمام ثنائي تحويلي مثبت على الجانب باستخدام أشرطة التوصيل.

يوضح الشكل 2 بشكل تخطيطي بنية التبديل طبقة تلو الأخرى

يوضح الشكل 3 خوارزمية لطريقة تصنيع المركبة الفضائية SB.

يوضح الشكل 4 قيم الضغوط الميكانيكية الداخلية المحسوبة من التشوهات المقاسة تجريبياً في الطبقات المعدنية من أشرطة التوصيل المتكونة عند درجات حرارة مختلفة من رقائق الموليبدينوم.

في الشكل 4، تشير الرسوم البيانية الموجودة بين قوسين إلى نطاق درجة حرارة التشغيل الأمثل لرقائق الموليبدينوم أثناء الترسيب. يوضح الشكل 1 ما يلي:

1 - تحويلة الصمام الثنائي.

2 - ناقل التحويل الذي يربط الجانب الأمامي من الصمام الثنائي التحويلي (1) بالخلية الشمسية (4)؛

3 - ناقل التحويل الذي يربط الجانب الخلفي من الصمام الثنائي التحويلي (1) بالخلية الشمسية (4)؛

4 - الخلايا الشمسية (SC)؛

يوضح الشكل 2 ما يلي:

5 - رقائق الموليبدينوم المحضرة.

6 - طبقة من الفاناديوم أو التيتانيوم.

7 - طبقة النيكل.

8- طبقة من الفضة .

التنفيذ ومثال على تنفيذ الاختراع

تم استخدام الطريقة المطالب بها في تنفيذ تقنية جماعية لتصنيع الألواح الشمسية للمركبات الفضائية وتتكون من التسلسل التالي للعمليات التكنولوجية (انظر الشكل 3): تصنيع الخلايا الشمسية على أساس ركيزة أشباه الموصلات الكهروضوئية، وتصنيع التحويلة الثنائيات القائمة على ركيزة شبه موصلة كهروضوئية، تصنيع ناقلات التبديل، والتي تتضمن تحضير رقائق الموليبدينوم وتمعدن رقائق الموليبدينوم المحضرة بواسطة المغنطرون الفراغي المرشوش على كلا الجانبين بطبقات من الفاناديوم والنيكل والفضة عند درجة حرارة رقائق الموليبدينوم 110- 130 درجة مئوية مع القصف الأيوني الأولي، ثم تلدين رقائق الموليبدينوم مع الطبقات المشكلة من الفاناديوم أو التيتانيوم والنيكل والفضة في فراغ عند درجة حرارة 300-350 درجة مئوية، ولحام ناقل الحركة لثنائيات التحويل، واختبار ثنائيات التحويل لـ التدوير الحراري والصدمة الحرارية، وتوصيل الخلايا الشمسية لتحويل الثنائيات باستخدام حافلات التبديل وإجراء مراقبة مخرجات البطارية الشمسية للمركبات الفضائية.

تم اختيار سمك رقائق الموليبدينوم بناءً على أكبر قوة سحب لقضيب التبديل الملحوم إلى الجانبين الأمامي والخلفي من الصمام الثنائي التحويلي بعد اختبار الصدمة الحرارية.

تم تحديد قوة فصل ناقل التبديل الملحوم عن الصمام الثنائي التحويلي على النحو التالي: تم تحضير رقائق الموليبدينوم على عدة مراحل، وبعد ذلك تم تخفيف رقائق الموليبدينوم إلى السماكات التالية: 6 ± 0.1 ميكرومتر، 7.5 ± 0.1 ميكرومتر، 10 ± 0.1 ميكرومتر، 13±0.1 ميكرومتر. ثم تم تطبيق طبقات من الفاناديوم والنيكل والفضة على رقائق الموليبدينوم المحضرة باستخدام رش المغنطرون الفراغي على كلا الجانبين عند درجة حرارة رقائق الموليبدينوم 110-130 درجة مئوية مع قصف أيوني أولي.

بعد ذلك، تم صلب رقائق الموليبدينوم مع طبقات مشكلة من الفاناديوم أو التيتانيوم والنيكل والفضة في فراغ عند درجة حرارة 300-350 درجة مئوية وتم قطع قضبان التوصيل من رقائق الموليبدينوم. بعد ذلك، تم إجراء لحام التحكم لقضبان التوصيل على الجانبين الأمامي والخلفي لثنائيات التحويل والتحكم في قوة فصل قضبان التوصيل عن صمامات التحويل (انظر الجدول 1).

ثم تم إجراء اختبارات الصدمة الحرارية على قضبان التوصيل الملحومة لثنائيات التحويل، والتي تتكون من إجراء 450 دورة من الصدمة الحرارية من درجة حرارة -180 درجة مئوية (بخار النيتروجين السائل) إلى 120 درجة مئوية على معدات متخصصة. بعد ذلك تم قياس المعلمات الكهربائية لثنائيات التحويل والتي أظهرت زيادة طفيفة في الجهد الأمامي على خلفية القيم الثابتة لتيارات التسرب والجهد العكسي. ثم تمت مراقبة قوة فصل قضبان التوصيل عن صمامات التحويل (انظر الجدول 2).

نتيجة للاختبارات، تم الكشف عن زيادة في قوة التمزق لجميع أنواع سماكة قضبان التوصيل من صمامات التحويل مع تغيير طفيف في الخصائص الكهربائية لثنائيات التحويل. استنادًا إلى الجدول 2، وجد أن السُمك الأمثل لرقائق الموليبدينوم هو 10 ± 0.1 ميكرومتر، حيث يتم ضمان الحد الأقصى للقوة لتمزيق قضيب التوصيل بعيدًا عن الصمام الثنائي التحويل.

