Меню

Энергия космоса аккумуляторы для ракет зондов и кораблей



Аккумуляторы бренда Rocket — для интенсивной езды с частыми остановками

Аккумулятор

Современный рынок аккумуляторов разнообразен, потому сегодня покупатель вынужден тратить достаточно большое количество времени на выбор нового устройства.

Главной задачей при этом является поиск качественной батареи за оптимальный бюджет. Для принятия финального решения о покупке имидж производителя и общетехнические характеристики батареи играют главную роль.

В этой статье раскрываются основные преимущества АКБ бренда Rocket. Прежде всего стоит отметить, что батарея этого производителя идеально подойдет городским автовладельцам для интенсивной езды с частыми остановками.

О компании Rocket

Аккумулятор

Южнокорейская компания Global Battery вот уже более шестидесяти лет занимается выпуском кислотных батарей. Сегодня аккумуляторы этой компании пользуются большой популярностью и эскпортируются в ста сорока стран мира.

В начале 90-х годов в городе Кванджу был построен второй завод, укомплектованный по последним требованиям отрасли. Предприятие насчитывает более 1000 сотрудников (в результате, электрозавод выпускает около 3,5 млн. аккумуляторных батарей ежегодно).

Интернет ресурс компании: www.rocketbatt.com.

Кому подойдут АКБ Rocket

Аккумулятор

Батареи Rocket – это отличное стартерное устройство, которое предназначено для различных видов автотранспортных средств и мотоциклов.

Широкая модельная линейка компании удовлетворит нужды как владельцев грузовых, так и легковых автотранспортных средств.

У большинства автомобильных аккумуляторов Rocket полярность бывает двух видов — прямая и обратная. Следовательно, и клеммы разделаются на два типа — европейские и азиатские (тип ASIA).

Стоит отметить, что автоконцерны KIA Motors Corporation, DAEWOO, HYUNDAI Motor Company укомплектовуют свои авто именно аккумуляторами компании Rocket.

Технологический подход и специфика производства

Аккумулятор

Всемирно известный завод Rocket считается в Юж. Корее образцом высокотехнологичного производства. Его технические мощности позволяют изготовлять пластины сложным методом вытягивания из свинцового листа.

Использование этого метода помогает в значительной степени уменьшить издержки (как результат и конечная цена для потребителей становится весьма приемлемой).

Коррозийная устойчивость пластин увеличивает срок продолжительности работы устройства.

Батареи созданы по технологии Ca/Ca (положительная/отрицательная пластины), которая способствует повышению тока холодной прокрутки и увеличению емкости.

Именно поэтому эти АКБ Rocket относятся к типу малообслуживаемых (приставка MF) и полностью необслуживаемых (приставка SMF) аккумуляторных батарей.

Длительный период использования достигается благодаря использованию легированного кальцием свинца при производстве.

Технические характеристики АКБ Rocket

Аккумулятор

Модельный ряд этого бренда достаточно широк и включает в себя аккумуляторы емкостью от 45 до 150 ah. Следовательно, владельцам легковых и грузовых авто есть из чего выбрать.

Аккумуляторы Rocket — для легковых авто:

  • 6CТ45 – эта аккумуляторная батарея, нацелена на владельцев малолитражных авто. Емкость составляет сорок пять Ач, а стартерный ток – четыреста тридцать А. Габариты: 238 мм х 129 мм х 225 мм.
  • 6CТ65 – чаще всего этот тип АКБ используется в бензиновых авто средней мощности. Емкость составляет шестьдесят пять Ач, стартерный ток — пятьсот восемьдесят А. Габариты: 232 х 173 х 225 мм.
  • 6CТ70 – идеально подходит при замене модели Rocket 6CТ-65. Емкость составляет семьдесят Ач, Стартерный ток – шестьсот А. Габариты:260 х 173 х 222 мм.
  • 6CТ80 – подойдет для владельцев мощных легковых авто с дизельным и бензиновым двигателем. Емкость составляет восемьдесят Ач, стартерный ток – шестьсот пятьдесят А. Габариты: 260 х 173 х 222 мм.
  • 6CТ90 – предназначен для мощных легковых авто с дизельным двигателем или микроавтобусов. Емкость составляет девяносто Ач, а стартерный ток — семьсот пятьдесят А. Габариты: 303 х 173 х 225 мм.

Следует отметить, что все вышеуказанные аккумуляторные батареи Rocket относятся к типу SMF. Это означает, что владельцу не нужно регулярно открывать крышку для очистки и постоянно подливать воду в банки.

АКБ Rocket — для грузовых авто:

  • 6CТ100 – эта аккумуляторная батарея подходит для установки на грузовики и автобусы небольших размеров. Емкость составляет сто Ач, а стартерный ток – восемьсот семьдесят А. Габариты: 330 х 173 х 232 мм.
  • 6CТ120 – идеальный вариант для грузовиков со средней мощностью. Емкость составляет сто двадцать Ач. Стартерный ток – тысячу А. Габариты: 330 х 173 х 240 мм.
  • 6CТ150 – батарея предназначена для использования в мощных грузовиках с дизельным двигателем и спецтехнике. Емкость составляет сто пятьдесят Ач, а ток холодной прокрутки – девятьсот пятьдесят А. Габариты: 508 х 222 х 238 мм.

Перед покупкой следует обратить на расположение клеммы, т. к. все аккумуляторы из модельного ряда Rocket выпускаются с разной полярностью.

Подавляющее большинство грузовых аккумуляторов изготовлены по технологии MF. Это означает, что владельцам необходимо регулярно отслеживать уровень электролита и доливать воду при необходимости.

Техобслуживание и правила подзаряда

Аккумулятор

Основная часть кальциевых АКБ бренда Rocket являются необслуживаемыми, благодаря этому владелец прибора не будет постоянно отслеживать уровень электролита. В период эксплуатации, необходимо только регулярно очищать загрязнившийся корпуса.

