Ay ve Martian Yüzey Operasyonları için Resilient Güç Sistemleri Tasarımı

Harsh Ortamı Operasyon: Terrestrial Solutions Neden Başarısız

Resilient güç sistemi tasarımı, çevrenin açık bir anlayışla başlamalıdır. Ay ve Mars genellikle "Dünya" ortamları olarak bir araya getirilir, ancak elektrik mühendisliği sorunları belirgin bir şekilde işaretlenir.

Ay Yüzey Koşulları

Ay atmosferi yok, manyetik alan ve sürekli gölgeli kraterlerin etrafında bir rotasyon dönemi var.Bu sonuçlar bir gün boyunca 14 günlük bir gece boyunca takip edilen 14 Dünya saati için yeterli enerji depolamalı. gece boyunca, yüzey sıcaklıkları kutuplara ve hatta soğuklara yakın bir şekilde yükleniyor; güneşe bağlı güç sistemi, iki haftalık bir karanlık için yeterli enerji depolamalı veya nükleer reaktöre güvenmelidir.

Martian Surface Koşulları

Mars ince karbon-dioksik bir atmosfere sahiptir (yaklaşık% 99'un basıncının yaklaşık 0.6'sı), Dünya'nın benzer 24.6 saatlik bir gün ve mevsimsel çevrimler daha kısa olsa da, Mars, gezegendeki düşük toz fırtınalarından muzdariptir. yüksek radyasyon seviyelerinden yüzde 99'dan fazla bir araya gelir (yaklaşık 40-50 ila 50 ila 40 ila 50 °C.) Dünyadaki ortalama sıcaklıkları yüksek bir süre boyunca sabit bir şekilde ısıtılabilir.

Temel Nesil Teknolojiler: Misyona Bağlanma Kaynağı

Tek nesil teknoloji tüm görev aşamaları için uygun değildir. Güçlü bir sistem mimarisi, her biri belirli bir görev döngüsü ve risk profiline hizmet etmelidir.

Concentrator Optiks ile Photovoltaic Dizileri

Güneş panelleri hem yüzeyleri hem de yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte olan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte 10 adet güneş ışığıyla test edilir.[0] İnce film için fotovoltaik (PV) hücreler[FLT 1: 1) kutuplu-uzaylı malzeme kullanılarak yapılır.[B][/C)

Fission Surface Power (FSP)

Gece ve toz fırtına direnci için, nükleer enerji en az 10 yıl boyunca faaliyet gösteren en güvenilir yoldur. NASA ve ABD Enerji Bölümü, Stirling veya Brayton dönüştürücüleri geliştiriyor ve pasif sodyum-püfer (NaK) en az 10 yıl boyunca çalışan 40-k We reaktörünü hedef alıyor. Bu sistemler yüksek enerjili bir güneş ışığıyla bağlantılı bir enerji santralini kullanıyor.

Radyoisotope termoelektrik Jeneratörleri (RTGs) ve Dinamik Sistemler

RTG'ler yıllardır her derin uzay misyonunu desteklediler (örneğin, Voyager, Cassini, Peracance). Onlar güvenilirdir, hareket eden parçalar var ve on yıllardır güç üretiyorlar, ancak düşük özel güç (yaklaşık 5 W/urFLT) sunarlar ve sadece yüzler için yüzlerce watt güç sistemi üretirler.[DDDDDDDDD)

Enerji Depolama: Karanlık Gap'i Takip Etmek

Nükleer temel yük ile bile, enerji depolama, yüksek güç geçicileri (örneğin, sondaj, rover şarjı), ve reaktör bakımı veya kontingasyon kapatmaları sırasında yedek önemlidir.

Makul Bataryalar Ay/Mars-Grade Electrolytes

Modern-zengin katoluşları olan devlet, 250-300 Wh /kg oda sıcaklığında elde edebilir, ancak performansları -20 °C'nin altında ağırlanır. - Ay gecesi hayatta kalmak için, bataryalar entegre edilmiş ısıtıcılarda evlenebilir, ki bu da depolanmış enerji tasarrufu sağlar.

Rejeneratif Yakıt Hücreleri

Tekrarjeneratif yakıt hücresi (RFC) sistemi, güneş dönemlerinde hidrojen ve oksijen üretmek için su elektroliz kullanıyor, o zaman onları karanlık sırasında bir yakıt hücresinde elektrik üretmek için yeniden teşvik ediyor.For Ay üsleri, yüksek çözünürlük sistemi seviyesi (600-800 Wh/kg sistemi seviyesi) ve kendi kendine uygun olmayan CR-opyucular için ideal kılıyorlar, aynı zamanda bir oksijen ve enerji tasarrufu sağlar.

Termal Enerji Depolama

Bir altmış yaklaşım, ısıtılmış bir motor veya termoelektrik jeneratörü olarak ısıtılır. - Mekanik malzemeler (PCMs) ve çok yüksek kapasitelere sahip olabilir. Mars için, geceler daha kısa, yüksek çözünürlükte ısıtılabilir.

Power Dağıtım Mimarisi: Mikrogrid Concept

Sınırlılık sadece nesil ve depolama hakkında değil - güç nasıl dağıtıldığı, takip edildiğine ve coğrafi olarak dağınık bir üsle kontrol edildiğine bağlıdır.

Yüksek Voltage DC (H999) Microgrids

Ay veya Martian yüzeyindeki uzun mesafe gücü, yüksek gerilimli doğrudan mevcut (HUBE) ile 1200 V veya daha yüksek. HUBE kablolu kapalı kütleyi azaltır (döneticileri azaltır ve yeniden şekillendirir) ve iki yönlü güç akışı ortadan kaldırır. Her bir habitat, laboratuvar, ISRU bitki ve rover şarj istasyonu dengeye bağlıdır:0)telligent güç düğümleri) ve daha küçük bir uzaktan kumandan sağlar.