تم اختيار درجة حرارة رقائق الموليبدينوم أثناء التشغيل التكنولوجي لترسب المعادن بناءً على الحد الأدنى من الضغوط في الهيكل الناتج (انظر الشكل 4). تم تحديد الضغوط الداخلية على النحو التالي: تم تشكيل الحزم الميكروبية أحادية الكابولي عن طريق الرش المغنطروني للأفلام المعدنية V-Ni-Ag على رقائق الموليبدينوم المحضرة مع الطباعة الحجرية الضوئية والحفر الكيميائي البلازمي للمعادن. تم فحص العينات الناتجة من الحزم الميكروبية أحادية الكابولي باستخدام المجهر الضوئي Axio Imager من Carl Zeiss بتكبير قدره 6000x. تم قياس أبعاد هيكل الحزمة واتجاه التشوه. تم تحديد شكل التشوه من خلال انحراف الحزم الميكروبية في نقاط مختلفة على طولها من السطح. ومن ثم، وباستخدام المعالجة الرياضية باستخدام معادلة ستوني، تم حساب قيم الإجهاد للعتبات. تم العثور على انحناء الشعاع عن طريق قياس انحراف ساق العارضة الدقيقة ذات الكابولي المفرد. وقد تم اختيار هذه الأوضاع على أساس اعتبارات إمكانية تكرار نتائج العملية التكنولوجية، والذي يتم ضمانه إذا لم يتم سحب نقطة اللحام للخارج عند توصيل قضبان التوصيل باللحام (انظر الجدول 3).

وفقًا لطريقة التصميم والتصنيع المقترحة، تم تصنيع SBs للمركبات الفضائية صغيرة الحجم، بما في ذلك الثنائيات التحويلية غير المعبأة على شكل مثلث بجهد عكسي يبلغ 100 فولت وتيار أمامي قدره 2 أمبير ومحولات ضوئية متتالية تعتمد على وصلات A 3 V 5.

قبل استخدام الحل التقني المزعوم، تم استخدام حافلات التبديل الفضية، والتي تم لحامها لتحويل الثنائيات والخلايا الشمسية. أظهر اختبار الثنائيات مقاومة منخفضة للصدمات الحرارية (تم تدمير الهيكل بعد 10-15 صدمة حرارية من -180 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية)، وكانت نسبة الثنائيات المناسبة وفقا للخصائص الكهربائية في مرحلة التدوير الحراري لا أكثر من 70% من الثنائيات المناسبة بعد التجميع، وفي الـ 30% المتبقية، حدث تدمير للهيكل في منطقة اللحام (تدمير الطبقات البينية للمواد الأساسية عند تعرضها لدرجات حرارة عالية ومنخفضة) أثناء مراقبة قوة الوصلة الملحومة. كانت قوة فصل المعدنة عن البلورة 50-100 جم/مم2، وبعد استخدام هذا الحل التقني أصبحت أكثر من 150 جم/مم2، ونتيجة لذلك انخفضت نسبة إنتاجية الثنائيات القابلة للاستخدام في مرحلة التدوير الحراري ارتفعت إلى 85%.

صيغة الاختراع

1. البطارية الشمسية للمركبات الفضائية الصغيرة تحتوي على:

ألواح تحتوي على وحدات تحتوي على خلايا شمسية (SC) ملتصقة بها،

تجاوز الصمام الثنائي.

قضبان التبديل ملحومة بالجانبين الأمامي والخلفي لثنائيات التحويل وتوصيل الجانبين الأمامي والخلفي لثنائي التحويل بالخلية الشمسية، بينما يتم تثبيت صمام ثنائي التحويل في فتحة في زاوية الخلية الشمسية،

تتميز في ذلك

تصنع حافلات التبديل متعددة الطبقات، وتتكون من رقائق الموليبدينوم، على كلا الجانبين يتم تطبيق طبقة من الفاناديوم أو التيتانيوم، وطبقة من النيكل وطبقة من الفضة على التوالي.

2. البطارية الشمسية حسب المطالبة رقم 1، وتتميز بأن سمك رقائق الموليبدينوم هو 8-12 ميكرون.

3. البطارية الشمسية حسب المطالبة رقم 2 وتتميز بأن سمك طبقات الفاناديوم أو التيتانيوم والنيكل يتراوح بين 0.1-0.3 ميكرون.

4. البطارية الشمسية حسب المطالبة رقم 3 وتتميز بأن سمك طبقة الفضة يتراوح بين 2.7-6 ميكرون.

5. طريقة تصنيع بطارية شمسية للمركبات الفضائية صغيرة الحجم وتشمل:

تصنيع الخلايا الشمسية (SCs) على أساس ركيزة شبه موصلة كهروضوئية مع فتحة في الزاوية لثنائيات التحويل،

تصنيع الثنائيات التحويلية على أساس ركيزة أشباه الموصلات الضوئية،

تصنيع الحافلات التبديلية

لحام قضبان التوصيل إلى الجوانب الأمامية والخلفية لثنائيات التحويل،

تركيب صمامات ثنائية التحويل في الفتحة الموجودة في زاوية الخلية الشمسية،

ربط الخلايا الشمسية مع الثنائيات التحويلية باستخدام حافلات التبديل،

تتميز في ذلك

تصنع حافلات التبديل من رقائق الموليبدينوم متعددة الطبقات، على كلا الجانبين يتم تطبيق طبقة من الفاناديوم أو التيتانيوم، وطبقة من النيكل وطبقة من الفضة بالتتابع، على التوالي.

6. الطريقة وفقًا للمطالبة 5، والتي تتميز بأنه يتم تطبيق طبقة من الفاناديوم أو التيتانيوم وطبقة من النيكل وطبقة من الفضة بالتتابع على كلا الجانبين على رقائق الموليبدينوم المحضرة باستخدام رش المغنطرون الفراغي عند درجة حرارة رقائق الموليبدينوم 110 درجة. -130 درجة مئوية مع القصف الأيوني الأولي.

7. الطريقة وفقا للمطالبة 6، والتي تتميز بأن رقائق الموليبدينوم مع طبقات مشكلة من الفاناديوم أو التيتانيوم والنيكل والفضة يتم تلدينها في فراغ عند درجة حرارة 300-350 درجة مئوية.

هذه هي المحولات الكهروضوئية - أجهزة أشباه الموصلات التي تحول الطاقة الشمسية إلى طاقة مباشرة. التيار الكهربائي. ببساطة، هذه هي العناصر الأساسية للجهاز الذي نسميه "الألواح الشمسية". وبمساعدة هذه البطاريات، تعمل في مدارات فضائية. الأقمار الصناعيةأرض. يتم تصنيع هذه البطاريات هنا في كراسنودار - في مصنع زحل. دعت إدارة المصنع مؤلف هذه المدونة لإلقاء نظرة على عملية الإنتاج والكتابة عنها في مذكراته.