По мере необходимости устройство требует подзаряда, это не касается моделей для грузовиков.

Большая часть моделей аккумуляторных батарей для грузовых машин относится к обслуживаемыми АКБ, хотя некоторые устройства, выпущенные с использованием технологии SMF, принадлежат к классу необслуживаемых.

Согласно правилам данные АКБ заряжаются как и кислотные батареи других брендов.

Длительность подзаряда не должна превышать десять часов, процент тока должен составлять десять процентов от номинальной емкости аккумуляторной батареи, напряжение – четырнадцать целых четыре десятых вольт.

Определение даты выпуска и распознавание кода

Аккумулятор

Производитель Global-Battery наносит на крышку АКБ специальный код. Благодаря этому коду покупатель может определить дату выпуска устройства.

Основные правила кодировки:

  • Буквы в начале обозначают — название города, где был изготовлен аккумулятор (KS – это город Чханвон, KJ — это Кванджу).
  • Цифра указывает на год производства устройства (например, 8 – 2018, 9-2019).
  • Следующая по очереди буква показывает месяц изготовления (например, А-январь, В-февраль).
  • Оставшиеся две цифры сообщают о дате месяца.

Зная все эти правила, очень просто определить точную дату производства АКБ.

Возьмем для примера код KS9А01. Дата производства аккумулятора с этим кодом — 1 янв. 2019 года.

Источник

Энергия космоса: аккумуляторы для ракет, зондов и кораблей

Энергия космоса: аккумуляторы для ракет, зондов и кораблей

«Вояджер-2» исследовал дальние планеты Солнечной системы в течение 26 лет Фото: Getty Images/MPI

Нашу Солнечную систему можно сравнить с автобаном, по которому ездят разные машины. Одни похожи на огромные фуры, медленно перевозящие грузы, эти дальнобойщики – космические аппараты для изучения дальнего космоса. Другие летают, как мотоциклы, быстро преодолевая нужный отрезок пути, – их запускают на пару часов с конкретной целью: взять грунт, например. Третьи патрулируют дорогу, перемещаясь туда-обратно, – это орбитальные станции, рассчитанные только на полет вокруг Земли. Укомплектованы машины по-разному, источники энергии в них тоже отличаются: все зависит от цели, с которой машина выпущена на трассу.

От Солнца

Самый простой способ получить энергию в космосе – огромный желтый карлик, с которым мы соседствуем. Он не требует эксплуатации, за него не нужно платить, и работать он будет еще очень и очень долго. Все наверняка видели солнечные батареи. Широкие блестящие панели устанавливают там, куда может попасть солнце, и специальные полупроводники преобразуют попадающие с солнечными лучами фотоны в движущиеся электроны, которые и дают электричество. Международная космическая станция похожа на птицу с огромными крыльями. Они состоят из четырех рядов солнечных батарей. Специальные программы поворачивают эти блоки к Солнцу таким образом, чтобы станция получала как можно больше энергии. Но вот незадача: МКС делает оборот вокруг Земли за 90 минут, и примерно половина этого времени приходится на теневую сторону, когда планета загораживает станцию от Солнца. В это время солнечные батареи уходят в спящий режим, поворачиваясь по направлению движения таким образом, чтобы уменьшить сопротивление атмосферы. Грубо говоря, ложатся вдоль течения. К обеспечению электроэнергией станции тогда подключаются дополнительные аккумуляторы – никель-водородные или литий-ионные.

МКС с рядами солнечных батарей, похожими на крылья community.topcoder.com

С солнечными батареями работают 241 из 244 межпланетных станций, сотни орбитальных спутников и большая часть луноходов и марсоходов. Солнце может дать нам много дешевой энергии, но расстояние отдачи ограничено. Уже на Марсе, если мы все еще хотим использовать солнечный свет, блоки солнечных батарей придется увеличить в два раза для получения той же энергии, что и на орбите Земли. А Марсом наши космические амбиции не ограничены. Мы хотим видеть свои корабли и на Уране, и на Юпитере, и дальше – там, куда солнечный свет не проникает вообще.

Инфографика: spacecraftearth.com

От плутония

«Новые горизонты», «Галилео», «Кассини», «Улисс», «Вояджеры» – эти аппараты объединяют не только красивые названия, но и дальность космической миссии. «Новые горизонты» отправились к Плутону, «Галилео» летел исследовать Юпитер, «Кассини» – Сатурн. Всем им установили похожие источники энергии – радиоизотопные термоэлектрические генераторы. РИТЭГ использует тепловую энергию, которая выделяется при распаде радиоактивных изотопов, чаще всего – плутония. Эти маленькие реакторы не нуждаются в солнечной поддержке, а работать могут очень долго. Период полураспада плутония-238 – 88 лет. «Вояджеры» работают уже почти полвека, хотя частично отключены. Проблема в том, что, делая ставку на длительность полета, мы сильно теряем в скорости. Но это еще полбеды, можно и подождать, когда наши посыльные долетят. Другая сложность – цена и нехватка плутония. Запуск «Новых горизонтов» в 2006 году несколько раз откладывался, потому что США, одни из самых богатых космических исследователей, не могли найти нужные «Новым горизонтам» 11 кг плутония. По этой же причине зонд «Юнона», отправленный к Юпитеру, все же получил массивные солнечные крылья, которые могут улавливать свет даже на такой приличной удаленности. Плутоний-238 долго, сложно и очень дорого получать. Его можно заменить другим радиоактивным нуклидом – ураном-232 с периодом полураспада в 67 лет. Но оба элемента опасны: в случае взрыва устройства при запуске радиоактивный выброс может быть крайне велик.