Radyasyon Sertleştirilmiş Güç Elektronik

Tüm dönüştürücüler, dönüştürücüler ve anahtarlama, toplam iyonize doz (TID) 50-100 krad (Si) ve tek tek icat etkiler (SEE) galaktik kozmik ışınlardan (300 °C) ve silikon dağıtımlarından daha iyi radyasyon toleransı ile ilgili olarak tasarlanmıştır. (SiC) ).

Anahtar bir mimari ilkedir:0) + 2,3,3,2, tüm kritik bileşenler için .En az iki ek güç kaynağı (solar serisi, reaktörler, depolama birimleri) NASA tarafından geliştirilebilir ve izole edilmeleri mümkün değildir.

Extreme-Environment Power Systems için tasarım ilkeleri

Uzay ışık mirası ve ortaya çıkan kara mikrogrid deneyimine dayanarak, aşağıdaki tasarım ilkeleri dirençli bir sistemin temelini oluşturur:

Radyasyon ve Toz Sertleştirici

Tüm maruz kalan yüzeyler korunmuş veya korumalı olmalıdır. Güneş serisi kapalı, baskılı kaplamalarla kaplıdır:0)Kayıtlı camlar[Döntilmişler: 1) Ek koruyucular için radyasyon ve elektrostatik toz rekatını kullanarak koyulacaktır. Güç elektronikleri kapalı olmalıdır, baskılı, baskılı kaplamalar veya toz bazlı kaplamalar ile toplanılır.

Aktif Soğutmalı Halkalar olmadan ısı Yönetimi

Radyatör ile pompalanan döngüler, hareketli parçalarla birlikte yüzlerce volt-suyu taşımaz. yüksek ısıtıcı ısı kontrolü kullanarak kanalize edilir:0)Sıcak ısı borular), titanyum-su veya sodyum çalışma sıvıları ile birlikte, on metreden fazla hareketli parçalara kadar hareketli bir sıcaklık tutabilir. yüksek ısı yükleri (örneğin, reaktörler), yüksek çözünürlükte ısıtılabilir ısıtılabilir ısı borular )

Özerk Hata Tespiti ve Kurtarma

Yuvarlak iletişim gecikmeleri (Ay'a 1,3 saniye, Mars'a 40 dakika kadar) zemin tabanlı kontrolin hatalara hızlı tepki gösteremeyeceği anlamına gelir.Her güç hiçbirinde çalıştırılmalıdırFLT:0) Bir geziden önce yük devretmeler))

Dünya Olmadan Güvenin

Çünkü reely pencereler aylardır (Moon) yıllar (Mars) ayrı, güç sistemi bileşenlerinin tasarlanması gerekir:0)-orbit veya yüzey onarımı) kullanılarak üretim (3D baskı) ve ortak-module değiştirilmesi. Yazdır-on-on-cezayın için talep edilen planlar, dijital bir kütüphanede depolanabilir ve mevcut malzemelerden imal edilebilir.

Gelişen Teknolojiler: Horizon'da Neler Var

Önümüzdeki on yıl, laboratuvardan uçuş gösterisine birkaç umut verici teknoloji geçişi görecek:

Kablosuz Güç İletim (WPT)

Mikrodalga veya lazer kirişleri kullanarak, uzun mesafeler için sürüklenme, yörünge varlıklar veya uzaktan cihazlar arasındaki kablolara ihtiyaç duyabilir. NASA'nın ACI:0Lunar Kablosuz Güç Challenge) Yerinden gelen bir alıcıya yönelik olarak hasarları azaltılabilir. Verimlilik hala düşük (% 20–40) uzun mesafeler için, ancak kısa vadeli şarj için (100 m) afportunist şarj için WPT, bağlantı aşınma ve toz ingress için hasarları basitleştirebilir.

Yakıt ve Güneş Hücreleri için Yakıt ve Enerji Utilizasyon (ISRU)

Güneş hücreleri üretmek için regolith kullanmak büyük bir meydan okumadır. Ay regolith silikon, demir, alüminyum ve oksijen içerir; molometallurgical or molten-salt elektrolysis süreçleri, metalleri çıkarabilir ve vazo-duygulama teknikleri, çok düşük bir enerji verimliliği yaratır (~2%), ancak potansiyel olarak küçük enerji verimliliği için yararlı olur.

Gelişmiş Nükleer Mikroreactors

Kilopower (NASA/DOE) 1-10 kWe fission reaktörünün bir uranyum çekirdek ve Stirling dönüştürücüler kullanılarak bir sonraki nesil mikroreactors, örneğin 0,0West) ev sahibi eVinci ve EM2, ısı pompasını kullanın ve 200-1000 kWe teslim edebilirsiniz.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Ay ve Martian yüzey operasyonları için dirençli güç sistemleri tasarlayın, sürekli olarak sabit bir temel yükü gece ve toz fırtınaları ile tamamlayın, akıllı mikrogrid kontrolü ve gelişmiş termal yönetim, şebekenin diğer bileşenlerinin ileriye dönük olarak kalmasını sağlar.

Tüm bu yenilikler aktif olarak geliştirilmekte ve programlarla test edilmektedir.:0)NASA'nın Kilopower projesi[Dönetici:2), AME'nin Uzay Reaktör Araştırması) ve diğer dünyalarda da gelişmiştir.

[FONT:0)Mühendisler ve görev planlayıcıları artık arayüzleri standartlaştırmaya başlamalı, uygun geniş bantlı cihazlara sahip ve vakum odalarında kapalı yakıt hücreleri test etmelidir.[DÜT:1] Ay ve Mars esneklikte güvenilir bir şekilde tasarlanmamıştır.