С О Д Е Р Ж А Н И Е
     Введение........................................3
     1.Проблемы выбора источников электрической

     энергии.........................................4
     2.Проблемы проектирования линий электропередач..5
     3.Проблемы проектирования преобразвателей и

     распределителей электрической энергии...........9
     Список литературы..............................11





                          - 3 -

         Введение
         Перспектива создания в будущем крупной космической

станции во многом зависит  от ее системы электроснабжения, 

которая  существенно   влияет  на   общую  массу   станции,

надежность,  управление  и  стоимость.  Большие  размеры,  

множество потребителей, обеспечение возможности дальнейшего

совершенствования космической станции выдвигают требования,

существенно отличающиеся  от тех,  которые предъявлялись  к

другим космическим системам энергоснабжения. Несмотря на то,

что такая система может  иметь большие размеры, она  должна

быть способна хорошо адаптироваться к постоянно меняющимся 

нагрузкам; что делает ее более похожей на автономную наземную

энергетическую  установку,   чем  на   типичную  систему   

электроснабжения    космического    аппарата,    имеющую   

определенный, неменяющийся состав потребителей.  

         Проблемам проектирования и создания систем

электроснабжения для крупных космических станций посвящено

немало научных статей, в которых рассматриваются  источники

электрической энергии, линии электропередач, преобразователи

и распределители электороэнергии.





                          - 4 -
         1.Проблемы выбора источников электрической энергии.
         В основном,в качестве возможных источников

электрической энергии рассматривют следующие [1] :

         - фотоэлектронные с электрохимическим накоплением

энергии;

         - источники построенные на динамическом

преобразовании солнечной энергии с термическим накоплением

энергии;

         - атомные энергетические установки [2].

         Для фотоэлекторнного преобразования солнечной

энергии используются большие ( 8x8 см ) кремниевые элементы,

которые устанавливаются на гибкие развертываемые панели.

         Для накопления энергии применяют топливные

элементы, никель- кадмиевые и никель-водородные батареи.  

         Топливные элементы накапливают избыточную

электрическую эенергию, получаемую от солнечных батерей,

посредством генерации кислорода и водорода в процессе

электролиза воды. Электроэнергия затем может быть получена

из тепловой, которая выделяется при соединении накопленного

кислорода и водорода.Такой метод накопления электрической

энергии значительно гибок и топливные элементы значительно

легче батарей, но имеет низкую эффективность и надежность.

         Никель-кадмиевые батареи изготавливаются на основе

хорошо отработанной технологиии. Они уже давно успешно

используются в космических аппаратах, хотя низкая глубина




                          - 5 -

разряда приводит к значительному увеличению их массы.         

         Никель-водородные  батарей   были  выбраны   для  

космических  платформ,  так  как  они  более  надежны,чем 

топливные  эементы,  и   при  этом  на   50%  легче,  чем  

никель-кадмиевые   батареи.    В    настоящее   время      

никель-водородные батареи  используются на  геостационарных

орбитах. Но что на  низкой орбите, где будет  располагаться

космическая станция,  они будут  испытывать гораздо  больше

циклов заряда-разряда в год. Проведенные испытания показали,

что  время  работы  никель-  водородных  батарей  на низкой

околоземной    орбите    составляет    около    пяти    лет.

         Несмотря  на  то,  что  фотоэлектронные  источники

широко  используются  в  космосе,  солнечные  динамические 

энергоустановки  оказались  более  эффективными  и  менее 

дорогими. Принцип работы  солнечных динамических установок 

заключается  в  следующем  :  солнечные  лучи  фокусируются

параболическим отражателем на приемнике, который нагревает 

рабочее тело, приводящее  в действие двигатель  или турбину.

Затем  механическая  энергия  преобразуется  генератором  в

электрическую.   Для   накопления   термической   энергии  

используется  соль,  которая  расплавливается  в  приемнике.

Во  время  затемнения  соль  остывает  и  отдает  тепло для

расширения рабочего тела.  Отражатель состоит из  изогнутых

треуголных пластин, с зеркальной поверхностью, установленных

на гексогональных  конструкцях соединенных  14-ти футовыми 

штангами с космической платформой.