От винта

Аккумуляторы в качестве источников энергии применяются в космосе редко. Обычно их ставят на аппараты, которым предстоит работать только пару часов. Зонд MASCOT был сброшен на астероид Рюгу, чтобы собрать с него пробы грунта, и проработал 17 часов на литий-тионилхлоридных элементах. Они дают очень большую плотность энергии при габаритах, равных с другими химическими источниками тока, и способны работать в жестких климатических условиях и в труднодоступных местах. Мы как будто бы бросили на астероид пуленепробиваемый смартфон, только размерами повнушительнее. Правда, подзарядить его не получится. Литий-тионилхлоридные элементы неперезаряжаемые, поработали – на выброс. Для более длительных миссий требуется перезаряжаемая система.

Читайте также:  Зарядные устройства аккумулятора для матиза

«Спутник-1», первый искусственный спутник Земли, работал на серебряно-цинковом аккумуляторе. Их же ставили на луномобили программы «Аполлон». Маленькие, стабильные, спокойно терпящие перегрузки, серебряно-цинковые аккумуляторы довольно быстро проиграли бой никель-водородным. Главное преимущество последних – время работы. Никель-водородные аккумуляторы обеспечивали энергией МКС, «Марс Глобал Сервейор», «Марс Одиссей» и телескоп «Хаббл». Во всех устройствах аккумуляторы оказывали поддержку солнечным батареям. Сейчас там, где можно осуществить замену, никель-водородные источники меняют на литий-ионные. Они стоят и в наших телефонах, и на огромных машинах, которые мы запускаем в космос. Характеристики литий-ионных аккумуляторов гораздо выше, чем их «коллег» по цеху, но в чем они несравненно хороши – маленький размер. В 2019 году космонавты МКС выходили в открытый космос, чтобы заменить старые никель-водородные аккумуляторы новыми литий-ионными.

Когда-то лошадь вполне удовлетворяла человека, пока не оказалось, что с паровозом можно преодолеть весь путь гораздо быстрее. Для создания и ввода в эксплуатацию таких источников энергии, которые продлят наш космический автобан до соседних галактик, нужна новая научно-техническая революция. Новый аккумулятор должен быть легким – мы все еще не способны поднять в космос целую атомную электростанцию. Он должен отвечать требованиям безопасности, потому что в далеком космосе не будет ремонтных бригад и дополнительных инструментов. И, наконец, он обязан быть невосприимчивым к экстремальным условиям перепадов температур, радиации и солнечного ветра. Как только такой источник энергии будет создан, мы сможем посылать не только корабли к соседям по Вселенной, но и космических туристов в приятные лунные прогулки, например. И тогда на автобане появятся экскурсионные автобусы, а вслед за ними, может быть, и частные автомобили.

Источник

Батарейка Пандоры

Сегодня будут первые торги после снятия санкций с Ирана и мы увидим очередные минимумы котировок нефти. Цены на неё ещё какое-то время будет лихорадить, но существенного подорожания уже не будет и конец нефтяной эры уже отчётливо просматривается в контурах ближайшего будущего.

Вот об этом будущем мне и хочется поговорить. Тем более, что выглядит оно совсем не таким безоблачным, как казалось бы на первый взгляд.

Важная деталь

XXI век уже на дворе, но мы всё ещё ползаем по разбитым дорогам на машинах с двигателем внутреннего сгорания, а не летаем на электрокарах. Роботы остаются частью сборочных конвейеров, а не нашими постоянными спутниками и помощниками в домашних делах. Да и лазерное оружие мы тоже видим только в кинотеатрах, хотя это, наверное, к лучшему.

Почти все необходимые технологии у нас уже есть, но всё электрическое остаётся привязанным к розетке и отползает от неё лишь ненадолго. Без компактного, лёгкого и недорогого аккумулятора будущее, о котором писали фантасты, не наступит.

Более того, без нового аккумулятора альтернативная энергетика (ветровая, солнечная, приливная) никогда не сможет стать по-настоящему эффективной. Причина проста: разрыв во времени между выработкой и потреблением энергии. Ветер дует как ему заблагорассудится, а солнечные батареи вырабатывают максимум энергии в летний полдень, тогда как максимальное её потребление приходится на долгие зимние вечера.

Если энергию не накапливать, то нужно либо строить многократно избыточные мощности по её генерации, либо компенсировать провалы за счёт традиционных источников энергии — газовых или гидроэлектростанций. И то, и другое существенно снижает выгоды от альтернативной энергетики, а то и вовсе делает её бессмысленной на большей части нашей планеты. Так что без аккумулятора нам не обойтись.

Плотность энергии

Лучшие из существующих аккумуляторов имеют очень низкую плотность энергии и очень высокую стоимость её хранения, проигрывая по этим показателям в десятки раз практически любому традиционному энергоносителю, включая дрова, торф, уголь и бензин.

Современный литий-полимерный аккумулятор способен запасать до 200 Вт⋅ч на каждый килограмм своего веса. Для сравнения, из каждого килограмма бензина можно выработать до 2917 Вт⋅ч, а из килограмма дизельного топлива до 5583 Вт⋅ч. Разница колоссальна — в 15-25 раз.

Из-за низкой плотности энергии все современные электронные гаджеты это, по сути, один большой аккумулятор с экраном и малюсенькой микросхемой, сиротливо ютящейся где-то в уголке. Посмотрите на открытый iPhone или MacBook, и вы удивитесь, как много места занимает батарея.

Самый передовой электрокар, Tesla S, тащит на себе батарею ёмкостью 85 кВт⋅ч, которая весит пол-автомобиля, стоит пол-автомобиля и которой хватает на четыреста с небольшим километров, после чего её нужно перезаряжать — полтора часа до полной зарядки или 40 минут до 80%.

Это то, что мы имеем сейчас, но прогресс не стоит на месте. Плотность энергии в батареях непрерывно растёт. Первые свинцово-кислотные батареи имели плотность энергии 30-50, никель-кадмиевые — 45-80, никель-металлгидридные — 60-120 и литиевые — 150-200 Вт⋅ч/кг.

