Космос – это сила – энергия покинуть Землю и взлететь в новые места. От ракет, несущих людей, до небольших, недорогих спутников, для исследователей-роботов – всем нужна сила для достижения успеха миссии. Но часто источники питания большие, дорогостоящие и сложные в обслуживании.
Инженеры НАСА, работающие с отраслевыми партнерами, недавно создали и испытали большую надувную солнечную батарею, которая потенциально может обеспечить доступную и легкую энергию для больших и малых космических аппаратов. Эта технология может быть объединена с другими, такими как передовые солнечные электрические двигатели, для выполнения задач по исследованию дальнего космоса.
«Мы проанализировали сотни концепций космических аппаратов, и очевидно, что почти все космические корабли выиграют от более легких и более доступных источников энергии», – сказал Лес Джонсон, технический помощник в Отделе перспективных концепций Центра космических полетов НАСА им. Маршалла в Хантсвилле. Ала. «Мы разрабатываем легкую солнечную батарею, которая раздувается после запуска корабля».
Маршалл работал с двумя компаниями из Хантсвилла, Jacobs Engineering и ManTech International, над разработкой и изготовлением испытательного изделия. Образец солнечной батареи был установлен на надувной конструкции, упакован в небольшой объем, подобный тому, что может быть испытан на небольшом космическом корабле, и затем развернут. Инженеры измерили выработку энергии солнечными элементами до и после развертывания в лабораториях Маршалла. Складывание и развертывание не повредили ячейки, и производительность оставалась постоянной.
Испытательное изделие могло обеспечить среднюю мощность 1 киловатт для космического корабля на околоземной орбите и было упаковано в объем, который позволял бы получать только несколько десятков ватт с помощью обычной системы космических солнечных батарей. Это примерно треть мощности, предоставляемой космическому телескопу Хаббла его гораздо большими солнечными батареями. Типичный американский дом потребляет около 1,3 киловатта электроэнергии в среднем в течение дня.
«Эта система собрала много энергии в небольшую структуру», – сказала Карен Каннингем, инженер отдела космических систем Центра им. Маршалла, где испытания были завершены. «Особое внимание уделяется небольшим спутникам и космическим кораблям, что только увеличивает спрос на более легкие и более эффективные энергосистемы».
Управление по передовым концепциям изучило три класса миссий и определило, что каждый из них получит выгоду от надувного источника энергии солнечной батареи: (1) небольшой космический корабль, вращающийся вокруг Земли, (2) кубическая миссия из трех блоков и (3) большой зонд, предназначенный для лететь на внешние планеты.
«Наши исследования показали, что тонкопленочные, пригодные для печати, но гибкие солнечные батареи в сочетании с надувными конструкциями могут изменить наше представление о космических энергосистемах», – сказал Джонсон.
Система может быть расширена для больших спутниковых миссий и вниз для меньших кубических миссий. Инженеры разработали систему без указательных механизмов и нескольких других частей, которые могут сломаться на орбите. Особенности включали в себя тонкие фотоэлектрические элементы / диоды для солнечных батарей, механизм развертывания и надувную конструкцию.
Проверка системы подтвердила ее работоспособность в лабораторной среде, которая считается уровнем готовности к тестированию, равной четырем, и подтвердила осуществимость концепции. Следующим шагом команды является продвижение технологии для обеспечения максимальной мощности в наиболее эффективной упаковке, возможной для различных применений на Земле и в космосе, и в конечном итоге создание прототипа, пригодного для летных испытаний. Центр Маршалла финансировал проект в рамках программы инвестиций в технологии.