Развертывание солнечной батареи
Солнечные панели космических аппаратов
Панели iRosa, сфотографированные во время облета SpaceX Crew-2
Недавно развернутая панель iROSA, видимая с зум-камеры на ферме P6
ROSA удерживается роботизированными руками на Международной космической станции

Распределительная солнечная батарея (ROSA) и ее более крупная версия Распределительная солнечная батарея ISS (iROSA) представляют собой легкие, гибкие источники энергии для космических аппаратов, спроектированные и разработанные компанией Redwire . [1]

Этот новый тип солнечных батарей обеспечивает гораздо больше энергии, чем традиционные солнечные батареи при гораздо меньшей массе. [2] Традиционные солнечные панели, используемые для питания спутников, громоздки, с тяжелыми панелями, сложенными вместе с помощью механических шарниров. Учитывая, что полезная нагрузка, связанная с космосом, ограничена по своей массе и объему по необходимости, ROSA на 20 процентов легче (с массой 325 кг (717 фунтов)) [3] и составляет одну четвертую объема жестких панелей с той же производительностью. [4]

ROSA — это гибкая и сворачиваемая солнечная батарея, которая работает так же, как измерительная лента разматывается с катушки. Новая конструкция солнечной батареи сворачивается, образуя компактный цилиндр для запуска со значительно меньшей массой и объемом, что потенциально обеспечивает существенную экономию средств, а также увеличение мощности для спутников. ROSA имеет центральное крыло, изготовленное из гибкого материала, который поддерживает гирлянды фотоэлектрических элементов, вырабатывающих электроэнергию. Обе стороны крыла имеют узкую стрелу, которая простирается по всей длине крыла, обеспечивая поддержку решетке, называемую высокопрочной композитной стрелой. Стрелы выглядят как разделенные трубы, изготовленные из жесткого композитного материала , сплющенные и свернутые в длину. Для развертывания решетки не нужен двигатель. Это достигается с помощью потенциальной энергии, накопленной в стрелах, которая высвобождается, когда каждая стрела переходит из формы катушки в прямую опорную стрелу. Затем солнечные крылья развертываются за счет энергии деформации в скрученных стрелах, которые присутствуют на двух концах конструкции.

Патент

Брайан Р. Спенс и Стивен Ф. Уайт были первыми людьми, которые запатентовали идею Roll Out Solar Array 21 января 2010 года. [5] Они получили патент на эту работу 1 апреля 2014 года. [5]

История на МКС

Тестовая миссия ROSA

Солнечные батареи для МКС изготавливаются в цехе по обработке материалов космической станции в Центре космических исследований имени Кеннеди

NASA испытывало технологию ROSA в вакуумных камерах на Земле в течение 2010-х годов и, удовлетворившись многообещающими результатами, приступило к ее испытаниям в космосе 18 июня 2017 года. ROSA была запущена на борту SpaceX CRS-11 3 июня. [3] В течение выходных 17–18 июня 2017 года инженеры на Земле дистанционно управляли роботизированной системой Canadarm2 Международной космической станции для извлечения эксперимента Roll Out Solar Array (ROSA) из корабля пополнения запасов SpaceX Dragon . После наблюдения механизм не планировалось возвращать на Землю. Солнечная батарея развернулась 18 июня, удлинившись с помощью натяжных штанг по обе стороны крыла шириной 1,6 метра. [6] NASA решило проводить непрерывные испытания в течение недели и наблюдать за их последствиями. Инженеры наблюдали за поведением солнечной батареи, поскольку она подвергалась экстремальным перепадам температур на орбите МКС. Вибрации и колебания также были механически введены для оценки реакции массива на структурные нагрузки. [7] После экспериментов наземные контроллеры не смогли зафиксировать солнечную панель в ее походной конфигурации. Поэтому солнечная панель была сброшена с Международной космической станции 30 июня после 12-дневного испытания. [8]

иРОСА 2Б/4Б

МКС-65 iROSA в захвате роботизированной руки Canadarm2

В июне 2021 года две новые солнечные панели iROSA были установлены на ферменных мачтах P6 Международной космической станции . [9] Каждая из двух операций заняла по шесть часов и была выполнена в ходе трех выходов в открытый космос астронавтами Шейном Кимбро и Томасом Песке . [10] [11] [12] [13] Новые батареи должны были обеспечить станцию ​​в общей сложности 120 киловатт дополнительной мощности во время дневной орбиты. [14] [ требуется обновление ]

