Проблемы выбора источников электрической энергии.

В основном, в качестве возможных источников электрической энергии рассматривают следующие [1]:
фотоэлектронные с электрохимическим накоплением энергии; источники построенные на динамическом
преобразовании солнечной энергии с термическим накоплением энергии; атомные энергетические
установки [2].
Для фотоэлектронного 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 энергию, получаемую от солнечных
батарей, 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 технологии. Они уже
давно успешно используются в космических аппаратах, хотя низкая глубина разряда приводит к
значительному увеличению их массы.
Никель-водородные батарей были выбраны для космических платформ, так как они более надежны,
чем топливные элементы, 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
конструкциях соединенных 14-ти футовыми штангами с космической платформой.
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 существует 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.