太阳能发电在国际空间站中的应用.docxVIP

太阳能发电在国际空间站中的应用 1 家庭电源系统 “国际空间站”的电源系统采用太阳能发电法。站上有2个互连系统, 即美国舱段的124V系统和俄罗斯舱段的28V系统, 2个系统通常状态下是相互独立的, 但通过直流变换器互连后可允许电力双向传输。 美国舱段电源系统是一种分配电源系统, 即在局部区域 (光伏太阳电池阵) 产生电源, 然后分配给各个舱使用。它分为3个分系统:一次电源系统、二次电源系统和辅助系统。美国舱段使用光伏电池模块 (PVM) 产生和贮存一次电源, 一次电源被转换成二次电源, 通过转换器, 二次电源分出众多路径输送到“国际空间站”独立的电源用户。光电模块是增大一次电源生产能力的独立发电厂。而二次电源系统是集成到“国际空间站”的桁架、舱段和设备机柜内的本地电网。辅助分系统包括热控、接地和指令与控制。 俄罗斯舱段电源系统采用本地化体系结构, 曙光号多功能货舱和星辰号服务舱都具有独立的电源系统, 产生、存储和消耗各自的电能。 电源系统的技术指标如下。 (1) 电源的功率 站上总功率:110kW;平均功率:30kW;最小连续功率:26kW。 (2) 电压体系 美国舱段:一次电源160V, 二次电源124V;俄罗斯舱段:28V。 (3) 电池翼的结构 总数量为8个 (4对) ;尺寸:完全展开时, 每个长35m, 宽12m;完全收缩时, 每个长4.57m, 高51cm;每个功率为32.8kW;总面积约3000m2。 每个电池翼包括2块可伸缩的太阳电池板, 中间由展开杆连接;每个电池翼包括32800块太阳电池, 每块8cm×8cm;每个电池翼包括164个有源板 (电池串) , 每个有源板包括200个太阳电池和4100个二极管。 (4) 电池阵转向太阳 太阳电池翼装有2个太阳阿尔法旋转节 (SARJ) :它们是空间站主万向节, 由于持续旋转保证电池阵指向太阳;装有8个贝它万向节组件 (BGA) :它们是单轴万向节, 可连续360°旋转, 用于调整角度;精度为±0.005°。 (5) 电池基于光照 每个镍氢电池组件包括38个轻型镍氢电池, 每个组件的容量为81A·h。可充电镍氢电池用于没有太阳光照射时的空间站电源供应;每90min工作35min;工作寿命6.5年。在日照区, 电池由发电系统充电, 在阴影区电池放电。在用电高峰或发电系统故障时, 电池组也可提供电源。在正常供电情况下, 电池组仅按30%的放电深度设计。 2 热控机构设计 “国际空间站”上的热控系统由被动热控系统和主动热控系统组成。美国与俄罗斯舱段热控分别进行控制。 被动热控系统利用多层隔热组件、热控涂层、加热器、热管等元器件, 以及选择空间运行姿态的办法来维持各结构体和轨道可更换单元所需的温度范围。 在工作环境或热载荷超出了被动热控系统的热控能力时, 需要采用主动热控系统。在闭合回路中, 主动热控系统通过使用机械泵提供动力的流体来执行热量收集、热量传递和散热3种功能。 美国舱段的主动热控系统由舱内系统和外部系统组成, 舱内系统用于收集设备产生的热量, 外部系统负责将这些热量排放到空间中去。内部主动热控系统在各个加压舱中设置若干相互独立的单相水回路, 采用水作为工作流体, 因为它既高效又安全;外部热控采用以泵驱动的单相无水氨回路, 各舱段收集的热量传输到分别安装在S1、P1桁架段处2组展开的散热器, 并向外空间散热。光电模块主动热控系统采用独立的单相氨回路。 俄罗斯舱段的热控系统大体沿用和平号空间站的热控模式, 即主要依靠各舱的液体回路实现各自的热量传输, 以及各舱壁散热器表面排散废热。内回路以乙二醇-水为工质, 外回路以有机硅液为工质, 设有2套并联互为备份的舱内主冷却回路。每套内回路均有冷凝干燥换热器、可更换的泵组单元、流量调节阀和热管式舱壁恒温加热器。对高热负荷设备还采取冷却板散热措施。各舱段的热控单元既可独立运行, 又能适当联合。 热控系统的技术指标如下。 (1) 中温回路抗压强度 “国际空间站”壁面温度:16.7～45℃, 空气温度:18～27℃; 美国舱段内部主动热控系统包含2个单相水回路:低温回路和中温回路。低温回路工作温度4℃, 用于生保系统舱的空气循环热交换器的热量排放;中温回路工作温度17℃, 主要用于冷却安装在不同冷却板上的电子设备 (表面温度为35℃时, 冷却板的冷却能力大于620W) 。 俄罗斯舱段:18～28℃。 (2) 最大热载 “国际空间站”总的热负载:140.5kW, 其中美国102kW, 俄罗斯38.5kW。 (3) 双镀铝聚酯薄膜dam 它由中间带有涤纶网 (用于绝缘) 的20层双镀铝聚酯薄膜 (DAM) 组成, 密度约1.2kg/m2, 平均有效辐射率是0.035, 铝覆盖外层。 (4) 表面涂层 采用作阳极化处理的涂层与油漆。