Нужен рывок

То и дело появляются сообщения о том, что изобретена очередная, ещё более эффективная, разновидность батарей, но до промышленных образцов дело пока не дошло. Серьёзный задел для повышения ёмкости батарей обещают пресловутые нанотехнологии и, в перспективе, из различных комбинаций лития с кремнием и углеродными нанотрубками можно выжать до 2000 Вт⋅ч/кг, то есть раз в 10 больше, чем сейчас.

С одной стороны, это очень хорошие новости. Увеличиваем ёмкость хотя бы в 5 раз — и электромобили начинают проезжать на одной подзарядке 2000 км., то есть больше, чем может выдержать за рулём водитель и время подзарядки становится не критичным.

Увеличиваем ёмкость в 10 раз — и iPhone работает на одной зарядке больше недели, как старая добрая Nokia с монохромным экраном. Аккумулятор, способный накопить энергию на неделю обеспечения вашего дома, весит всего 20 кг — сущие пустяки. Квадрокоптеры превращаются из игрушек в реальные средства передвижения, электромобили полностью вытесняют бензиновые, а у человекоподобных роботов, наконец, появляется шанс.

Электронные мечты

Разумеется, это не предел мечтаний. Например, плотность энергии теплового распада плутония, используемого в РИТЭГах — 611,6 млн. Вт⋅ч/кг, реакции дейтерий-тритий в перспективных термоядерных реакторах — почти 100 млрд. Вт⋅ч/кг, а плотность энергии в паре материя-антиматерия и вовсе достигает умопомрачительной цифры с двенадцатью нулями.

Это даёт надежду, на то, что рано или поздно нам удастся найти источники или аккумуляторы энергии с промежуточными плотностями энергии — в сотни и тысячи раз более ёмкие, чем сейчас. И их открытие сулит интересные перспективы.

Например, совсем неплохо было бы забыть о зарядных устройствах на весь срок службы гаджетов. Купил новый iPhone16S с уже заряженной батареей, и до выхода iPhone17 в следующем году заряда хватает. Никаких перетирающихся проводов, забытых дома зарядок и прочих «радостей». Для этого придётся увеличить ёмкость батарей «всего» в 200-300 раз.

Зато электрические авиалайнеры станут почти в два раза грузоподъёмнее, а перелёт на них будет обходиться в десяток раз дешевле, чем сегодня.

Тянуть электрические провода к коттеджным посёлкам станет бессмысленно — даже там, где места для ветряков нет, а солнечные батареи неэффективны, можно будет просто раз в год ездить на зарядную станцию — заряжать домашний аккумулятор.

Электрокосмос

Увеличение плотности энергии в 1000 раз и более перевернёт наши представления о космических полётах. Вместо топлива в баки ракет можно будет запихивать вообще всё подряд — воду, метан, углекислый газ и тупо нагревать это, создавая реактивную струю.

Для выхода на орбиту этого будет достаточно, в космосе можно использовать экономичные ионные двигатели, а запасы топлива пополнять на любой планете с атмосферой или запасами льда, что принципиально упростит колонизацию Марса и исследование планет Солнечной системы.

Ложка дёгтя

Разумеется, плотность энергии — не единственная важная характеристика аккумулятора и без них любая теоретически достижимая плотность энергии не имеет практического смысла.

Одна из важных характеристик это скорость саморазряда. За первый месяц литий-ионный аккумулятор теряет 4-6% энергии, затем — существенно меньше: за 12 месяцев аккумулятор теряет 10-20% запасенной емкости. Сама по себе цифра потерь не грандиозна, но в случае большой ёмкости аккумулятор может самопроизвольно перегреваться в результате саморазряда.

Вторая характеристика — цена одного ватт-часа. Сейчас 1 кВт⋅ч литиевого аккумулятора обходится минимум в $300. Это много, хотя цена ватт-часа и падает примерно на 8% ежегодно. Элон Маск обещает в ближайшее время добиться примерно $125 за кВт⋅ч при массовом производстве батарей.

В случае с радиоизотопными батарейками (хоть это и не аккумуляторы) всё интереснее. Например, батарея марсохода Curiosity содержит 4,77 кг. плутония, каждый килограмм которого стоит около 1 миллиона долларов. Зато в расчёте на ватт-час тепловой мощности при полном распаде плутония получаются смешные $0,0016. На практике, правда, у РИТЭГов очень низкий КПД и из 1 кг. плутония удаётся получить только 35-38 Вт электрической мощности и стоимость одного ватт-часа электроэнергии оказывается в районе 10 центов.

Как граната

Самый важный вопрос использования мощных источников энергии это то, как вы ими распорядитесь. Возьмём самый банальный гаджет — смартфон: в среднем он потребляет примерно 1 Вт (от 0,1 Вт в режиме ожидания до 5 Вт при максимальной нагрузке), и на год непрерывной работы ему понадобится аккумулятор ёмкостью чуть больше 8 кВт⋅ч.

С одной стороны, это не так уж и много: такой энергии хватит на 4 часа работы мощного домашнего электрического обогревателя или 10 часов работы духовки. С другой стороны — это эквивалент почти 7 килограмм тротила — больше, чем суммарно использовалось во время терактов 2010 года в Московском метро.

При разрушении, неисправности или неправильном использовании даже литий-ионные аккумуляторы имеют неприятное свойство загораться и взрываться. А теперь представьте себе последствия падения с пятого этажа iPhone с годовым запасом энергии. Всё живое в радиусе 7-8 метров вокруг будет уничтожено.

О более мощных гаджетах и говорить нечего. Батарея ноутбука сможет сровнять с землей целый дом, а электромобиль превращается в мощный фугас на колёсах.

Вопрос национальной безопасности

Разумеется, в нашей жизни полно опасных вещей: электрические розетки вполне способны нас убить, а взрыв бытового газа разрушает целые дома и власти это не особенно беспокоит.

Читайте также:  Аккумулятор для ноутбука Samsung P28LS6 V20 V25

С другой стороны, нас считают настолько опасными, что не дают пронести в самолёт пилочку для ногтей и больше 100 мл. жидкости. Про разрешение на ношение огнестрельного оружия я уже и не говорю.

Логика простая: себя убивайте, как хотите, а других — ни-ни. И мощные аккумуляторы в эту логику не вписываются. В мире высоких энергий каждый человек будет способен взорвать смартфоном автомобиль, автомобилем — снести здание, а с помощью игрушечного квадрокоптера и батареек от фонарика — устроить самую настоящую бомбардировку.

Поэтому можно ожидать, что мощные гаджеты будут разрешены примерно в тех же странах, где сейчас разрешено огнестрельное оружие. Возможно, для получения разрешения на аккумулятор помощнее будет требоваться справка из психдиспансера, отсутствие судимостей и сертификат о прохождении курсов по безопасному обращению с батарейками.

Во всех остальных странах производство, хранение и ношение мощных батарей будет населению запрещено, насколько бы серьёзно производители не подошли к вопросу обеспечения безопасности аккумуляторов для пользователей.

Вооружён и очень опасен

Забавная получается ситуация. Для того, чтобы наконец наступило будущее из фантастических рассказов, нам нужна очень простая и понятная вещь, без которой не получится ничего — мощный источник энергии или ёмкий аккумулятор, в десятки и сотни раз превосходящий то, что мы имеем сегодня.

Вот только как его сделать — совершенно непонятно. Очевидно только, что эволюционным путём, на базе существующих технологий химических аккумуляторов можно сделать только самый первый шаг — поднять плотность энергии раз в 10, не более.

Принципиально более высоких значений плотности энергии можно добиться только используя нечто из разряда высокотемпературных сверхпроводников, LENR — низкоэнергетических ядерных реакций, термоядерного синтеза или чего-то столь же экзотического.

Всё это пока находится за пределами наших технологических возможностей, а потенциальное обладание огромной разрушительной мощью любым членом общества, включая детей, преступников и сумасшедших — за пределами наших представлений о безопасности.

Это означает, что нам предстоит пережить две революции одновременно — технологическую и социальную: научиться не только создавать сверхмощные гаджеты, но и жить рядом с ними.

Для этого имеет смысл уже сейчас как минимум начать отказываться от запретов на владение оружием и искать механизмы саморегулирования человеческих сообществ, каждый член которых вооружён и очень опасен.

Прогресс ускоряется и, возможно, нам это пригодится гораздо раньше, чем видится сейчас.

Источник

АККУМУЛЯТОРЫ И СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ

АККУМУЛЯТОРЫ И СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ

На первых спутниках Земли аппаратура потребляла относительно небольшие мощности тока и время работы ее было очень непродолжительным. Поэтому в качестве первых космических источников энергии успешно применялись обыкновенные аккумуляторы.

Как известно, на самолете или автомобиле аккумулятор является вспомогательным источником тока и работает совместно с электромашинным генератором, от которого периодически подзаряжается.

Основными достоинствами аккумуляторов являются их высокая надежность и отличные эксплуатационные качества. Существенный недостаток аккумуляторных батарей заключается в большом весе при малой энергоемкости. Например, серебряно-цинковая батарея при емкости 300 а-ч весит около 100 кг [31]. Это означает, что при мощности тока 260 вт (нормальное потребление на обитаемом спутнике «Меркурий») такая батарея будет работать менее двух суток. Удельный вес батареи, характеризующий весовое совершенство источника тока, составит около 450 кг/квт.

Поэтому аккумулятор как автономный источник тока применялся в космосе до сих пор лишь при небольших потребляемых мощностях (до 100 вт) при сроке службы несколько десятков часов.

Для больших автоматических спутников Земли, насыщенных разнообразным оборудованием, потребовались более мощные и легкие источники тока с весьма продолжительным сроком действия — до нескольких недель и даже месяцев.

Такими источниками тока явились чисто космические генераторы — полупроводниковые фотоэлектрические элементы, работающие на принципе преобразования световой энергии солнечного излучения непосредственно в электричество. Эти генераторы называют солнечными батареями.

Рис. 30. Схема работы кремниевой солнечной батареи:

1 — чистый монокристаллический кремний; 2 — «загрязненный» кремний; 3 — аккумулятор

Мы уже говорили о мощности теплового излучения Солнца. Напомним, что за пределами земной атмосферы интенсивность солнечной радиации довольно значительна: поток энергии, падающей на поверхность перпендикулярную солнечным лучам, составляет 1340 вт на 1 м г . Эту энергию, а вернее, способность солнечной радиации создавать фотоэлектрические эффекты и используют в солнечных батареях. Принцип действия кремниевой солнечной батареи показан на рис. 30.

Тонкая пластина состоит из двух слоев кремния с различными физическими свойствами. Внутренний слой представляет собой чистый монокристаллический кремний. Снаружи он покрыт очень тонким слоем «загрязненного» кремния, например с примесью фосфора. После облучения такой «вафли» солнечными лучами между слоями возникает поток электронов и образуется разность потенциалов, а во внешней цепи, соединяющей слои, появляется электрический ток.

Толщина кремниевого слоя требуется незначительная, но из-за несовершенства технологии она обычно бывает от 0,5 до 1 мм, хотя в создании тока принимает участие лишь около 2 % толщины этого слоя. Поверхность одного элемента солнечной батареи по технологическим причинам получается очень небольшой, что требует последовательного соединения в цепь большого числа элементов.