иРОСА 3А/4А

3 декабря 2022 года члены экипажа экспедиции 68 Джош Кассада и Фрэнк Рубио установили iROSA на массиве 3A на сегменте фермы S4 и подключили его к энергосистеме США. Космонавты открутили болты и установили кабели, и в 17:37 по Гринвичу массив был развернут и получает питание. В рамках подготовительных задач они подготовили массив 4A на сегменте фермы P4 для следующего выхода в открытый космос, отсоединили массив 1B на сегменте S6, сняли крутящий момент на электронных блоках P4 и установили кабели вдоль фермы для соединения в конце пятого выхода в открытый космос экспедиции. [15] Выход в открытый космос был задержан, когда скафандр Кассады не включился. Были выполнены шаги по устранению неполадок, и питание скафандра Кассады было восстановлено, чтобы они могли продолжить выход в открытый космос. Ник Хейг был наземным коммуникатором поддержки во время выхода в открытый космос. [16] [17] 22 декабря 2022 года во время следующего выхода Кассады и Рубио в открытый космос другая iROSA была установлена ​​поверх старой солнечной батареи 4A. [18]

иРОСА 1А/1Б

iROSA в багажнике Dragon, вид с верхней ступени Falcon 9

9 июня 2023 года астронавты НАСА Стив Боуэн и Уоррен Хобург вышли из шлюза станции Quest и установили модернизированную iROSA на канале питания 1A на секции фермы S4 станции. Боуэн и Хобург сняли болты, развернули ролики и установили кабели, прежде чем Хобург поднял солнечную батарею с помощью Canadarm2. Затем два астронавта установили ее на солнечной батарее 1A на ферме S4. Батарея была развернута в 16:32 UTC и, как сообщалось, получала питание. [19] [20] 15 июня 2023 года во время следующего выхода Боуэна и Хобурга в открытый космос другая iROSA была установлена ​​поверх старой солнечной батареи 1B на секции фермы S6. [21] [22]

иРОСА 2А/3Б

Последний набор iROSA, седьмой и восьмой, планируется отправить на МКС для усиления каналов питания 2A и 3B на сегментах ферм P4 и S6 в 2025 году. [23]

Приложения

Со временем фотоэлектрические элементы на существующих крыльях солнечных батарей МКС на интегрированной ферменной конструкции постепенно деградировали, будучи рассчитанными на 15-летний срок службы. Это особенно заметно на первых запущенных батареях, фермах P6 и P4 в 2000 и 2006 годах.

Для расширения крыльев три пары увеличенных версий, известных как iROSA, были запущены в багажниках грузовой версии SpaceX Dragon 2 с начала июня 2021 года по начало июня 2023 года на борту SpaceX CRS-22 , CRS-26 и CRS-28 . [24] Четвертая пара будет запущена в 2025 году. [23] Эти массивы, шириной в половину существующих крыльев, предназначены для развертывания вдоль центральной части крыльев между половиной и двумя третями их длины, а их плоскости наклонены под углом 10° над плоскостью существующих крыльев солнечных батарей. [25] [14]

Работа по установке опорных кронштейнов iROSA на мачтовых банках фермы P6, удерживающих крылья солнечных батарей, была начата членами экипажа Экспедиции 64 в конце февраля 2021 года. [26] [14] После того, как в начале июня была доставлена ​​первая пара батарей, [12] 16 июня члены Экспедиции 65 Шейн Кимбро и Томас Песке вышли в открытый космос, чтобы разместить одну батарею iROSA на силовом канале 2B и мачтовом банке фермы P6 [27] , но затем произошел сбой в работе компьютера скафандра, и у iROSA возникли технические проблемы с развертыванием, в результате чего выход в открытый космос был прерван досрочно, продлившись 7 часов 15 минут. [28] [29] Еще два выхода в открытый космос, 20 и 25 июня, длившиеся от 6 часов 28 минут до 6 часов 45 минут, [29] позволили Кимброу и Песке завершить первое развертывание iROSA, а также установку и развертывание второго iROSA на силовом канале 4B и мачте. [29] [9] [10] [13]

