Napájecí systém kosmické lodi ( energy supply system , SEP ) - systém kosmické lodi, který poskytuje energii dalším systémům, je jedním z nejdůležitějších systémů, v mnoha ohledech určuje geometrii kosmické lodi, konstrukci, hmotnost, aktivní život. Výpadek systému napájení vede k poruše celého zařízení.
Systém napájení obvykle zahrnuje: primární a sekundární zdroj elektrické energie, měniče, nabíječky a řídicí automatiku.
Potřebný výkon elektrárny aparátu neustále roste se zvládáním nových úkolů. Takže první umělá družice Země ( 1957 ) měla elektrárnu o výkonu asi 40 W , aparatura Molniya-1+ ( 1967 ) měla elektrárnu o výkonu 460 W [1] , komunikační družice Yahsat 1B (2011) - 12 kW [2] .
Dnes je většina palubního vybavení kosmických lodí zahraniční výroby napájena konstantním napětím 50 nebo 100 voltů. Pokud je potřeba zajistit spotřebiteli střídavé napětí nebo konstantní nestandardní hodnotu, používají se statické polovodičové měniče.
Jako primární zdroje se používají různé generátory energie:
Složení primárního zdroje zahrnuje nejen vlastní generátor elektřiny, ale také systémy, které jej obsluhují, např . orientační systém solárního pole .
Často energetické zdroje kombinují například solární baterii s chemickou baterií.
K dnešnímu dni jsou solární panely považovány za jednu z nejspolehlivějších a dobře zavedených možností pro zásobování kosmických lodí energií.
Radiační výkon Slunce na oběžné dráze Země je 1367 W/m² . To vám umožní získat asi 130 W na 1 m² povrchu solárních panelů (s účinností 8 ... 13 %). Solární panely jsou umístěny buď na vnějším povrchu zařízení, nebo na skládacích pevných panelech. Aby se maximalizovala energie vydávaná bateriemi, měla by kolmice k jejich povrchu směřovat ke Slunci s přesností 10…15˚. V případě pevných panelů je toho dosaženo buď orientací samotné kosmické lodi nebo specializovaným autonomním elektromechanickým systémem orientace solárního pole , přičemž panely jsou pohyblivé vzhledem k tělu přístroje. Na některých satelitech se používají neorientovatelné baterie, které jsou umístěny na povrchu tak, aby bylo zajištěno potřebné napájení v jakékoli poloze zařízení.
Solární panely časem degradují v důsledku následujících faktorů:
Existuje řada opatření na ochranu baterií před těmito jevy. Doba efektivního provozu solárních baterií je několik let, což je jeden z limitujících faktorů určujících dobu aktivní existence kosmické lodi.
Při zastínění baterií v důsledku manévrů nebo vstupu do stínu planety se výroba energie fotoelektrickými měniči zastaví, proto je systém napájení doplněn chemickými bateriemi (nárazové chemické baterie).
Nejběžnější ve vesmírné technologii jsou nikl-kadmiové baterie , protože poskytují největší počet cyklů nabití a vybití a mají nejlepší odolnost proti přebíjení. Tyto faktory vystupují do popředí, když je životnost zařízení delší než rok. Další důležitou vlastností chemické baterie je měrná energie, která určuje hmotnostní a rozměrové charakteristiky baterie. Další důležitou vlastností je spolehlivost , protože redundance chemických baterií je vysoce nežádoucí kvůli jejich vysoké hmotnosti. Baterie používané v kosmické technologii jsou zpravidla hermeticky uzavřeny; těsnosti se obvykle dosahuje pomocí cermetových těsnění . Baterie mají také následující požadavky:
Kromě hlavní funkce může baterie hrát roli regulátoru napětí palubní sítě, protože v rozsahu provozních teplot se její napětí při změně zátěžového proudu mění jen málo.
Tento typ zdroje energie byl poprvé použit na kosmické lodi Gemini v roce 1966. Palivové články mají ve srovnání s párem solárních baterií a chemickou baterií vysoké hmotnostní a rozměrové charakteristiky a hustotu výkonu, jsou odolné proti přetížení, mají stabilní napětí a jsou tiché. Vyžadují však zásobu paliva, proto se používají na vozidlech s dobou pobytu ve vesmíru od několika dnů do 1-2 měsíců.
Většinou se používají vodíkovo-kyslíkové palivové články, protože vodík má nejvyšší výhřevnost a navíc voda vzniklá při reakci může být použita v pilotovaných kosmických lodích. Pro zajištění normálního provozu palivových článků je nutné zajistit odvod vody a tepla vzniklého v důsledku reakce. Dalším limitujícím faktorem je relativně vysoká cena kapalného vodíku a kyslíku , složitost jejich skladování.
Radioizotopové zdroje energie se používají hlavně v následujících případech:
Zahrnuje zařízení pro řízení provozu elektrárny, ale i sledování jejích parametrů. Typické úkoly jsou: udržování ve specifikovaných rozmezích parametrů systému: napětí , teplota , tlak , přepínání provozních režimů, například přepínání na záložní zdroj energie; rozpoznávání poruch, havarijní ochrana napájecích zdrojů zejména proudem ; vydávání informací o stavu systému pro telemetrii a do konzole kosmonautů.
V některých případech je možné přepnout z automatického na ruční ovládání buď z konzole kosmonautů, nebo příkazy z pozemního řídícího střediska.