Кремниевая солнечная батарея дает ток лишь тогда, когда на ее поверхность падают лучи Солнца, причем максимальный съем тока будет при перпендикулярном расположении плоскости батареи по отношению к солнечным лучам. Это означает, что при движении космического корабля или ОКС по орбите необходима постоянная ориентация батарей на Солнце. Батареи не будут давать тока в тени, поэтому их необходимо применять в сочетании с другим источником тока, например с аккумулятором. Последний будет служить не только накопителем, но и демпфером возможных колебаний в величине потребной энергии.

К.п.д. солнечных батарей невелик, он не превышает пока 11–13 %. Это значит, что с 1 м 2 современных солнечных батарей снимается, мощность около 100–130 вт. Правда, есть возможности увеличения к.п.д. солнечных батарей (теоретически до 25 %) за счет совершенствования их конструкции и улучшения качества полупроводникового слоя. Предлагается, например, накладывать две или несколько батарей одну на другую так, чтобы нижняя поверхность использовала ту часть спектра солнечной энергии, которую пропускает, не поглощая, верхний слой.

К.п.д. батареи зависит от температуры поверхности полупроводникового слоя. Максимальный к. п. д. достигается при 25 °C, а при увеличении температуры до 30 °C к.п.д. уменьшается почти вдвое. Солнечные батареи выгодно применять, так же как аккумуляторы, для небольших потребляемых мощностей тока из-за большой площади их поверхности и высокого удельного веса. Для получения, например, мощности 3 квт требуется батарея, состоящая из 100 000 элементов с общим весом около 300 кг, т. е. при удельном весе 100 кг/квт. Такие батареи займут площадь более 30 м 2 .

Тем не менее солнечные батареи прекрасно зарекомендовали себя в космосе как достаточно надежный и стабильный источник энергии, способный работать очень длительное время.

Главную опасность для солнечных батарей в космосе представляют космическая радиация и метеорная пыль, вызывающие эрозию поверхности кремниевых элементов и ограничивающие срок службы батарей.

Для небольших обитаемых станций этот источник тока, видимо, будет оставаться единственно приемлемым и достаточно эффективным, но крупные ОКС потребуют иных источников энергии, более мощных и с меньшим удельным весом. При этом необходимо учесть трудности получения с помощью солнечных батарей переменного тока, который потребуется для больших научных космических лабораторий.

Читайте также

Солнечные паруса и парусолеты

Солнечные паруса и парусолеты Тип движителей, использующий внешний ресурс солнечного излучения, принято выделять в особую группу. Это солнечные паруса и так называемые солнечные энергодвигательные установки.Принцип работы солнечного паруса основан на действии

Никель-металлгидридные аккумуляторы

Никель-металлгидридные аккумуляторы Исследования в области технологии изготовления NiMH аккумуляторов начались в семидесятые годы и были предприняты как попытка преодоления недостатков никель-кадмиевых аккумуляторов. Однако применяемые в то время металл-гидридные

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы Литий является самым легким металлом, в то же время он обладает и сильно отрицательным электрохимическим потенциалом. Благодаря этому литий характеризуется наибольшей теоретической удельной электрической энергией. Вторичные источники

Литий-полимерные аккумуляторы

Литий-полимерные аккумуляторы Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol) – последняя новинка в литиевой технологии. Имея примерно такую же плотность энергии, что и Li-ion аккумуляторы, литий-полимерные допускают изготовление в различных пластичных геометрических формах,

Li-Fe аккумуляторы

Li-Fe аккумуляторы Современная электроника предъявляет все более высокие требования к мощности и емкости источников энергии. В то время как никель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторы вплотную приблизились к своему теоретическому пределу, литий-ионные

Литий-полимерные аккумуляторы (Li-Po)

Литий-полимерные аккумуляторы (Li-Po) Технологии производства аккумуляторов не стоят на месте и постепенно Ni-Cd (никель-кадмиевые) и Ni-MH (никель-металл-гидридные) аккумуляторы вытесняются на рынке аккумуляторами, в основе производства которых используются литиевые

Батареи

Батареи Батареи вне всяких сомнений являются наиболее часто используемыми источниками питания роботов. Батареи настолько привычны, что все находят это само собой разумеющимся. Понимание устройства батарей поможет вам выбрать оптимальный тип батареи для вашей

Сверхъемкие аккумуляторы

Сверхъемкие аккумуляторы О таких аккумуляторах мечтают во многих отраслях техники и промышленности. Представьте себе автомобиль. Вместо бака с горючим он возит небольшой ящичек с аккумуляторами. Изредка водитель автомобиля подключает клеммы к электрической сети, а на

8. БАКИ-АККУМУЛЯТОРЫ

8. БАКИ-АККУМУЛЯТОРЫ 8.1. Технические требования Вопрос 268. Допускается ли применение типовых баков хранения нефтепродуктов для замены существующих баков-аккумуляторов?Ответ. Такое применение не допускается (п. 8.1.3).Вопрос 269. Каковы требования к помещениям, в которых

Глава 5 Тепловые аккумуляторы

Глава 5 Тепловые аккумуляторы Устройство и принцип работы или пуск двигателя «на халяву» Среди технических средств, обеспечивающих уверенный запуск двигателя зимой, выделяется одно оригинальное, в буквальном смысле не требующее дополнительной энергии. Это устройство

8. БАКИ-АККУМУЛЯТОРЫ

8. БАКИ-АККУМУЛЯТОРЫ 8.1. Технические требования8.1.1. Баки-аккумуляторы изготавливаются по специально разработанным проектам. На всех вновь вводимых и эксплуатируемых баках-аккумуляторах устанавливаются наружные усиливающие конструкции для предотвращения разрушения

3.4. Солнечные установки

3.4. Солнечные установки Распространение в солнечных местностях системы подогрева воды в «солнечных» коллекторах также требует установки расширительных баков. В таких системах циркулируют обычно гликолевые смеси (этиленгликоль, пропиленгликоль), которые в коллекторах

8. БАКИ-АККУМУЛЯТОРЫ

8. БАКИ-АККУМУЛЯТОРЫ 8.1. Технические требования8.1.1. Баки-аккумуляторы изготавливаются по специально разработанным проектам. На всех вновь вводимых и эксплуатируемых баках-аккумуляторах устанавливаются наружные усиливающие конструкции для предотвращения разрушения

Источник

Почему ядерные батарейки так и не стали популярны? История почти забытой технологии

В прошлом футуристы видели транспорт будущего движимым за счет энергии от атомных источников питания. Маленькая батарейка (обычно светящаяся — так передавали образ художники) заменила бы тысячи литров бензина или дизельного топлива. Почти бесконечную энергию могли бы использовать не только машины, но и корабли, отправленные бороздить бескрайние просторы Вселенной.