Вторая пара узлов iROSA была установлена ​​позже, один из них — на ферме P4. Астронавты Акихико Хошиде и Марк Ванде Хей из экспедиции 65 должны были провести предыдущую установку кронштейнов 24 августа 2021 года. [30] [ требуется обновление ] Она была перенесена на сентябрь после того, как у Ванде Хея возникли «незначительные медицинские проблемы». [31] Его заменил Тома Песке. Выход в открытый космос начался 12 сентября 2021 года и продолжался 6 часов 45 минут. [32] Вторая пара массивов была запущена на борту SpaceX CRS-26 26 ноября 2022 года. [24] 3 декабря 2022 года члены экипажа 68-й экспедиции Джош Кассада и Фрэнк Рубио начали выход в открытый космос, чтобы установить массивы в их конечных местах, в канале питания 3A и мачте на сегменте S4, а также в канале питания 4A и мачте на сегменте P4. [33] [25] Они завершили установку 22 декабря. [18]

Третья пара массивов была запущена на борту SpaceX CRS-28 5 июня 2023 года. [34] [35] 9 июня 2023 года члены экипажа экспедиции 69 Стивен Боуэн и Уоррен Хобург начали выход в открытый космос, чтобы установить массивы в их конечных местах, в канале питания 1A и мачте на сегменте S4, а также в канале питания 1B и мачте на сегменте S6. [19] [36] Они завершили установку 15 июня. Последняя пара iROSA, седьмая и восьмая, планируется установить на каналах питания 2A и 3B на сегментах ферм P4 и S6 в 2025 году. [23]

Спутник DART демонстрирует полностью развернутую систему ROSA

Силовой и двигательный элемент миссии Lunar Gateway и миссии по испытанию перенаправления двойного астероида (DART) использовал технологию ROSA для питания солнечной электрической силовой установки .

ROSA на DART позволила космическому кораблю перемещаться в космосе и достичь системы астероидов Дидим . Гибкие и сворачиваемые модульные крылья были легче, компактнее и жестче в космосе и меньше, чем iROSA. Каждая решетка медленно разворачивалась, достигая 28 футов (8,53 м) в длину. DART был первым зондом, который управлял новыми решетками, прокладывая путь для их использования в будущих миссиях. Redwire доставила ROSA в APL в мае 2021 года и в течение нескольких недель тесно сотрудничала с командой APL, чтобы аккуратно установить их на космический корабль. Установка была завершена 13 августа 2021 года. [37]

Эксперимент по трансформационному солнечному массиву на платформе DART Roll Out Solar Array (ROSA)

Небольшая часть каждой солнечной батареи DART настроена на демонстрацию технологии Transformational Solar Array , которая имеет высокоэффективные солнечные элементы SolAero Inverted Metamorphic Multijunction (IMM) и отражающие концентраторы, обеспечивающие в три раза больше мощности, чем текущая технология солнечных батарей. [38] [39]

Эта технология ROSA была позже расширена для коммерческих приложений, первым заказчиком стал Ovzon . Их спутник был построен Maxar Technologies Ovzon-3 , который был успешно запущен на ракете Falcon 9 3 января 2024 года на геостационарную переходную орбиту . [40] Позднее, 10 января 2024 года, были развернуты солнечные батареи. [41]

Миссии

КРС-11

  • Патч миссии SpaceX CRS-11 [a]
    Патч миссии SpaceX CRS-11 [a]
  • Запуск CRS-11
    Запуск CRS-11

КРС-22

  • Патч SpaceX CRS-22 [b]
    Патч SpaceX CRS-22 [b]
  • Патч миссии МКС iROSA 2B и 4B
    Патч миссии МКС iROSA 2B и 4B
  • запуск CRS-22
    запуск CRS-22

Тест на перенаправление двойного астероида

  • Нашивка Dart Mission [c]
    Нашивка Dart Mission [c]
  • Разработка DART Roll Out Solar Array (ROSA)
  • ROSA готова к установке на космический корабль DART
    ROSA готова к установке на космический корабль DART
  • На DART устанавливаются разворачиваемые солнечные батареи (ROSA)
    На DART устанавливаются разворачиваемые солнечные батареи (ROSA)
  • Запуск дротика
    Запуск дротика

КРС-26

  • Нашивка миссии SpaceX CRS-26
    Нашивка миссии SpaceX CRS-26
  • Запуск CRS-26
    Запуск CRS-26

КРС-28

  • Нашивка миссии SpaceX CRS-28
    Нашивка миссии SpaceX CRS-28
  • Запуск CRS-28
    Запуск CRS-28