                          - 6 -

         Эффективность     солнечной        динамической   

энергоустановки   составляет    20-30%;    для    сравнения,

эффективность  кремниевых   фотоэлементов  составляет   14%.

Эффективность   термического   накопителя   более   90%,   

аккоммуляторных  батарей  -  70-80%,  топливных элементов -

55%. Более высокая эффективность позволяет уменьшить площадь

собирателя солнечной энергии, что облегчает решение проблем 

динамики станции.  Меньшее лобовое  сопротивление особенно 

важно при размещении станции на низкой высоте - при том же 

расходе  топлива  и  на  той  же орбите увеличивается время

жизни станции.

         Несмотря на  то, что  в настоящее  время солнечные

динамические энергоустановки еще не используются в космосе,

уже существуюет мощная технологическая база, разработанная 

для  применения  в  наземных  и  аэровоздушных  условиях. В

качестве рабочего тела применяют толиен (органический цикл 

Ранкина  с  температурой  подачи   в  турбину  750F)  или  

гелий-ксенон ( цикл Брайтона с температурой подачи в турбину

1300F).  Установки с органическим циклом Ранкина мощностью 

от  нескольких  киловатт  до  нескольких  сотен  киловатт 

используются  в  наземных  условиях.  Установки  с  циклом 

Брайтона используются для электроснабжения систем управления

газовых турбин; многие из них имеют тысячи часов  наработки.

В программе НАСА 1960 г. была испытана установка с рабочим 

циклом Брайтона, которая тестировалась 50,000 часов. Эта же

установка затем была успешно испытана в вакуумной камере.




                          - 7 -
         2.Проблемы проектирования линий электропередач.
         Применение атомных энергетических установок связано

со  многими  проблемами  .  Однако,  уже  существует проект

ядерной  космической  электростанции  SP  -  100,  которая 

разрабатывается  для  обеспечения  энергией  пилотируемой 

космической платформы LEO [2]. Для уменьшения воздействия на

астронавтов   радиации,  SP   -  100  устанавливается  на  

расстояние 1 - 5 км от платформы. Преимущество этого метода

заключается  в  том,  что  значительно  уменьшается  масса 

защитной оболочки реактора , а следовательно и общая масса 

системы.  Однако,  при  этом   возникает  проблема передачи

энергии от источника до платформы  на расстояние от 1 до  5

км. 

         После термоэлектрического преобразования SP - 100 

генерирует напряжение 200 В постоянного тока. Это достаточно

высокое  напряжение,  чем   необходимое  для  большинства  

потребителей космической платформы, но недостаточно высокое

для допустимой массы соединительного кабеля. Для уменьшения

необходимой  массы   соединительного  кабеля   необходимо  

высоковольтное преобразование. В некоторых работах показано,

что возможно соединить SP - 100 с космической платформой с 

помощью кабелей  с коаксиальной  оболочкой, которая  служит

для  полной  изоляции  проводника  от  космической  плазмы.

Эта  оболочка  необходима,  так  как  поведение космической

плазмы сильно зависит от напряженности электрического поля




                          - 8 -

вблизи проводника. Эксперимент  SPEAR показал что  возможно

оставить  высоковольтный  кабель  незащищенным,  и  это  не

приведет   к   разрыву   проводника,   но   напряженность  

электрического  поля   не  должна   превышать  400   В/см. 

Напряженность   электрического   поля   вблизи   кабеля,   

связывающего  SP  -  100  с  космической платформой , будет

составлять  20 - 100 кВ/см.     

         Однако,  при  этом  появляются  новые  проблемы  :

коаксиальная оболочка имеет большую площадь поверхности, и,

следовательно,  будет  подвергаться  воздействию метеоритов.

Кроме того вблизи ядерного реактора уровень радиации высок.

Это  вызывает  возникновение  в  кабеле  вихревых токов,что

приводит  к  нагреву  кабеля  и  уменьшению  проводимости. 