Читайте также:  Как заряжать фотоаппарат canon без аккумулятора

Новость «Ученые разработали атомную батарейку для космических кораблей» вызвала бы определенный интерес. «Ну наконец-то», «Теперь заживем!» и «Сириус, держись!» — последовала бы примерно такая реакция. Но на деле «атомные батарейки» используются давно — аж с шестидесятых годов прошлого века. Каждая из них заслуживает отдельной истории.

Речь идет о так называемых радиоизотопных термоэлектрических генераторах — РИТЭГ (RTG). В качестве «движущей» силы они используют нагрев, то есть тепловую энергию. Это одно из основных отличий от атомных реакторов, в которых происходит цепная ядерная реакция. Реакторы используются давно, однако они имеют большие габариты и вес, а ведь мы говорим о «космических батарейках».

РИТЭГи планировалось использовать для космических аппаратов, но позже сферу применения расширили (в том числе на медицинскую технику, например электрокардиостимуляторы). Первыми новую технологию, по крайней мере официально, внедрили американские военные в спутниках Transit 4A и 4B. Батарею для них разработали в рамках программы SNAP-3.

Transit 4A находится в нижней части — это цилиндр. Фото сделано незадолго до запуска в 1961 году. Это навигационный спутник, позволявший получать данные вне зависимости от погоды на поверхности. Фото: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory

Ей предшествовало появление SNAP-1 — тестовой платформы, в которой применяли цикл Ренкина (цикл преобразования тепла в работу) с использованием изотопа церия и ртути в качестве теплоносителя. Инженеры продолжили работу над проектом, пытаясь решить вопрос с защитой будущих астронавтов и груза от радиации, удержав вес системы в определенных рамках: иначе ракета не взлетит.

В итоге «щитом» в SNAP-2 стал усеченный конус, заполненный гидридом лития. Реактор разместили вверху, капсулу с условной командой и грузом — за нижней частью. Последовавшие испытания показали, что идея хороша, да только не работает: в определенных условиях, вероятность появления которых высока, смертельная доза радиации пройдет сквозь защиту. Кроме того, конструкция оказалась весьма взрывоопасной.

Transit 4A. Фото: Gunter’s Space Page

Ее изменяли, искали компромисс, нашли его — и вскоре появился SNAP-3, который стал первым РИТЭГом, примененным в космической программе. Атомные батарейки на плутонии-238, которого потратили 96 граммов, установили в навигационные спутники военных Transit 4A и 4B. Они выдавали 2,5 Вт электрической энергии (тепловая была намного больше). Это был 1961 год.

Спустя еще примерно год Transit 4B и некоторые другие спутники были повреждены из-за проведенных США ядерных испытаний в рамках программы Starfish Prime. Тогда на высоте 400 километров взорвали 1,44-мегатонный заряд, устроив небесный фейерверк, а заодно повредив собственную технику. Ведь ядерную энергию воспринимали как-то не всерьез.

После проведения испытаний Starfish Prime во многих точках мира наблюдалось полярное сияние. Фото: Wikimedia

Ну а первым советским спутником с РИТЭГом стал «Космос-84» (его движение можно отследить и сейчас), получивший систему «Орион-1» в 1965-м.

Ошибок случалось немало, в том числе после того, как в гонку «радиоактивных» спутников включился СССР, который вначале использовал полоний-210, а затем перешел на уран-235. Иногда атомные батарейки падали в океан (упоминается несколько случаев), другие горели в атмосфере или были уничтожены при запуске. Были вопросы и к конструкции советских космических аппаратов: ситуацию можно сравнить с водителем, выбрасывающим весь мусор (которого тонны) из машины в окно — чего только не оказалось на мусорной орбите вокруг Земли!

Собственный опыт и опыт «коллег» подтолкнул американских инженеров к тому, чтобы разработать системы, которые активируются лишь после удаления от Земли.

Это было важно, так как мощность батареек планировали нарастить. Однако особенно преуспели в этом Советы, которые быстро перешли на киловаттные установки, но уже в 1970-е. Американцы также запустили экспериментальный вариант на 500 Вт (и 30—40 кВт тепловой энергии) в 1975 году. Это была миссия SNAPSHOT и аппарат SNAP-10A с компактным ядерным реактором: он был менее 40 сантиметров в длину и чуть более 22 сантиметров в диаметре, при этом его вес составлял 290 килограммов.

SNAP-10A. В 1979 году началось частичное разрушение объекта. Причины остались неизвестны, предполагалось столкновение. Также считается, что радиоактивные элементы оказались в космосе. Фото: energy.gov

Здесь стоит упомянуть, что в 1970-х годах и ранее NASA, как и СССР, изучало возможность создания действительно мощной ядерной установки для космических аппаратов, которую можно было бы устанавливать именно на корабли, а не использовать лишь в относительно небольших спутниках.