Овзон-3

  • Запуск Овзона-3
    Запуск Овзона-3

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Дебра Вернер (23 февраля 2021 г.). «Redwire приобретает Deployable Space Systems». SpaceNews . Получено 16 декабря 2021 г. .
  2. ^ Рори Барретт, Дуглас Кэмпбелл (2006). «Разработка пассивно развертываемой выдвижной солнечной батареи». Центр технической информации обороны, 2006.
  3. ^ ab "Обзор миссии SpaceX CRS-11" (PDF) . NASA . Получено 3 июня 2017 г. .
  4. ^ "Преобразование солнечного света в электричество: Deployable Space Systems Inc". Архивировано из оригинала 6 марта 2018 года . Получено 1 декабря 2016 года .
  5. ^ ab "Управляемая направленно эластично развертываемая рулонная солнечная батарея". www.google/patents . Получено 1 апреля 2014 г.
  6. ^ Кларк, Стивен (30 июня 2017 г.). «Прототип солнечной батареи сброшен, пока капсула Dragon готовится к возвращению домой». SpaceFlightNow . Получено 8 февраля 2018 г.
  7. ^ Мэтьюсон, Саманта (20 июня 2017 г.). "NASA Tests Flexible Roll-Out Solar Array on Space Station". space.com . Получено 20 июня 2017 г.
  8. ^ "Jettison of ROSA". space.com . 27 июня 2017 . Получено 27 июня 2017 .
  9. ^ ab агентства, сотрудники Guardian и (2021-06-21). «Астронавты МКС совершили шестичасовой выход в открытый космос для установки солнечных панелей». The Guardian . Получено 2021-06-23 .
  10. ^ ab Strickland, Ashley (20 июня 2021 г.). «Астронавты устанавливают новые солнечные панели во время 6-часового выхода в открытый космос на Международной космической станции». CNN . Time Warner . Получено 2 июля 2021 г. .
  11. ^ «Текущие и будущие операции и проблемы с Международной космической станцией». Офис программы МКС . НАСА. 15 октября 2020 г. Архивировано из оригинала (PDF) 4 мая 2021 г. Получено 2 июля 2021 г.
  12. ^ ab Clark, Stephen (3 июня 2021 г.). «Грузовой корабль SpaceX отправляется на миссию по модернизации электросети космической станции». Spaceflight Now . Получено 2 июля 2021 г.
  13. ^ ab Pearlman, Robert Z. (25 июня 2021 г.). «Астронавты, выходящие в открытый космос, развертывают вторую новую солнечную батарею для космической станции». Space.com . Future US Inc . Получено 26 июня 2021 г. .
  14. ^ abc Garcia, Mark (11 января 2021 г.). "Новые солнечные батареи для питания исследовательской станции NASA International Space Station". NASA. Архивировано из оригинала 24 мая 2023 г. Получено 26 апреля 2021 г.Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  15. ^ Додсон, Джерелл (2022-11-03). "NASA обеспечит освещение предварительного брифинга, выходов США в открытый космос". NASA . Получено 2022-11-04 .
  16. ^ Гарсия, Марк (3 декабря 2022 г.). «Космические выходцы покидают станцию ​​для установки выкатной солнечной батареи». blogs.nasa.gov . Получено 03.12.2022 .
  17. ^ Гарсия, Марк (3 декабря 2022 г.). «Spacewalkers Complete New Solar Array Installation on Station» (Выходцы в космос завершили установку новой солнечной батареи на станции). blogs.nasa.gov . Получено 03.12.2022 .
  18. ^ ab Pearlman, Robert Z. (22 декабря 2022 г.). «Астронавты NASA разворачивают 4-ю выдвижную солнечную батарею во время выхода в открытый космос за пределами космической станции». Space.com . Получено 23 декабря 2022 г. .
  19. ^ ab Garcia, Mark (2023-06-09). "Астронавты NASA начинают выход в открытый космос для установки солнечной батареи". blogs.nasa.gov . Получено 2023-06-10 .
  20. ^ Гарсия, Марк (2023-06-09). "NASA Spacewalkers Complete Solar Array Installation". blogs.nasa.gov . Получено 2023-06-10 .
  21. ^ Кларк, Стивен (9 июня 2023 г.). «Астронавты устанавливают новую выдвижную солнечную батарею снаружи Международной космической станции – Spaceflight Now». Spaceflight Now . Получено 10 июня 2023 г.