1. المؤسسة في كراسنودار هي جزء من وكالة الفضاء الفيدرالية، لكن زحل مملوكة لشركة Ochakovo، التي أنقذت هذا الإنتاج حرفيًا في التسعينيات. اشترى أصحاب Ochakovo حصة مسيطرة، والتي ذهبت تقريبا إلى الأمريكيين. استثمرت Ochakovo بشكل كبير هنا، واشترت معدات حديثة، وتمكنت من الاحتفاظ بالمتخصصين، والآن تعد Saturn واحدة من الشركتين الرائدتين في السوق الروسية لإنتاج البطاريات الشمسية والقابلة لإعادة الشحن لتلبية احتياجات صناعة الفضاء - المدنية والعسكرية. جميع الأرباح التي يتلقاها زحل تبقى هنا في كراسنودار وتذهب إلى تطوير قاعدة الإنتاج.

2. إذن، كل شيء يبدأ هنا - في ما يسمى بالموقع. المرحلة الغازية. يوجد في هذه الغرفة مفاعل غاز، حيث يتم زراعة طبقة بلورية على ركيزة من الجرمانيوم لمدة ثلاث ساعات، والتي ستكون بمثابة الأساس للخلية الشمسية المستقبلية. وتبلغ تكلفة هذا التثبيت حوالي ثلاثة ملايين يورو.

3. بعد ذلك، لا يزال أمام الركيزة طريق طويل لتقطعه: سيتم تطبيق الاتصالات الكهربائية على جانبي الخلية الكهروضوئية (علاوة على ذلك، على جانب العمل، سيكون لجهة الاتصال "نمط مشط"، يتم حساب أبعادها بعناية لضمان الحد الأقصى من مرور ضوء الشمس)، ستظهر طبقة مضادة للانعكاس على طبقة الركيزة، وما إلى ذلك. - ما مجموعه أكثر من عشرين عملية تكنولوجية في منشآت مختلفة قبل أن تصبح الخلية الكهروضوئية أساس البطارية الشمسية.

4. هنا، على سبيل المثال، تركيب الطباعة الحجرية الضوئية. هنا، تتشكل "أنماط" التلامسات الكهربائية على الخلايا الكهروضوئية. يقوم الجهاز بتنفيذ جميع العمليات تلقائيا، وفقا لبرنامج معين. هنا يكون الضوء مناسبًا، ولا يضر الطبقة الحساسة للضوء في الخلية الكهروضوئية - كما كان من قبل، في عصر التصوير التناظري، استخدمنا المصابيح "الحمراء".

5. في فراغ تركيب الاخرق، يتم ترسيب الاتصالات الكهربائية والعوازل الكهربائية باستخدام شعاع الإلكترون، ويتم أيضًا تطبيق الطلاءات المضادة للانعكاس (تزيد التيار الناتج عن الخلية الكهروضوئية بنسبة 30٪).

6. حسنًا، الخلية الكهروضوئية جاهزة ويمكنك البدء في تجميع البطارية الشمسية. يتم لحام قضبان التوصيل على سطح الخلية الكهروضوئية من أجل توصيلها فيما بعد ببعضها البعض، ويتم لصق الزجاج الواقي عليها، والذي بدونه في الفضاء، في ظل ظروف الإشعاع، قد لا تتحمل الخلية الكهروضوئية الأحمال. وعلى الرغم من أن سمك الزجاج يبلغ 0.12 مم فقط، إلا أن البطارية التي تحتوي على هذه الخلايا الكهروضوئية ستعمل لفترة طويلة في المدار (في مدارات عالية لأكثر من خمسة عشر عامًا).

6 أ

6 ب

7. يتم التوصيل الكهربائي للخلايا الكهروضوئية مع بعضها البعض باستخدام ملامسات فضية (تسمى قضبان) بسمك 0.02 مم فقط.

8. للحصول على جهد الشبكة المطلوب الناتج عن البطارية الشمسية، يتم توصيل الخلايا الكهروضوئية على التوالي. هذا ما يبدو عليه قسم من الخلايا الكهروضوئية المتسلسلة (المحولات الكهروضوئية - هذا صحيح).

9. وأخيراً، يتم تجميع البطارية الشمسية. يظهر هنا جزء فقط من البطارية - اللوحة بتنسيق نموذج بالحجم الطبيعي. يمكن أن يكون هناك ما يصل إلى ثماني لوحات من هذا القبيل على القمر الصناعي، اعتمادًا على مقدار الطاقة المطلوبة. على أقمار الاتصالات الحديثة تصل إلى 10 كيلو واط. سيتم تركيب هذه الألواح على قمر صناعي، وفي الفضاء ستفتح مثل الأجنحة، وبمساعدتها سنشاهد القنوات الفضائية، ونستخدم الإنترنت عبر الأقمار الصناعية، وأنظمة الملاحة (تستخدم أقمار GLONASS الصناعية ألواح كراسنودار الشمسية).

9 أ

10. عندما تضيء الشمس مركبة فضائية، فإن الكهرباء المولدة من البطارية الشمسية تعمل على تشغيل أنظمة المركبة الفضائية، ويتم تخزين الطاقة الزائدة في البطارية. وعندما تكون المركبة الفضائية في ظل الأرض، يستخدم الجهاز الكهرباء المخزنة في البطارية. تُستخدم بطارية النيكل والهيدروجين، التي تتمتع بقدرة طاقة عالية (60 وات/كجم) ومورد لا ينضب عمليًا، على نطاق واسع في المركبات الفضائية. يعد إنتاج مثل هذه البطاريات جزءًا آخر من عمل مصنع ساتورن.

في هذه الصورة، يتم تجميع بطارية النيكل والهيدروجين بواسطة أناتولي دميترييفيتش بانين، الحائز على وسام الاستحقاق للوطن من الدرجة الثانية.

10 أ

11. منطقة تجميع بطاريات النيكل والهيدروجين. يتم إعداد محتويات البطارية لوضعها في السكن. الحشو عبارة عن أقطاب كهربائية موجبة وسالبة مفصولة بورق فاصل - حيث يحدث تحول وتراكم الطاقة.

12. تركيب لحام شعاع الإلكترون في الفراغ حيث يتم تصنيع علبة البطارية من معدن رقيق.

13. قسم من الورشة يتم فيه اختبار أغلفة البطاريات وأجزائها للضغط العالي.
ونظرًا لأن تراكم الطاقة في البطارية يصاحبه تكوين الهيدروجين، ويزداد الضغط داخل البطارية، فإن اختبار التسرب يعد جزءًا لا يتجزأ من عملية تصنيع البطارية.

14. يعد غلاف بطارية النيكل والهيدروجين جزءًا مهمًا جدًا من الجهاز بأكمله الذي يعمل في الفضاء. تم تصميم الغلاف لضغط قدره 60 كجم ث/سم 2، أثناء الاختبار، حدث التمزق عند ضغط 148 كجم ث/سم 2؛

15. يتم شحن البطاريات التي تم اختبار قوتها بالكهرباء والهيدروجين، وبعد ذلك تصبح جاهزة للاستخدام.

16. يتكون جسم بطارية النيكل والهيدروجين من سبيكة معدنية خاصة ويجب أن تكون قوية ميكانيكيًا وخفيفة الوزن ولها موصلية حرارية عالية. يتم تثبيت البطاريات في الخلايا ولا تلمس بعضها البعض.

17. تخضع البطاريات القابلة لإعادة الشحن والبطاريات المجمعة منها للاختبارات الكهربائية على التركيبات من إنتاجنا. سيكون من المستحيل إصلاح أو استبدال أي شيء في الفضاء، لذلك يتم اختبار كل منتج بعناية هنا.

17 أ

17 ب

18. تخضع جميع تكنولوجيا الفضاء للاختبار الميكانيكي باستخدام منصات الاهتزاز التي تحاكي الأحمال عند إطلاق مركبة فضائية إلى المدار.

18 أ

19. بشكل عام، ترك مصنع زحل الانطباع الأكثر ملاءمة. يتم تنظيم الإنتاج بشكل جيد، وورش العمل نظيفة ومشرقة، والأشخاص العاملون مؤهلون، والتواصل مع هؤلاء المتخصصين هو متعة ومثير للاهتمام للغاية بالنسبة لشخص مهتم على الأقل إلى حد ما بمساحتنا. غادر زحل في في مزاج رائع- من الجميل دائمًا أن تنظر إلى مكان هنا حيث لا ينخرطون في الثرثرة الخاملة ولا يمررون الأوراق، ولكنهم يقومون بعمل حقيقي وجاد، ويتنافسون بنجاح مع الشركات المصنعة المماثلة في البلدان الأخرى. سيكون هناك المزيد من هذا في روسيا.

الصور: © Drugoi

ملاحظة: مدونة نائب الرئيس للتسويق في Ochakovo

ويتعلق الاختراع بتكنولوجيا الصواريخ والفضاء، وبالتحديد العناصر الهيكلية للبطاريات الشمسية للمركبات الفضائية. تحتوي اللوحة الداعمة للبطارية الشمسية للمركبة الفضائية على إطار وقواعد علوية وسفلية حاملة. بين القواعد المذكورة والإطار، يتم تثبيت حشو على شكل قرص العسل وأقسام حاملة بشكل عمودي على القواعد. لتوصيل الأحجام الداخلية لأقراص العسل مع بعضها البعض، يوفر كل متغير من أشكال الاختراع فتحات تصريف في الأسطح الجانبية لكل قرص عسل من أقسام الحشو والحاملة. لتوصيل الأحجام الداخلية لأقراص العسل مع البيئة الخارجية، يتضمن الإصدار الأول من الاختراع عمل فتحات تصريف في عنصر إطار واحد على الأقل، وينص الإصدار الثاني من الاختراع على عمل فتحات تصريف في القاعدة السفلية للوحة بالتساوي مساحة سطحه، وينص الإصدار الثالث من الاختراع على عمل فتحات تصريف على الأقل في عنصر إطار واحد وفي القاعدة السفلية للوحة بالتساوي على مساحة سطحها. وفي هذه الحالة يتم تحديد إجمالي مساحات فتحات التصريف في العناصر الإنشائية المذكورة للوح الحامل مع الأخذ في الاعتبار الحجم الإجمالي للوسط الغازي في الخلايا ومعدلات تدفق فتحات التصريف وفرق الضغط الأقصى للوسط الغازي على طول مسار رحلة مركبة الإطلاق التي تعمل على قواعد اللوحة. يتيح الاختراع إمكانية زيادة القوة الهيكلية للألواح الحاملة للبطاريات الشمسية للمركبة الفضائية دون زيادة كتلتها، وتبسيط تكنولوجيا تصنيع وتركيب الألواح وزيادة موثوقية تشغيلها. 3 ن. و-لي، 4 مرضى.

يتعلق الاختراع بمجال الديناميكا الهوائية الطائرات(LA) ويمكن استخدامها في علم الصواريخ في تصميم وإنشاء ألواح البطاريات الشمسية (SB) للمركبات الفضائية (SC)، والتي يتم تصنيعها وفقًا لنظام حامل ثلاثي الطبقات.

من المعروف والمستخدم على نطاق واسع في مجال الطيران في صناعة عناصر الطائرات (جسم الطائرة، والذيل، والجناح، وما إلى ذلك) هي الألواح المصنوعة وفق نظام حامل ثلاثي الطبقات، يحتوي على إطار (إطار) يدعم القواعد العلوية والسفلية، بين حيث يتم تركيب حشو على شكل قرص العسل.

تم تصميم الألواح المصممة لاستيعاب ونقل الأحمال الموزعة التي تعمل على عناصر الطائرة، وفقًا لنظام ثلاثي الطبقات مع قلب قرص العسل، مما يوفر صلابة أكبر وقدرة تحمل عالية. عندما يتم تحميل اللوحة، يمتص قلب قرص العسل الصلب وخفيف الوزن القص العرضي ويحمي الطبقات الحاملة الرقيقة من فقدان الاستقرار أثناء الضغط الطولي.

تشمل عيوب هذا الحل التقني زيادة وزن عناصر الإطار وقواعد تحميل الألواح بسبب اختلافات الضغط الكبيرة التي تعمل على عناصر اللوحة على طول مسار رحلة الطائرة عندما يتغير ارتفاع طيران الطائرة.

