Виктор Петров - Искусственный спутник земли

Говоря о солнечной батарее, следует напомнить, что большинство приборов, в особенности радиоаппаратура, независимо от их назначения будет работать на полупроводниковой основе. А это значит, что они не только будут иметь малый вес и габариты, но, кроме того, будут потреблять приблизительно в 100 раз меньше электроэнергии, чем приборы с использованием обычных радиоламп.

Мы остановились на солнечной батарее потому, что она может служить источником энергии не только на автоматизированных ИСЗ, но и на межпланетных станциях и космических кораблях любого типа.

Но возможны и другие способы длительное время получать электрическую энергию на ИСЗ. Эти способы состоят, например, в преобразовании тепловой энергии Солнца и атомной энергии некоторых изотопов стронция в электрическую с помощью батарей термоэлементов.

б) Термоэлектрический преобразователь солнечной энергии и атомный генератор

При выборе источников питания для ИСЗ поступали так же, как и при выборе радиопередатчика, а именно: сравнивали веса источников питания одинаковой мощности и выбирали тот, который весит меньше. Приведем пример. Допустим, что общая потребляемая мощность для питания всей аппаратуры спутника средних размеров составляет 100 вт. Так как наш спутник должен работать длительное время, то брать с Земли запас электроэнергии в виде гальванических или аккумуляторных батарей нецелесообразно, так как такой запас всегда ограничен. На спутнике необходимо иметь генераторы, вырабатывающие электрическую энергию за счет солнечной энергии, запасы которой неограничены. Эти генераторы могут преобразовывать солнечную энергию в электрическую либо с помощью фотоэлементов, либо с помощью термоэлементов.

Как работает солнечная батарея, мы уже рассказывали. В настоящее время электрическую мощность в 100 вт можно получить от солнечной батареи площадью в 1–2 кв. м. Неизвестно пока, долго ли сможет такая батарея выдерживать интенсивную солнечную радиацию.

Можно использовать тепло, идущее от Солнца, с помощью термоэлементов, т. е. устройств, преобразующих тепловую энергию в электрическую. Если составить замкнутую цепь из двух металлов и один из спаев нагреть, оставляя другой холодным, то в такой цепи потечет ток. Это явление получило название термоэлектрического эффекта.

Наибольшим коэффициентом полезного действия (порядка 7,5%) обладают термоэлектрогенераторы, имеющие спаи сурьмяно-цинковых сплавов и теллуровых соединений с константаном.

На рис. 45 изображена возможная схема термоэлектрогенератора, использующего солнечное тепло.

Следящее за Солнцем устройство 6 направляет кольцевое вогнутое зеркало 1 навстречу солнечным лучам. Солнечные лучи концентрируются на одних спаях термоэлементов, расположенных по кольцу в фокусе отражающего зеркала 2 , и нагревают их. Охлаждение других спаев термоэлементов 3 может осуществляться с помощью масляного радиатора, работающего по принципу лучеиспускания. Радиатор 5 окрашивается в черный цвет для лучшего лучеиспускания, а масло 4 перемешивается специальным мотором. Охлаждающее устройство будет составлять больше половины общего веса генераторной установки.

Для того чтобы иметь энергию и в то время, когда спутник окажется в тени Земли, на спутниках необходимо, помимо генераторов, иметь аккумуляторы, которые подзаряжаются генераторами при освещении спутников Солнцем.

Третий вид источника питания, с которым будем сравнивать первые два, — это атомный генератор. Он устроен аналогично термоэлектрогенератору, но в качестве источников тепла для него применяется радиоактивный изотоп стронция с атомным весом 90 (стронций 90), период полураспада которого более 25 лет. В этом случае в тепло превращается кинетическая энергия бета-частиц. В настоящее время такая установка еще не осуществлена из-за трудности получения этого изотопа в большом количестве. Подсчитано, что для получения мощности тока в 100 вт потребовалось бы 18–20 кг стронция 90. При использовании изотопов приборы, чувствительные к радиоактивным излучениям (например, счетчики Гейгера-Мюллера), необходимо тщательно экранировать, что приводит к увеличению веса спутника.

Весовые характеристики искусственных спутников с различными источниками энергии мощностью в 100 вт приводятся в табл 5.

Таблица 5

Так как спутник с батареей фотоэлементов, как видно из таблицы, будет легче, чем с другими источниками энергии, то надо признать, что наиболее перспективными будут как раз такие спутники.

Наиболее совершенными будут стабилизированные автоматизированные ИСЗ, которые должны занимать строго определенное, известное положение в пространстве.

Стабилизация угловых положений ИСЗ на орбите необходима, во-первых, для удержания поверхности солнечной батареи в направлении на Солнце и, во-вторых, для придания определенного положения ИСЗ относительно Земли с целью автоматического фотографирования определенных участков земной поверхности, более надежной связи с Землей, наблюдения за движением льдов, масс облаков, спасения кассет с результатами научных наблюдений и т. д.

Выполнение научных наблюдений и фотографирование поверхности Земли должно осуществляться в определенной системе координат, связанной с Землей.

Некоторые задачи, выполняемые ИСЗ, могут потребовать постоянного определения его местонахождения относительно Земли. В этом случае ИСЗ в любой момент полета по орбите должен определять свои географические координаты и высоту над поверхностью Земли.