Кто и как производит солнечные батареи для работы в космосе?

25.10.2018

1510906663_sputnik.jpgСистема обеспечения летательных аппаратов электроэнергией состоит из двух основных частей — панелей, генерирующих энергию, и накопительных емкостей, где она резервируется. Предназначенные для установки на орбитах они изготавливаются на российском заводе с символичным названием «Сатурн». Краснодарское предприятие, хотя и является частным (контрольный пакет принадлежит компании «Очаково»), тем не менее входит в единую структуру ФКА — Федерального космического агентства. Здесь и производят электростанции, которые обеспечивают работу космических аппаратов за пределами земли.

Процесс производства солнечных батарей для космоса

Все начинается с выращивания кристаллов для фотоэлементов, где и будет происходить выработка энергии. В цехе газовой эпитаксии всего за три часа наращивается целый слой, используемый в дальнейшем в фотоэлементах космических модулей, которые генерируют электроэнергию. Газовая установка, где осуществляется процесс, стоит порядка 3 млн евро.

Кристаллическая подложка должна быть оснащена электрическими контактами с обеих сторон. На контакты, устанавливаемые на рабочей стороне, наносится рисунок в виде гребенки. Его размеры скрупулезно высчитываются и не менее тщательно соблюдаются в процессе производства. Это обеспечивает проникновение максимального количества солнечного света к генерирующей электроэнергию подложке. Вслед за этим на нее наносится специальное просветляющее покрытие. Далее выполняется еще более двадцати различных операций, предусмотренных технологией. В их числе: 

  • фотолитография — нанесение электрических контактов, которая выполняется на автоматизированном оборудовании по заранее установленным программам;
  • для увеличения вырабатываемой энергии установке, с помощью электронного направленного потока в условиях вакуума, наносят: просветляющие покрытия, необходимые контакты и диэлектрики; 
  • другие операции, обеспечивающие эффективную и бесперебойную работу батарей.
Все работы производятся с особой тщательностью, что обусловлено специфическими условиями транспортировки и эксплуатации. Далее готовые элементы объединяют в фотопанели.

Особенности сборки

Следующий этап — сборка панели. К поверхностям каждого фотоэлемента припаивают соединительные шины. Затем скрепляют полученные элементы между собой и закрывают защитным стеклом, чтобы детали не пострадали от высокой радиации. Несмотря на мизерную толщину (0,12 мм), оно обеспечит надежную защиту.

Шины для электрического соединения фотоэлементов (контакты) изготавливают из серебра. Их толщина составляет 0,02 мм. Они обеспечивают последовательное подключение для получения нужного напряжения. Число панелей, устанавливаемых на спутнике, зависит от мощности и количества электроэнергии, требуемой для осуществления его функций. Например, современные спутники связи могут потреблять до 10 кВт. При этом максимальное количество панелей — восемь штук.

Как устанавливаются и работают батареи в космосе

После того как спутник выйдет на заданную орбиту, установленные на нем панели раскроются и путем выработки электроэнергии из солнечных лучей обеспечат его необходимой мощностью. Солнечные батареи широко используются для телевизионных трансляций, обеспечения связи, работы навигационных систем. Их устанавливают также на спутниках «ГЛОНАСС».
Энергия, получаемая во время освещения панелей, используется для работы систем космического аппарата. Ее излишки накапливаются в специальных никель-водородных АКБ. Запас собранного электричества используется в то время, когда спутник закрыт от солнечных лучей тенью земли.

Космические накопители энергии

В ответе на вопрос о том как делают солнечные батареи для космоса, есть еще один важный аспект. Это изготовление аккумуляторов, где до нужного времени хранится полученная электроэнергия. Их также изготавливают на заводе «Сатурн».

Емкость никель-водородных АКБ составляет 60 Вт ч/кг. Стоит отметить, что после изготовления аккумуляторы попадают в специальный цех для проведения испытаний на предмет герметичности и сопротивления высокому давлению. Тесты на прочность — обязательная часть производственного процесса.

Прочный корпус изготавливается с использованием электролучевой вакуумной сварки и легко выдерживает давление 60 кг·с/см 2. АКБ имеют значительный запас прочности. Разрыв оболочки происходит в момент, когда стрелка нанометра показывает 148 кг·с/см 2. Кроме того, она, согласно стандарту, должна быть легкой и иметь высокую теплопроводность.

После успешного завершения всех испытаний, батареи наполняют водородом и электролитом. Их помещают в отдельные ячейки таким образом, чтобы они не соприкасались друг с другом.

Высокое качество материалов, добросовестное выполнение работ, постоянный контроль обеспечивают длительную и бесперебойную работу устройств на орбите.


Возврат к списку