هناك لوحات SB معروفة للمركبات الفضائية تستخدم في علم الصواريخ، وهي مخصصة لتركيب العناصر الحساسة (المحولات الكهروضوئية) لنظام إمداد الطاقة للمركبات الفضائية. يتم تصنيع الألواح أيضًا وفقًا لنظام حامل ثلاثي الطبقات وتحتوي على إطار يدعم القواعد العلوية والسفلية، حيث يتم تركيب حشو على شكل قرص العسل بشكل محكم، بالإضافة إلى أقسام حاملة مثبتة بشكل عمودي على القواعد لزيادة صلابة اللوحة. لتقليل وزن هيكل لوحة SB، تم تصنيع الإطار والقواعد الحاملة والأقسام من مواد خفيفة الوزن.

توفر الألواح الحاملة للمركبة الفضائية SB، المستخدمة في الصواريخ، وكذلك الألواح المستخدمة في الطيران، صلابة أكبر وقدرة تحمل عالية للهيكل ثلاثي الطبقات للوحة SB مع قلب قرص العسل.

تشمل عيوب هذا الحل التقني انخفاض القوة الهيكلية للوحات SB الحاملة وإمكانية فقدان استقرارها العام والمحلي إذا كان هناك انحراف في تكنولوجيا تصنيع اللوحة وتشغيلها، بسبب الأحمال الديناميكية الهوائية الأكثر أهمية العمل على عناصر لوحات SB للمركبة الفضائية مقارنة بأحمال الطيران. في هذه الحالة، يختلف الضغط الخارجي المؤثر على لوحة SC للمركبة الفضائية على طول مسار رحلة مركبة الإطلاق (LV) على نطاق أوسع: من الغلاف الجوي (عند مستوى الأرض عند إطلاق LV) إلى الصفر تقريبًا عند الإطلاق في الفضاء بين الكواكب، ويظل الضغط داخل اللوحة المغلقة على طول مسار رحلة مركبة الإطلاق في الغلاف الجوي.

الهدف من الاختراع هو زيادة القوة الهيكلية للألواح الحاملة للمركبة الفضائية دون زيادة كتلتها عند إطلاق المركبة الفضائية إلى الفضاء بين الكواكب بواسطة مركبة الإطلاق.

يتم حل المشكلة بهذه الطريقة (الخيار 1) أنه في اللوحة الحاملة SB KA، التي تحتوي على إطار، وقواعد علوية وسفلية حاملة، حيث يتم تركيب حشو على شكل قرص العسل بإحكام، يتم تثبيت الأقسام الحاملة بإحكام مثبتة بشكل عمودي على القواعد، وفقًا للاختراع، في الأسطح الجانبية لكل قرص عسل من الحشو والأقسام، من خلال فتحات التصريف التي تربط الأحجام الداخلية لأقراص العسل مع بعضها البعض، وفي الإطار، على الأقل في عنصر واحد من الإطار، توجد فتحات تصريف تربط الحجوم الداخلية للأقراص مع البيئة الخارجية، بينما يتم تحديد المساحة الفعالة الإجمالية لفتحات التصريف في الأقراص والأقسام والإطار من النسب:

S 2 [سم 2 ] - المساحة الإجمالية لفتحات التصريف في الإطار؛

a، b عبارة عن معاملات تعتمد على معلمات مسار مركبة الإطلاق، وتقريب منحنى اعتماد المنطقة الفعالة لفتحات التصريف في الإطار على الحد الأقصى لانخفاض الضغط على طول المسار الذي يعمل على قواعد الألواح.

يتم حل المشكلة أيضًا بهذه الطريقة (الخيار 2) أنه في اللوحة الحاملة SB KA، التي تحتوي على إطار، وقواعد علوية وسفلية حاملة، حيث يتم تركيب حشو على شكل قرص العسل بإحكام، يتم تركيب أقسام حاملة يتم تثبيتها بشكل عمودي على القواعد، وفقًا للاختراع، في الأسطح الجانبية لكل حشو وأقسام قرص العسل، يتم عمل فتحات تصريف، وربط الأحجام الداخلية لأقراص العسل مع بعضها البعض، وفي القاعدة السفلية للوحة، بالتساوي عبر مساحة سطحه، ويتم عمل فتحات التصريف، لربط الحجوم الداخلية للأقراص مع البيئة الخارجية، في حين يتم تحديد المساحة الفعالة الإجمالية لفتحات التصريف في الأقراص والفواصل والقاعدة السفلية من العلاقات:

S 1 [سم 2] - المساحة الإجمالية لفتحات التصريف في السطح النهائي لقرص العسل؛

ق 3 [سم 2] - المساحة الإجمالية لفتحات التصريف في القاعدة السفلية؛

V [م 3 ] - الحجم الإجمالي للوسط الغازي في أقراص العسل؛

μ.GIF; 1 - معدل تدفق فتحات التصريف في أقراص العسل والأقسام؛

μ.GIF; 3 - معدل تدفق فتحات التصريف في القاعدة السفلية؛

Δ.GIF; P [kgf/cm 2 ] - أقصى اختلاف في الضغط لوسط الغاز على طول مسار رحلة مركبة الإطلاق التي تعمل على قاعدة اللوحة؛

a، b عبارة عن معاملات تعتمد على معلمات مسار مركبة الإطلاق، وتقريب منحنى اعتماد المنطقة الفعالة لفتحات التصريف في قواعد الألواح على أقصى فرق الضغط على طول المسار الذي يعمل على قواعد اللوحة.

