Втрати потужності сонячних батарей високоорбітальних космічних апаратів через вплив навколосупутникового середовища

Рубрика: 
Динаміка та управління космічними апаратами
1Шувалов, ВА, 1Кочубей, ГС, Приймак, АІ, Письменний, МІ
1Інститут технічної механіки Нацiональної академії наук України i Державного космічного агентства України, Дніпропетровськ
Косм. наука технол. 2004, 10 ;(4):039-049
https://doi.org/10.15407/knit2004.04.039
Мова публікації: Російська
Анотація: 
Отримано розрахунково-експериментальні залежності, що характеризують спад електричної потужності сонячних батарей при тривалій (близько 10 років) взаємодії з навколишнім середовищем на орбіті. Виділено вплив окремих факторів навколосупутникового середовища – іонізуючого та УФ-випромінювання, забруднення захисного скла продуктами деструкції матеріалів зовнішніх поверхонь космічних апаратів, термоциклювання, радіаційної електризації та плазмових струменів електрореактивних двигунів – на втрату потужності сонячних батарей. Розроблено процедуру оцінки спаду потужності сонячних батарей на орбіті.
Повний текст (PDF)
 
References: 
1.  Акишин А. И. Эмиссионные процессы при электрическом пробое радиационно-заряженных диэлектриков // Физ. и химия обработки материалов.—1998.—№ 5.—С. 27—30.
2.  Акишин А. И., Тютрин Ю. И., Цепляев Л. И. Электрораз­рядный механизм повреждения солнечных батарей при электронном облучении // Физ. и химия обработки мате­риалов.—1996.—№ 6.—С. 56—61.
3.  Антонов В. М., Пономаренко А. Г. Лабораторные исследо­вания эффектов электризации космических аппаратов. — Новосибирск: Наука, 1992.—115 с.
4.  Асхабов С. Н, Бургасов М. П., Веселовзоров А. Н. и др. Исследование струи стационарного плазменного ускорителя с замкнутым дрейфом электронов (УЗДП) // Физ. плаз­мы.—1981.—7, № 1.—С. 225—230.
5.  Асхабов С. Н., Гдрличко Д. П., Козлов А. И. и др. Исследование воздействия струи и теплового излучения электроракетного двигателя на солнечные батареи космиче­ского аппарата // Космич. исслед.—1988.—26, № 5.— С. 796—799.
6.  Бургасов М. П., Надирадзе А. Б, Чиров А. А. и др. Эффекты взаимодействия струи электрореактивных двига­телей и солнечных батарей космического аппарата // Космич. исслед.—1994.—32, № 4/5.—С. 194—201.
7.  Войценя В. С, Гужова С. К., Титов В. И. Воздействие низкотемпературной плазмы и электромагнитного излуче­ния на материалы. — М.: Энергоатомиздат, 1991.—224 с.
8.  Гришин С. Д., Лесков Л. В. Электрические ракетные двигатели космических аппаратов. — М: Машиностроение, 1989.—216 с.
9.  Данилин Б. С, Киреев В. Ю. Применение низкотемпера­турной плазмы для травления и очистки материалов. — М.: Энергоатомиздат, 1987.—264 с.
10.  Ермоленко А. Ф. О проверке гипотезы линейного суммиро­вания повреждений // Тр. Моск. энерг. ин-та.—1974.— Вып. 185.—С. 52—54.
11.  Колтун М. М. Солнечные элементы. — М: Наука, 1987.— 192 с.
12.  Корн В. 3., Шувалов В. А. Зондовая диагностика потока частиц, десорбируемых с поверхности твердого тела струей разреженной плазмы // Прикл. мех. и техн. физ.—1993.— 34, № 5.—С. 144—150.
13.  Крейнин Л. Б., Григорьева Г. М. Солнечные батареи в условиях воздействия космической радиации // Итоги на­уки и техн. ВИНИТИ. Исслед. космич. пространства.— 1979.—13.—128 с.
14.  Куликов И. А., Куприй А. А., Ничипоров Ф. Г. и др. Экспериментальное исследование воздействия факторов космического пространства на долговечность углепластиков // Физ. и химия обработки материалов.—1993.—№  1.— С. 47—54.
15.  Куликов И. А., Куприй А. А., Юрлова Г. А. Эксперимен­тальные исследования воздействия факторов космического пространства на долговечность углепластиков // Физ. и химия обработки материалов.—1993.—№ 4.—С. 38—46.
16.  Летин В. А. Проблемы электризации солнечных батарей космических аппаратов // Космонавтика и ракетострое­ние.—2003.—№ 30.—С. 42—53.
17.  Модель космического пространства (Модель космоса-82) / Под. ред. Н. С. Вернова. — М.: МГУ, 1983.—Т. 2.—770 с.
18.  Нефф Дж. А, Муллен К Р., Фогдол Л. Б. Влияние моделируемых условий на синхронной орбите на характе­ристики загрязненного оптического солнечного рефлектора // Аэрокосмич. техн.—1987.—№ 8.—С. 91—98.
19.  Олсен Р. К. «Рекордные» потенциалы зарядки, зарегистри­рованные во время полета спутника ATS-6 // Аэрокосмич. техника.—1988.—№ 5.—С. 90—97.
20.  Парке Д. Е., Кац И. Взаимодействие плазмы, порождаемой космическим аппаратом, с высоковольтными солнечными панелями // Ракетная техника и космонавтика.—1980.— 18, № 1.—С. 64—69.
21.  Переверзев Е. С. Модели накопления повреждений в зада­чах долговечности. — Киев: Наук, думка, 1995.—360 с.
22.  Присняков В. Ф. К вопросу о деградации солнечных батарей на космических аппаратах // Космічна наука і технологія.—1996.—2, № 1/2.—С. 73—81.
23.  Распыление твердых тел ионной бомбардировкой / Под ред. Р. Бериша. — М: Мир, 1986.—Т. 2.-488 с.
24.  Раушенбах Г. Справочник по проектированию солнечных батарей. — М: Энергоатомиздат, 1983.—360 с.
25.  Фудзи X., Сибуя И., Абэ Т. и др. Моделирование процессов электризации и разрядки электроизоляционных покрытий ИСЗ путем облучения их поверхности электронными пуч­ками // Аэрокосмич. техн.—1989.—№ 5.—С. 104—111.
26.  Чиров А. А., Бургасов М. П., Заявлин В. Р. и др. Влияние струй плазмы электрореактивных двигателей на энергети­ческие характеристики солнечных батарей // Космич. исс-лед.—1997.—35, № 3.—С. 331—333.
27.  Шувалов В. А. Моделирование взаимодействия тел с ионос­ферой. — Киев: Наук, думка, 1995.—180 с.
28.  Шувалов В. А. Определение интегральной излучатель ной способности электропроводящих материалов с помощью термоанемометрических зондов // Теплофиз. высоких тем­ператур.—1984.—22, № 3.—С. 492—496.
29.  Шувалов В. А., Быстрицкий М. Г., Кочубей Г. С, Чурилов А. Е. Структура сгустков и струй импульсной плазмы, расширяющейся в вакуум // Теплофиз. высоких темпера­тур.—2004.—42, № 1.—С. 23—30.
30.  Шувалов В. А, Кочубей Г. С, Лазученков Д. Н. Структура струй-выхлопов двигателей космических аппаратов // Космічна наука і технологія.—2003.— 9, № 4.—С. 17—25.
31.  Шувалов В. А., Приймак А. И., Губин В. В. Радиационная электризация элементов конструкций космических аппара­тов. Физическое моделирование, накопление и нейтрализа­ция заряда // Космич. исслед.—2001.—39, № 1.—С. 18—26.
32.  Ягушкин Н. И., Графо датский О. С, Исляев Ш. Н. и др. Радиационно-электрические явления в диэлектрических материалах космических аппаратов при электризации // Исслед. по геомагнетизму, аэрономии и физ. Солнца.— 1989.—Вып. 86.—С. 131 — 168.
33.  Boyd I. D. Review of hall thruster plume modelling // J. Spacecraft and Rockets.—2001.—38, N 3.—P. 381—387.
34.  Brosse S. Electrical effects of plasma propulsion on geostation­ary telecommunication satellite // Alcatel Telecommunications Rev.—2001.—N 4.—P. 270—277.