  22. ^ Гарсия, Марк (15.06.2023). «Астронавты начинают выход в открытый космос для установки выдвижной солнечной батареи». blogs.nasa.gov . Получено 15.06.2023 .
  23. ^ abc Davenport, Justin (15 июня 2023 г.). «ISS завершает первоначальную модернизацию iROSA с двумя выходами в открытый космос в этом месяце». NASASpaceFlight.com . Получено 18 июня 2023 г. .
  24. ^ ab Clark, Stephen (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 . Получено 28 ноября 2022 г.
  25. ^ ab Clark, Stephen (3 декабря 2022 г.). «Астронавты устанавливают новую солнечную батарею снаружи Международной космической станции – Spaceflight Now». Spaceflight Now – Ведущий источник новостей о космосе в Интернете . Получено 4 декабря 2022 г.
  26. ^ "Страница информации об экспедиции 64". Spacefacts.de. 10 мая 2021 г. Получено 17 июня 2021 г.
  27. ^ Гарсия, Марк (16 июня 2021 г.). «Выход в открытый космос для установки первой новой солнечной батареи завершен». NASA . Получено 17 июня 2021 г. .Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  28. ^ «Проблемы с оборудованием и скафандрами тормозят амбициозный выход в открытый космос на МКС». Aviation Week . Informa Markets. 17 июня 2021 г. Получено 17 июня 2021 г.
  29. ^ abc "Страница информации об экспедиции 65". Spacefacts.de. 17 июня 2021 г. Получено 17 июня 2021 г.
  30. ^ "Предстоящие трансляции NASA Live Events". NASA. 23 августа 2021 г. Получено 23 августа 2021 г.
  31. ^ Сотрудники, Associated Press of New York (24 августа 2021 г.). «NASA откладывает выход в открытый космос на МКС из-за проблем со здоровьем астронавта». The Guardian . Guardian News and Media Ltd . Получено 27 августа 2021 г. .
  32. ^ Харвуд, Уильям (12 сентября 2021 г.). «Spacewalkers perform space station power upgrades». CBS News . ViacomCBS . Получено 27 сентября 2021 г. .
  33. ^ Гарсия, Марсия (3 декабря 2022 г.). «Spacewalkers Complete New Solar Array Installation on Station». Блоги НАСА . Получено 4 декабря 2022 г.
  34. ^ Бейлор, Майкл. "Falcon 9 Block 5 - SpX CRS-28". Следующий космический полет . Получено 5 июня 2023 г.
  35. ^ https://www.spacex.com/launches/mission/?missionId=crs-28 [ пустой URL-адрес ]
  36. ^ Гарсия, Марк (2023-06-09). "NASA Spacewalkers Complete Solar Array Installation". blogs.nasa.gov . Получено 2023-06-10 .
  37. ^ Талберт, Триша (2021-08-11). «DART получает крылья с инновационной технологией солнечных батарей и камерой». NASA . Получено 2021-08-13 .
  38. ^ За кулисами: проверка технологии развертывания солнечной батареи DART (ROSA), 12 августа 2021 г. , получено 13 августа 2021 г.
  39. ^ "DART проводит эксперимент с солнечной батареей под названием «трансформационная солнечная батарея» на своей развернутой панели солнечной батареи". dart.jhuapl.edu . Получено 13 августа 2021 г.
  40. ^ "Солнечные батареи Redwire Roll-Out успешно развернуты на первом коммерческом геостационарном спутнике для миссии Ovzon 3 компании Maxar". www.businesswire.com . 2024-01-10 . Получено 2024-01-11 .
  41. ^ Рэйнбоу, Джейсон (10.01.2024). «Ovzon 3 успешно развернул солнечные батареи на геостационарной орбите». SpaceNews . Получено 11.01.2024 .
  1. ^ Тестовая миссия ROSA
  2. ^ 1-я миссия iROSA
  3. ^ 1-я гелиоцентрическая миссия ROSA и испытательная миссия Transformational Solar Array
На Викискладе есть медиафайлы по теме Roll-Out Solar Array (ROSA) .
  • Развертывание экспериментальной солнечной батареи на МКС
  • Сброс солнечной батареи с МКС
  • Развертывание рабочей солнечной батареи на МКС, 25 июня 2021 г.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Roll_Out_Solar_Array&oldid=1262559906"