يتم حل المشكلة أيضًا بهذه الطريقة (الخيار 3) أنه في اللوحة الحاملة SB KA، التي تحتوي على إطار، وقواعد علوية وسفلية حاملة، حيث يتم تركيب حشو على شكل قرص العسل بإحكام، يتم تركيب أقسام حاملة يتم تركيبها بشكل عمودي على القواعد، وفقًا للاختراع، في الأسطح الجانبية لكل قرص عسل، تحتوي الحشوة والأقسام من خلال فتحات تصريف تربط الأحجام الداخلية لأقراص العسل مع بعضها البعض، وفي الإطار، على الأقل في عنصر واحد من الإطار، وفي القاعدة السفلية للوحة، يتم عمل فتحات تصريف بالتساوي على مساحة سطحها، لربط الحجوم الداخلية للأقراص العسلية مع البيئة الخارجية، مع إجمالي المساحة الفعالة لفتحات التصريف في الأقراص العسلية في هذه الحالة يتم تحديد الأقسام والإطار والقاعدة السفلية من النسب:

S 1 [سم 2] - المساحة الإجمالية لفتحات التصريف في السطح النهائي لقرص العسل؛

S 2، S 3 [cm 2] - المساحة الإجمالية لفتحات التصريف في الإطار والقاعدة السفلية، على التوالي؛

V [م 3 ] - الحجم الإجمالي للوسط الغازي في أقراص العسل؛

μ.GIF; 1 - معدل تدفق فتحات التصريف في أقراص العسل والأقسام؛

μ.GIF; 2، μ.GIF؛ 3 - معدل تدفق فتحات التصريف في الإطار والقاعدة السفلية للوحة على التوالي؛

Δ.GIF; P [kgf/cm 2 ] - الحد الأقصى لفرق الضغط لوسط الغاز على طول مسار رحلة مركبة الإطلاق التي تعمل على قاعدة اللوحة؛

النتائج الفنية للاختراع هي:

تقليل قطرات الضغط التي تعمل على القواعد والعناصر الحساسة للوحة SB مع الحد الأدنى المسموح به من قطرات الضغط التي تعمل على جدران قلب قرص العسل؛

تحديد المساحة الفعالة لفتحات التصريف في أقراص العسل والإطارات والقواعد الحاملة وأقسام الألواح؛

تحديد تأثير معلمات المسار (رقم ماخ، ارتفاع الطيران H) على المساحة الفعالة لفتحات التصريف.

يتم توضيح جوهر الاختراع من خلال الرسوم البيانية للوحة SC ورسم بياني للتغيرات في الضغط الزائد الذي يعمل على عناصره.

تُظهر الأشكال 1 و2 و3 الرسوم التخطيطية للوحة SB الخاصة بالمركبة الفضائية، والتي تم تصميمها على التوالي في الخيارات 1 و2 و3، ويتم تسليط الضوء على أجزاءها، حيث:

2 - القاعدة العلوية.

3 - القاعدة السفلية.

4 - حشو.

5 - أقسام.

6 - فتحات الصرف.

7- العناصر الحساسة .

تُظهر الأسهم هنا اتجاه تدفق وسط الغاز في أقراص حشو اللوحة وتدفقه إلى البيئة الخارجية.

ويبين الشكل 4 اعتماد انخفاض الضغط الأقصى على طول مسار رحلة مركبة الإطلاق Δ.GIF؛ P(Δ.GIF; P=Pvn-Pnar) للبيئة الغازية التي تعمل على قواعد الألواح، من المنطقة الفعالة النسبية لأقسام التدفق في فتحات الصرف μ.GIF؛ S/V، حيث:

Pvn - ضغط الوسط الغازي داخل اللوحة (في أقراص الحشو)؛

Pnar هو ضغط وسط الغاز خارج اللوحة.

تحتوي اللوحة الداعمة للمركبة الفضائية SB (الشكل 1، 2، 3) على إطار 1، وقاعدة علوية داعمة 2 وقاعدة سفلية 3، بالإضافة إلى أقسام حاملة 5 مثبتة بشكل عمودي على هذه القواعد. يتم تثبيت حشو 4 على شكل قرص العسل بشكل جذابي بين القواعد. يتم تثبيت عناصر الاستشعار 7 لنظام إمداد الطاقة للمركبة الفضائية على القاعدة العلوية 2.

في الأسطح الجانبية لكل نواة قرص العسل 4 والأقسام الحاملة 5، على عكس النموذج الأولي، يوجد في كل إصدار فتحات تصريف 6 تربط الكميات الداخلية لأقراص العسل مع بعضها البعض ومع البيئة الخارجية (انظر العرض أ والقسم على طول ب ب).

في الخيار 1 (الشكل 1)، تتواصل الأحجام الداخلية لقرص العسل مع البيئة الخارجية من خلال فتحات التصريف 6 المصنوعة في الإطار 1، على الأقل في أحد عناصره.

في الخيار 2 (الشكل 2)، تتواصل الأحجام الداخلية لقرص العسل مع البيئة الخارجية من خلال فتحات التصريف 6 المصنوعة في القاعدة السفلية الحاملة 3، والمتباعدة بالتساوي على مساحة قاعدتها.

في الخيار 3 (الشكل 3)، تتواصل الأحجام الداخلية لقرص العسل مع البيئة الخارجية من خلال فتحات التصريف 6 المصنوعة في الإطار 1، على الأقل في أحد عناصره، وكذلك في القاعدة السفلية الحاملة 3، متباعدة بشكل متساو على طول مساحة قاعدتها.

نظرًا للترتيب الموحد لفتحات التصريف على مساحة قواعد الألواح، يتم ضمان توزيع موحد أو قريب من موحد للضغط في إجمالي أقراص العسل، وبالتالي، يتم ضمان اختلافات الضغط المؤثرة على قواعد الألواح. وهذا يلغي تركيزات الضغط عند تقاطعات عناصر اللوحة بسبب اختلافات الضغط غير المتساوية، مما يؤدي إلى تبسيط تكنولوجيا تصنيع اللوحة وزيادة موثوقية تشغيلها في ظل وجود عيوب مخفية أثناء تصنيعها، على سبيل المثال، عند فردها لا يتم لصق عناصر قلب قرص العسل على القواعد الحاملة.

يتم تحديد خيار خيار لوحات التصريف من خلال الأحمال التشغيلية المسموح بها التي تعمل على قواعد الألواح على طول مسار رحلة مركبة الإطلاق، مع مراعاة التصميم والميزات التكنولوجية لتصنيع الألواح.

يتم تحديد المساحة الفعالة الإجمالية لفتحات التصريف في الإطار 1، وفي أقراص الحشو 4، والأقسام 5 والقاعدة السفلية 3 لمسار طيران معين لمركبة الإطلاق من خلال العلاقات (1)، (2) و ( 3)، للخيارات 1 و2 و3، على التوالي، مع الأخذ في الاعتبار المعاملين a وb المتضمنين في هذه العلاقات، والتي تعتمد على معلمات مسار مركبة الإطلاق.