35.  Dever J. A., Bruckner E. J., Scheiman D. A., et. al. Contamina­tion of space environmental effects on solar cells and thermal control surfaces  // J.   Spacecraft and Rockets.—1995.—32, N 5.—P. 832—838.
36.  Garrett H. The geosynchronous plasma environment // Tech-nol. Environment Spatial. Toulous.—1987.—P. 337—441.
37.  Gatsonis N. C, Eckman R., Yin X., et al. Experimental investigations and numerical modelling of pulsed plasma thruster plumes // J. Spacecraft and Rockets.—2001.—38, N 3.— p. 454—464.
38.  Goldhammer L. G. Irradiation of solar cell candidates for the ATS-F solar cell flight experiment // 9th IEEE Photovolt. Specialists Conf. — N. Y., 1972.—P. 316—328.
39.  Grigorieva G. M., Kagan M. В., Letin V. A., et. al. Analysis of Geostationary spacecraft solar arrays degradation from solar proton flares // Sixth European Space Power Conf., Porto, Portugal., 6-10 May, 2002 (ESA SP-502). — Porto, 2002.— P. 725—730.
40.  Konradi A., Mc Coy J. E., Garriott О. К. Current leakage for low altitude satellites: modeling application // Quantitative modeling of magnetospheric processes. — Washington, 1979.— P. 617—633.
41.  Leet S. J., Fogdall L. В., Wilkinson M. С Thermooptical property degradation of irradiated spacecraft surfaces // J. Spacecraft and Rockets.—1995.—32, N 5.—P. 832—838.
42.  Letin V. A. Optical, radiation and thermal cycling losses of power solar array returned from orbital station «Mir» after 10.5 years of operation // Sixth European Space Power Conf., Porto., Portugal, 6-10 May, 2002 (ESA SP-502). — Porto, 2002.—P. 713—718.
43.  Letin V. A, Bordina N. V., Zayavlin V. R., et. al. An experimental simulation of space environment effects on the solar-cell battery // Int. Conf. «Problems of spacecraft-environ­ment interaction». — Irkutsk, 1992.—P. 110—112.
44.  Mandell M. J., Katz J., Steen P. J., et al. The effect of solar array voltage patterns plasma power losses // JEEE Transactions on nuclear science.—1980.—NS-27, N 6.—P. 1797—1800.
45.  Stevens N. J., Barbay G. J., et. al. Modeling of environmentally induced transients within satellites // J. Spacecraft and Rockets.— 1987.—24, N 3.—P. 259—263.
46.  Tajmar M., Gonzalez J., Hilgers A. Modeling of spacecraft-en­vironment  interactions  on   SMART-1   //  J.   Spacecraft  and Rockets.—2001.—38, N 3.—P. 393—399.
47.  Tarasov V. N., Babkin G. V, Morozov E. P., et. at. Electrostatic behavior of solar-cell batteries under conditions of radiation electrization // Int. Conf. «Problems of spacecraft-environment interaction». — Irkutsk, 1992.—P. 58—59.
48.  Tribble A. C. Revised estimates of photochemically deposited contamination on the GPS satellites // J. Spacecraft and Rockets.—1998.—35, N 1.—P. 114—116.
49.  Tribble A. C, Boyadjian В., Davis J., et al. Contamination control engineering design guidelines for the aerospace com­munity // NASA Contractor Report / NASA. —1996.— N 4740.—126 p.
50.  Tribble A. C, Haffner J. W. Estimates of photochemically deposited contamination on the GPS satellites // J. Spacecraft and Rockets.—1991.—28, N 2.—P. 222—227.
51.  Van Gilder D. В., Boyd J. D., Keydar M. Particle simulations of a Hall thruster plume // J. Spacecraft and Rockets.— 2001.—37, N 1.—P. 129—137.

52.  Yagushkin N. L., Sergeev A. L., Grafodatsky O. S., et. al. Laboratory investigations of environment effect on spacecraft structural materials // Int. Conf. «Problems of spacecraft-en­vironment interaction». — Irkutsk, 1992.—P. 48—49.