В рамках проекта NERVA, например, были испытаны ЯРДы (ядерные ракетные двигатели, относятся к радиоизотопным источникам энергии, как и РИТЭГ), способные произвести до 4500 мегаватт тепловой энергии и 1,1 млн ньютонов реактивной тяги (половина тяги маршевого двигателя шаттла), работая до 90 минут. Плюс таких двигателей — в значительном сокращении времени полета. Но это другая история, которая пока не закончилась.

Ракетный двигатель NERVA. Фото: Atomic Energy Commission

За пределы околоземной «кольцевой дороги» американские РИТЭГи отправились в 1969 году. Модификация одного из них обогревала измерительный инструмент, который взяли с собой участники миссии «Аполлон-11». Другой установили в комплект научных инструментов ALSEP в «Аполлоне-12» для изучения Луны, а также последующих миссиях.

РИТЭГ SNAP-27, который был установлен на поверхности Луны в рамках миссии «Аполлон-14»

Советы сыграли в «догонялки», и в 1970-м появился «Луноход-1» с радиоизотопным нагревателем (RHU) — и США, и СССР использовали технологию не только для выработки энергии, но и для обогрева электроники.

Модель «Лунохода-1», аппарат 8ЕЛ №203. Фото: Wikimedia

Часто высказывается идея, что высокоэффективного источника энергии из РИТЭГа не получится. И пока это так. Однако подобные системы практически незаменимы при отправке зондов на сверхдальние расстояния — туда, где солнечные батареи бесполезны. Первопроходцем в этом деле стала межпланетная станция «Пионер-10», отправленная в космос 3 марта 1972 года.

«Пионер-10». Изображение: Wikimedia

На нее установили четыре РИТЭГа SNAP-19s (для питания и обогрева). Перед запуском они выдавали 155 Вт электроэнергии, но при подлете к Юпитеру показатель снизился до 140 Вт. Этого было более чем достаточно для работы систем, потреблявших 100 Вт, но к 2001 году энергии уже едва хватало на поддержание функционирования лишь некоторых модулей.

Очередной вехой в развитии технологии стала разработка MHW-RTG для «Вояджеров», отправленных в дальнее путешествие в 1977 году. До этого новые системы прошли обкатку в спутниках на околоземной орбите. Каждый из космических аппаратов получил по три РИТЭГа общей электрической мощностью 470 Вт на момент запуска с перспективой снижения электрической мощности в два раза примерно через 88 лет. Источниками энергии стали 24 спрессованные сферы из оксида плутония. Плюс на борту имелось по девять нагревателей RHU (их может быть и больше, они устанавливаются точечно в рассчитанных местах).

В аббревиатуре MHW-RTG буквы MHW означают Multi-Hundred Watt, то есть это указание на выходную мощность более 200 Вт электрической энергии. Инженерам приходилось решать проблемы с нагревом в тысячи градусов как в случае с новой системой, так и в прошлом и будущем

Спустя пару лет после запуска «Вояджеров» США временно вышли из гонки, а СССР, напротив, наращивал количество запущенных спутников — это были аппараты серии УС-А. Но на них устанавливали ядерные энергетические установки БЭС-5 «Бук», работавшие на уране. Их электрическая мощность составляла 3 кВт при тепловой мощности 100 кВт, что заметно превосходило показатели американских систем, работавших по несколько иному принципу.

Фото: Los Alamos National Laboratory

Срок работы спутников с «Буками» был заметно меньше: он составлял около полугода (потом аппарат становился мусором, который летает вокруг Земли до сих пор), и это при более высоком весе ядерного топлива. Поэтому требовались регулярные запуски, с которыми то и дело не ладилось. На смену БЭС-5 пришли ядерные установки «Топаз», которые были мощнее предшественников более чем в два раза. Однако новые системы получили лишь два спутника, и один из них был уничтожен.

В дальнейшем страны вновь поменялись местами (одна попросту перестала существовать), и успеха добивались лишь США, осваивая очередную технологию — GPHS-RTG (это модернизированные РИТЭГи). Однако какого-то значительного шага вперед с точки зрения эффективности сделано не было.

Новые «атомные батарейки» устанавливали в автоматическую межпланетную станцию (АМС) «Улисс», изучавшую Солнце и Юпитер; в спускаемый зонд «Галилео» для исследования атмосферы Юпитера; в станцию «Кассини-Гюйгенс», которая исследовала Сатурн, его кольца и спутники; в АМС «Новые горизонты», выполняющую программу исследования объектов Солнечной системы.

АМС «Улиcс». Фото: ESA

Наконец, на базе старого SNAP-19 была разработана система MMRTG, которая помогла роверу Curiosity исследовать Марс (и помогает до сих пор).

Китай также предпринял попытки использовать технологию — в АМС «Чанъэ-3» и вездеходе «Юйту», прибывшем на Луну тем же «рейсом». Точно не известно, были это источники питания или обогреватели, так как данные разнятся. Не исключено, что РИТЭГ был дублирующей системой в дополнение к солнечным батареям.

NASA и министерство энергетики США ведут экспериментальный проект Kilopower. В рамках него планируется разработать систему, которая позволит активнее путешествовать по Солнечной системе. Правда, это уже не «атомные батарейки», а стационарная система на обогащенном уране. Плюс ее состоит в том, что инженерам, судя по всему, удалось достичь неплохих показателей КПД в 30%. Для сравнения: у РИТЭГа он составляет 3—7% и даже в экспериментах не превышал 10%.

Рендер реактора Kilopower с рассеивающим тепло «зонтом». Фото: NASA

Не исключено, что развитие получит и проект NERVA по разработке ядерного ракетного двигателя для межпланетных полетов. В 2019 году сообщалось о выделении средств — может, в 2024-м появится демонстрационная модель.

Плутоний как топливный элемент

Что касается «атомных батареек», то самые эффективные их образцы пока можно найти лишь в научной фантастике. В последнее время плутоний, уран и другие элементы таблицы Менделеева в качестве источников питания практически не рассматриваются.

Источник

Adblock
detector