تحتوي الصيغ (1) و (2) و (3) على الوصف الرياضياعتماد المساحة الفعالة الإجمالية النسبية لفتحات الصرف μ.GIF ؛ ·S/V من الحد الأقصى لانخفاض الضغط على طول مسار الرحلة LV.GIF؛ P وتم الحصول عليها من نتائج تحليل تدفق الوسط الغازي في نظام من الحاويات المترابطة الديناميكية الغازية المكونة من أقراص العسل المستنزفة من الحشو 4 مع أقسام الطاقة 5 والقاعدة العلوية 2 والقاعدة السفلية 3 مع تدفقها اللاحق إلى البيئة الخارجية.

في علم الصواريخ، الإطار 1 مصنوع من ألياف الكربون، والقواعد الحاملة 2 و3، وكذلك الأقسام الحاملة 5 مصنوعة من التيتانيوم. يتكون النواة 4 على شكل قرص عسل من سبائك الألومنيوم ويتم تثبيته بإحكام على القاعدة العلوية 2 والقاعدة السفلية 3 للوحة باستخدام غراء الطيران VKV-9 على سبيل المثال. كما يتم ربط العناصر الحساسة 7 SB بالقاعدة العلوية 2.

تعمل لوحة الناقل SB KA على النحو التالي.

نظرًا لأنه في الأسطح الجانبية لكل قرص عسل من عناصر الحشو 4 وعناصر اللوحة (الشكل 1 و 2 و 3)، على عكس النموذج الأولي، يتم عمل فتحات تصريف 6، أثناء رحلة المركبة الفضائية كجزء من الوحدة الرئيسية للمركبة الفضائية مركبة الإطلاق، وكذلك في الرحلة المستقلة للمركبة الفضائية، بعد إسقاط كتلة الرأس الانسيابية، يتدفق وسط الغاز بين أقراص العسل للحشو 4، وأقسام الطاقة 5 ويتدفق عبر فتحات التصريف في الإطار 1 و القاعدة السفلية 6 في البيئة الخارجية (انظر القسم الموجود على طول المادة المتفجرة). يحدث تدفق وسط الغاز مع تأخير ضئيل في معادلة الضغط في أقراص العسل الخاصة بالحشو 4.

في هذه الحالة، يحدث تدفق وسط الغاز من أقراص العسل الخاصة بالحشو 4 إلى البيئة الخارجية بسرعة دون سرعة الصوت دون حظره في أقراص العسل الخاصة بالحشو 4، نظرًا لأن إجمالي المناطق الفعالة μ.GIF؛ 2 ·S 2 فتحات تصريف 6 في الإطار 1 وμ.GIF؛ 3 ·S 3 - في القاعدة السفلية 3 تكون أكبر من أو تساوي إجمالي المساحة الفعالة μ.GIF؛ 1 ·S 1 في قرص العسل للحشو 4 مع أقسام الطاقة 5 (μ.GIF; 2 ·S 2 ≥.GIF; μ.GIF; 1 ·S 1 , μ.GIF; 3 ·S 3 ≥.GIF; μ. GIF؛ 1·س 1).

أثناء رحلة المركبة الفضائية كجزء من الوحدة الرئيسية للجهد المنخفض، يتم تحقيق الحد الأقصى لانخفاض الضغط Δ.GIF؛ P (الشكل 4)، يعمل على أساس اللوحين 2 و 3، وفقًا للصيغ (1)، (2) و (3). في هذه الحالة، تتدفق البيئة الغازية من قرص العسل للحشو 4 إلى حجم مغلق أسفل غطاء الرأس، ويتم تحديد الحد الأقصى لفرق الضغط المسموح به، بالمقارنة مع الضغط الخارجي على طول مسار رحلة مركبة الإطلاق، بواسطة حل تقني معروف باستخدام نظام صرف المقصورة.

أثناء الطيران المستقل للمركبة الفضائية، يتم إنشاء ضغط داخلي P VN داخل لوحة الجسم، بالقرب من الضغط الجوي (الضغط الثابت للغلاف الجوي المحيط). التغييرات Δ.GIF؛ في هذه الحالة، يكون الضغط P بين أقراص العسل للحشو 4، وكذلك الضغط الداخلي Pvn في أقراص العسل للحشو 4 والبيئة الخارجية Pnar، التي تعمل على القاعدة العلوية 2 والقاعدة السفلية 3 للوحة، هي قريبة من الصفر.

وبالتالي، يتم تقليل قطرات الضغط المؤثرة على عناصر اللوحة والعناصر الحساسة لنظام إمداد الطاقة للمركبة الفضائية المثبت عليها. وبذلك يتم زيادة القوة الهيكلية للمركبة الفضائية SB دون زيادة كتلة المركبة الفضائية، مما يؤدي إلى إنجاز المهمة الموكلة إليها.

بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لانخفاض فروق الضغط التي تعمل على عناصر اللوحة، تم تبسيط تكنولوجيا التصنيع والتركيب للوحة المركبة الفضائية SB وزيادة موثوقية تشغيلها.

أظهرت الحسابات التي أجريت على لوحة الجسم التي تم تطويرها للمركبة الفضائية يامال التي أطلقتها مركبة الإطلاق بروتون أن الضغط ينخفض ​​بمقدار Δ.GIF؛ P الذي يعمل على قاعدة اللوحة، بالمقارنة مع النموذج الأولي، يتناقص بترتيب من حيث الحجم ويقترب عمليا من الصفر.

حاليًا، اجتاز الحل التقني الاختبارات التجريبية ويتم تنفيذه على المركبات الفضائية التي تطورها المؤسسة.

يمكن استخدام الحل التقني لأنواع مختلفة من المركبات الفضائية: المركبات الفضائية القريبة من الأرض، والمركبات بين الكواكب، والمركبات الآلية، والمأهولة وغيرها من المركبات الفضائية.

يمكن أيضًا تطبيق الحل التقني في مجال الطيران، على سبيل المثال، عند استخدام لوحة SB كجزء من عنصر جناح الطائرة. في هذه الحالة، يتم تحديد المساحة الفعالة لفتحات التصريف في عناصر اللوحة مع الأخذ بعين الاعتبار أقصى اختلافات الضغط المؤثرة على عناصر الجناح على طول مسار رحلة الطائرة.

الأدب

1. الطيران. موسوعة. م: تساجي، 1994، ص 529.

2. عند مطلع القرنين (1996-2001). إد. أكاد. يو بي سيمينوفا. م: RSC "Energia" الذي يحمل اسم S. P. كوروليف، 2001، ص 834.

3. براءة الاختراع رو 2145563 C1.

صيغة الاختراع

1. لوحة داعمة للبطارية الشمسية لمركبة فضائية، تحتوي على إطار، تدعم القواعد العلوية والسفلية، حيث يتم تركيب حشو على شكل قرص العسل بشكل محكم وأقسام طاقة متعامدة مع القواعد، وتتميز بذلك من خلال فتحات التصريف المصنوعة في الأسطح الجانبية لكل قرص عسل من أقسام الحشو والطاقة، تربط الأحجام الداخلية لأقراص العسل مع بعضها البعض، وفي عنصر إطار واحد على الأقل توجد فتحات تصريف تربط الأحجام الداخلية لأقراص العسل مع البيئة الخارجية، في حين أن الإجمالي يتم تحديد المساحة الفعالة لفتحات التصريف في أقراص العسل والأقسام الحاملة والإطار من النسب

S 2 - المساحة الإجمالية لفتحات التصريف في الإطار، سم 2؛

μ.GIF; 2 - معدل تدفق فتحات التصريف في الإطار؛

a، b عبارة عن معاملات تعتمد على معلمات مسار مركبة الإطلاق، وتقريب منحنى اعتماد المنطقة الفعالة لفتحات التصريف في الإطار على الحد الأقصى لانخفاض الضغط على طول المسار الذي يعمل على قواعد اللوحة.

2. لوحة داعمة للبطارية الشمسية لمركبة فضائية، تحتوي على إطار يدعم القواعد العلوية والسفلية، حيث يتم تركيب حشو على شكل قرص العسل بشكل محكم وأقسام طاقة متعامدة مع القواعد، وتتميز بوجود فتحات تصريف في الأسطح الجانبية لكل قرص عسل من أقسام الحشو والطاقة، وتوصل الأحجام الداخلية لأقراص العسل مع بعضها البعض، وفي القاعدة السفلية للوحة، يتم عمل فتحات تصريف بالتساوي على مساحة سطحها، وربط الأحجام الداخلية لأقراص العسل مع البيئة الخارجية، بينما يتم تحديد المساحة الفعالة الإجمالية لفتحات التصريف في الأقراص وقواطع الطاقة والقاعدة السفلية للوحة من النسب

μ.GIF; 1 ·S 1 /V=a·Δ.GIF; ف-ب،

حيث S 1 هي المساحة الإجمالية لفتحات التصريف في الأسطح الجانبية للأقراص وقواطع الطاقة سم 2 ؛

S 3 - المساحة الإجمالية لفتحات التصريف في القاعدة السفلية للوحة سم 2 ؛

V هو الحجم الإجمالي للوسط الغازي في أقراص العسل، م3؛

μ.GIF; 1 - معدل تدفق فتحات التصريف في الأسطح الجانبية للأقراص وقواطع الطاقة.

μ.GIF; 3 - معدل تدفق فتحات التصريف في القاعدة السفلية للوحة؛

Δ.GIF; P هو فرق الضغط الأقصى لوسط الغاز على طول مسار رحلة مركبة الإطلاق الذي يعمل على قاعدة اللوحة، كجم قوة / سم 2 ؛

a، b عبارة عن معاملات تعتمد على معلمات مسار مركبة الإطلاق، وتقريب منحنى اعتماد المنطقة الفعالة لفتحات التصريف في القاعدة السفلية للوحة على أقصى فرق الضغط على طول المسار الذي يعمل على القواعد من اللوحة.

3. لوحة داعمة للبطارية الشمسية للمركبة الفضائية، تحتوي على إطار، تدعم القواعد العلوية والسفلية، حيث يتم تركيب حشو على شكل قرص العسل بشكل محكم وأقسام طاقة متعامدة مع القواعد، وتتميز بذلك من خلال فتحات التصريف المصنوعة في الأسطح الجانبية لكل قرص عسل من أقسام الحشو والطاقة، التي تربط الأحجام الداخلية لأقراص العسل مع بعضها البعض، وفي عنصر واحد على الأقل من الإطار وفي القاعدة السفلية للوحة، يتم عمل فتحات تصريف بالتساوي على سطحها المنطقة، التي تربط الأحجام الداخلية لأقراص العسل مع البيئة الخارجية، في حين يتم تحديد المساحة الفعالة الإجمالية لفتحات التصريف في أقراص العسل وأقسام الطاقة والإطار والقاعدة السفلية للوحة من العلاقات

μ.GIF; 1 ·S 1 /V=a·Δ.GIF; ف-ب،

μ.GIF; 2 ·S 2 /V≥.GIF؛ μ.GIF; 1 ق 1 /الخامس،

μ.GIF; 3·S 3 /V≥.GIF؛ μ.GIF; 1 ق 1 /الخامس،

حيث S 1 هي المساحة الإجمالية لفتحات التصريف في الأسطح الجانبية للأقراص وقواطع الطاقة سم 2 ؛

S 2، S 3 - إجمالي مساحات فتحات التصريف في الإطار والقاعدة السفلية للوحة، على التوالي، سم 2؛

V هو الحجم الإجمالي للوسط الغازي في أقراص العسل، م3؛

μ.GIF; 1 - معدل تدفق فتحات التصريف في الأسطح الجانبية للأقراص وقواطع الطاقة.

μ.GIF; 2، μ.GIF؛ 3 - معاملات تدفق فتحات التصريف في الإطار والقاعدة السفلية للوحة على التوالي؛

Δ.GIF; P هو فرق الضغط الأقصى لوسط الغاز على طول مسار رحلة مركبة الإطلاق الذي يعمل على قاعدة اللوحة، كجم قوة / سم 2 ؛

a، b عبارة عن معاملات تعتمد على معلمات مسار مركبة الإطلاق، وتقريب منحنى اعتماد المنطقة الفعالة لفتحات التصريف في الإطار والقاعدة السفلية للوحة على أقصى فرق الضغط على طول المسار الذي يعمل عليه قاعدة اللوحة.