         В  процессе   проектирования  была   разработана  

конструкция,  позволяющая  компактно  разместить  в  одной 

защитной   оболочке(   метеоритный   бампер)   несколько   

коаксиальных  высоковольтных   кабелей.  Для   увеличения  

защищенности  кабеля  и  уменьшения  его массы, применяется

газовое  охлаждение.  При  применении  газового  охлаждения

в   одном   метеоритном   бампере   располагается   четыре 

коаксиальных кабеля, и этот  бампер имеет диаметр в  четыре

раза меньший чем, бампер с двумя коаксиальными кабелями и с

полимерной изоляцией.





                          - 9 -

        

         3.Проблемы проектирования преобразвателей и

         распределителей электрической энергии.
         Система электроснабжения и подсистемы распределения

космической  станции,  как  указывалось  ранее, должны быть

удобными  в  эксплуатации,   хорошо  приспосабливаться  к  

изменению типа  и величины  нагрузки, и  иметь возможность 

дальнейшего  расширения.  Высокая  потребляемая  мощность 

станции  -  75  кВт  с  возможным  увеличением до 300 кВт -

требует более высокого  распределительного напряжения, чем 

28В, которое обычно  используется в космических  аппаратах.

Точные  расчет  системы  показал,  что  распределительное 

напряжение должно быть 440 В . При выборе частоты тока были

рассмотрены в качестве возможных частот - 20 кГц, 400 Гц, и

постоянный ток.

         Постоянный ток имеет преимущества в подключении к

определенным потребителям, но напряжение перерменного тока

можно легко изменить.

         В  самолетах  обычно  применяется  переменный  ток

частотой 400 Гц.  Но в космических  условиях возникает ряд 

проблем - акустические шумы, электромагнитная интерференция

и другие.                           

         Высоковольтные 20 кГц волновые системы пока еще не

применялись в  космической и  аэровоздушной технике,  но их

применение очень перспективно. При применении высокой




                          - 10 -
частоты,  компоненты  систем  электроснабжения  становятся 

меньше  в  размерах,  легче,  более эффективными, особенно,

когда  применяется  резонансное  преобразование переменного

тока в постоянный, постоянного в переменный, постоянного в 

постоянный, или  переменного в переменный.

         Высоковольтным  20  кГц  системам электроснабжения

посвящен  ряд  работ  [3,4,5],  в  которых  рассматриваются

различные   проблемы   проектирования   таких   систем   - 

конфигурация    системы,    преобразователи,    влияние    

электромагнитной интерференции,  минимизация гармонических 

искажений в преобразователях.

         Важной  проблемой  проектирования  высокочастотных

систем  электроснабжения  является  минимизация   количества

преобразования электроэнергии при передаче ее от источника к

потребителю.  Каждое  преобразование  энергии  увеличивает 

сложность  системы,  ее  массу,   искажает  форму  волны,  

увеличивает потери энергии.  Наиболее оптимальный вариант, 

когда используется только два преобразования - постоянного 

тока  в  переменный,  для  передачи  энергии от источника к

потребителю,  и   переменного  тока   в  постоянный,   для 

определенных  потребителей.  Для  второго  преобразования  

большое   значение   имеет   стандартизация   напряжений   

потребителей.





                          - 11 -
         Список литературы
1. Ronald L. Thomas,Power is the keystone, Aerospace

America,Sept.,1986.

2. David J. Bents,Power transmission studies for thedered

SP-100,Lewis Research Center,Cleveland,Ohio 44135.

3. Irving G. Hansen, Gale R. Sandberg,Space station 20-kHz

power management and distribution system. Lewis Research

Center,Cleveland,Ohio 44135.

4. Louis F. Lollar, Roberts E. Kapustka, Minimizing the

total distortion for a 3 kW, 20 kHz AC to DC converter using

spice, NASA/Marshal Spase Flight Center,Huntaville,Alabama.

5. Irving G. Hansen, Frederick J. Wolff, 20kHz space station

power system,Lewis Research Center,Cleveland,Ohio 44135.