Зарядиться на орбите

В Томске создают модуль управления для космических литий-ионных батарей

Изображение: 3Dsculptor / Фотодом / Shutterstock
Изображение: 3Dsculptor / Фотодом / Shutterstock

Томский университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) и ПАО «Сатурн» разрабатывают управляющий модуль для литий-ионных аккумуляторов космических аппаратов, который обеспечит им более длительный срок службы в космосе.

Жизнь космических аппаратов на земной орбите зависит от энергии Солнца. Даже самый большой искусственный спутник Земли — Международная космическая станция — питается лишь солнечными батареями (их площадь составляет 2500 м2 — меньше половины футбольного поля). Однако космические аппараты часто находятся в тени Земли от Солнца (например, МКС совершает виток вокруг Земли примерно за полтора часа), и в этом время солнечные батареи не работают. Энергия, полученная в «светлую» фазу, запасается в аккумуляторах и расходуется на работу во время «тени». С развитием литий-ионных аккумуляторов они начали вытеснять никель-кадмиевые и из космических применений: они запасают куда больше энергии на единицу объема, а также успешно переживают в разы большее количество циклов зарядки-разрядки.

Тем не менее и солнечные батареи, и аккумуляторы в космосе работают в куда более суровых условиях, чем на Земле. Устройства должны выдерживать как сверхвысокие, так и сверхнизкие температуры, а также быть максимально устойчивыми к космическому излучению — повышенному уровню радиации. Дополнительная сложность заключается в том, что если аккумуляторы на МКС можно заменить (и это уже происходило) вручную, то для подавляющего большинства космических аппаратов это невозможно. Значит, время жизни спутника ограничено временем жизни батареи.

Именно поэтому задача продления жизни батареи на орбите Земли крайне важна для разработчиков летательных аппаратов, и аккумуляторные технологии для космоса развиваются не менее активно, чем в «земных» применениях.

Специалисты Научно-исследовательского института автоматики и электромеханики (НИИ АЭМ) Томского университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) по заказу ПАО «Сатурн» из Краснодара разрабатывают модуль контроля и управления для достижения оптимальных эксплуатационных характеристик и максимально возможного ресурса литий-ионной аккумуляторной батареи космического аппарата. ПАО «Сатурн» — разработчик и производитель солнечных элементов и аккумуляторов для большинства российских и ряда зарубежных космических аппаратов — МКС, «Фобос-грунт», спутников дистанционного зондирования Земли.

Солнечные элементы МКС. Фото: NASA

Разрабатываемый модуль контроля и управления литий-ионной аккумуляторной батареи обеспечит выравнивание напряжения на всех элементах аккумуляторной батареи, что продлит срок ее службы.

В настоящее время специалисты НИИ АЭМ ТУСУР разрабатывают модуль для батареи из 23 элементов, общее ее напряжение должно поддерживаться в диапазоне от 23 до 34 вольт. Как поясняют разработчики, выравнивание и поддержка одинакового напряжения каждого элемента в диапазоне от 2,7 до 4,2 вольта обеспечит батарее максимальную выработку мощности и увеличение срока эксплуатации, поскольку преждевременное старение и разрушение аккумуляторной батареи возникает как раз из-за того, что отдельные элементы имеют разное напряжение, а также могут полностью разрядиться.

Устройство НИИ АЭМ способно автоматически определять напряжение отдельных элементов и в случае необходимости подзарядить их или снизить напряжение до нужного диапазона. Потребление энергии самим прибором минимально и не влияет на качество работы и срок службы аккумуляторной батареи.

В составе батареи модуль контроля и управления может обеспечить нормальное функционирование космического аппарата сроком не менее 15 лет.

В настоящее время в НИИ АЭМ в рамках опытно-конструкторской работы завершился этап разработки конструкторской документации устройства, также был получен патент на это изобретение.

«Сейчас подходит к концу изготовление технологического образца, в конце ноября мы поставляем его в ПАО „Сатурн“. В конце декабря мы заканчиваем два летных образца. Технических сложностей нет, приборы изготовлены на 100%, в настоящее время идет процесс отладки программного обеспечения и корректировка протокола обмена информации с внешними устройствами», — пояснил «Чердаку» Виктор Рулевский, директор НИИ АЭМ.

Теги:

Читать еще на Чердаке: