ESA Science & Technology - # 7: Все панели для солнечных крыльев JUICE доставлены | Журнал "Вольт"
Пн. Окт 26th, 2020


СОК полетная модель солнечная панель. Кредит: Леонардо

Солнечные панели JUICE представляют собой ячеистые панели, армированные углеродным волокном, каждая размером примерно 2,5 × 3,5 м, на которых установлена ​​сетка из 2356 солнечных элементов, или фотоэлектрическая матрица (PVA). Каждое из двух солнечных крыльев космического корабля будет состоять из пяти панелей в характерной крестообразной форме. Они будут сложены, чтобы поместиться в пусковую установку, поэтому необходимо предусмотреть сложный механизм развертывания.

Airbus Defence and Space Netherlands в Лейдене отвечает за производство панелей и механизм их развертывания. Дизайн, изготовление и установка PVA требовали определенных навыков и были выполнены Леонардо в Нервиано, недалеко от Милана, Италия.

Авторские впечатления от космического корабля “СОК”. Предоставлено: ESA / ATG medialab.

Экологические испытания

История солнечных батарей на самом деле уже имеет несколько глав в своей книге. В 2019 году была построена квалификационная модель солнечной панели, которая подверглась серии испытаний, имитирующих экстремальные условия, в которых космический корабль JUICE будет находиться во время своей миссии.

JUICE квалификационная модель солнечной панели в IABG. Предоставлено: IABG / Леонардо.

Квалификационная модель имела тот же размер, что и панель полнофункциональной модели, но с ограниченным количеством солнечных элементов на ней. Вместо этого он был оснащен множеством других датчиков, чтобы следить за производительностью во время тестирования.

На испытательном предприятии Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft mbH (IABG) в Германии температура полноразмерной панели была понижена до температуры около -150 градусов Цельсия в вакууме, при этом она освещалась с интенсивностью, аналогичной количеству солнечного света. на расстоянии Юпитера. Таким образом можно было измерить тепловые и электрические свойства панели, чтобы убедиться, что конструкция безопасна и соответствует ожиданиям для работы в условиях солнечного света на Юпитере.

Параллельно с этим на нескольких объектах по всей Европе были протестированы компоненты и образцы материалов, чтобы убедиться, что солнечная батарея также выдержит суровую радиационную среду в системе Юпитера. Массивное магнитное поле Юпитера создает вокруг планеты радиационный пояс, похожий на радиационные пояса Ван Аллена вокруг Земли, но более сильный. В отличие от блоков электроники глубоко внутри космического корабля, которые защищены специальными отсеками, выстланными тонким слоем свинца, материалы и компоненты солнечной батареи остаются незащищенными и должны выдерживать полный взрыв радиации.

Экстремальные температуры

Сценарий миссии JUICE и связанные с ним экстремальные температуры означают, что потребовались дополнительные тепловые испытания, помимо тех, которые проводились в условиях освещения в IABG.

Пара солнечных панелей летной модели JUICE, готовая к термоциклированию. Кредит: CSL / Леонардо.

После запуска космический корабль будет полагаться на серию облетов с помощью гравитации на Землю (трижды), Венеру и Марс, чтобы набрать достаточную скорость, чтобы в конечном итоге достичь Юпитера. Вблизи Венеры СОК будет испытывать более интенсивное солнечное нагревание по мере того, как он вращается ближе к Солнцу. Однако, как только он оказывается в системе Юпитера, примерно в пять раз дальше от Солнца, чем Земля, температура значительно падает. Вдобавок ко всему, космический корабль будет время от времени затмеваться планетой-гигантом и ее лунами, лишенными солнечного света, что приведет к быстрому и чрезвычайно глубокому охлаждению солнечных батарей. Температурный диапазон, который солнечная батарея JUICE должна выдерживать в течение всей своей миссии, составляет от +110 градусов по Цельсию до -230 градусов по Цельсию.

Чтобы протестировать быстрые изменения температуры и достичь этих самых высоких и самых низких температур на полноразмерной солнечной панели, потребовалось разработать новый испытательный стенд, названный Wide Range Test Facility (WRTF). Это было достигнуто с помощью и опытом Centre Spatial de Liège (CSL) в Бельгии. WRTF коробчатой ​​формы использует тепловую палатку и использует жидкий гелий в качестве хладагента; он установлен в большой вакуумной камере CSL. WRTF впервые был использован для тестирования квалификационной модели солнечной панели. До и после этого испытания на термоциклирование квалификационная модель была протестирована в IABG в условиях освещения, чтобы обнаружить даже незначительные ухудшения характеристик, вызванные термоциклированием. Позже WRTF также использовался для тестирования каждой из десяти панелей летных моделей, чтобы доказать, что они годны для полета.

Спаривание

Преодолев все проблемы технического проектирования, возникли и серьезные логистические проблемы. Действительно, панели, упакованные в контейнеры размером с гаражный ящик, необходимо было отправлять по всей Европе, в то время как специалисты Leonardo должны были выяснить, как уложить и смонтировать в общей сложности 23 560 солнечных элементов на десяти различных панелях в разумные сроки.

Первые панели с голыми летными моделями были отправлены из Нидерландов в Милан в августе 2019 года, а установка солнечных элементов началась вскоре после этого, в сентябре 2019 года. Производство и испытания проводились поэтапно для двух панелей, поскольку тепловая защита WRTF объект в Бельгии может тестировать две панели одновременно. Это означало, что можно было установить солнечные элементы на одном комплекте панелей в Италии, в то время как другой набор можно было протестировать в Бельгии в то же время, и еще один набор снова был на пути в Нидерланды.

Перенесемся в 11 сентября 2020 года, и все панели летных моделей были доставлены обратно в Airbus Defense and Space в Нидерландах, полностью оборудованные солнечными элементами и всей необходимой проводкой. Это достижение стало возможным благодаря напряженной работе всех промышленных партнеров, участвующих и их отличное сотрудничество, несмотря на трудности и ограничения, налагаемые Covid-19 пандемии.

Сборка одного из солнечных крыльев СОК. Предоставлено: Airbus Defense and Space Netherlands.

Солнечная сборка крыла

Теперь, когда все солнечные панели находятся под одной крышей, Airbus Defense и Space Netherlands могут интегрировать отдельные панели в два солнечных крыла JUICE. Впоследствии крылья будут полностью испытаны механически и электрически, прежде чем будут доставлены в Airbus Defense and Space в Тулузе в первой половине 2021 года для интеграции в космический корабль.

После установки на космический корабль необходимо дальнейшее развертывание и механические испытания, чтобы убедиться, что все установлено правильно и что космический корабль может получать всю энергию, генерируемую солнечной батареей. Имея более 40 м² для развертывания с каждой стороны космического корабля, это станет следующей проблемой для инженеров и рабочих, которые создают и испытывают космический корабль JUICE.

О СОКЕ

JUICE – JUpiter ICy moons Explorer – первая миссия большого класса в программе ESA Cosmic Vision 2015-2025. Он завершит уникальный тур по системе Юпитера, который будет включать углубленные исследования трех потенциально океанских спутников: Ганимеда, Европы и Каллисто.

Путешествие к Юпитеру включает в себя несколько облетов каждого мира размером с планету, кульминацией которого является выведение на орбиту Ганимеда, крупнейшего спутника Солнечной системы, с последующими девятью месяцами работы на его орбите.

JUICE будет нести самую мощную научную нагрузку, когда-либо летавшую во внешние области Солнечной системы. Он состоит из 10 современных приборов и одного эксперимента, в котором используется телекоммуникационная система космического корабля с наземными приборами.

Инструменты JUICE позволят ученым сравнить каждый из этих ледяных спутников и исследовать потенциал таких тел как укрытие для обитаемых сред, таких как подземные океаны. Они также будут проводить наблюдения за Юпитером, его атмосферой, магнитосферой, спутниками и кольцами.



Source link

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *