關(guān)于航天,你想知道的電力問題都在這兒
發(fā)布時(shí)間 : 2021-10-22
10月16日0時(shí)23分,長征二號F運(yùn)載火箭托舉神舟十三號載人飛船升空照亮了酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心,飛船被火箭送入預(yù)定軌道,順利將翟志剛、王亞平、葉光富3位航天員送入太空,發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。10月17日,翟志剛、王亞平、葉光富三名航天員順利進(jìn)入天舟三號貨運(yùn)飛船。
?
▲長二F火箭點(diǎn)火升空。(圖片來自:航天科技集團(tuán))
載人飛船的電從哪里來?
?
●主要由太陽電池翼和儲能電池構(gòu)成
進(jìn)入空間站之前,3位航天員主要待在載人飛船中,一般來說,載人飛船可以采用太陽能發(fā)電、核能發(fā)電、燃料電池和蓄電池等方式供電。采用哪種方式供電,要根據(jù)載人航天器的用電功率大小、在太空停留時(shí)間的長短和使用條件等因素來決定。
神舟十三號飛船的電力系統(tǒng)主要是由太陽電池翼和儲能電池構(gòu)成,太陽電池翼能將太陽能轉(zhuǎn)化為電能供飛船使用。
根據(jù)神舟九號、十號的數(shù)據(jù),飛船繞地球飛行1小時(shí)耗電只需1800瓦,相當(dāng)于一臺普通家用空調(diào)的耗電量,但飛船與家用電器比起來,可是個(gè)十足的大個(gè)頭,一天僅需耗電43度。
?
▲飛船太陽翼展開示意圖。(圖片來自:航天科技集團(tuán))
●軌道艙配電器為飛船提供足夠電力
在此次飛行任務(wù)中,神舟十三號將在徑向?qū)涌谕??。因首次長期在軌停靠6個(gè)月,帆板將長期被空間站大型柔性太陽電池翼和大柱段艙體遮擋,導(dǎo)致載人飛船在光照區(qū)供電能力受到影響,需要空間站為飛船并網(wǎng)供電。軌道艙配電器滿足長期???,最大并網(wǎng)供電能力達(dá)到1400w的要求。
整個(gè)空間站系統(tǒng),空間站三艙+神舟飛船+貨運(yùn)飛船,電源的能量是可以互相傳動、互相補(bǔ)充的。其中為了確保航天員的安全,采用了低壓電源系統(tǒng)的神舟飛船將作為受電端,接受來自空間站的并網(wǎng)供電。
▲神舟十三號飛船。(圖片來自:中國載人航天)
航天員在太空中怎么用電?
?
●太陽電池翼和高效安全電池組,用電穩(wěn)穩(wěn)的
3位航天員將在軌駐留6個(gè)月,開展機(jī)械臂操作、出艙活動、艙段轉(zhuǎn)移等工作,他們怎樣用電?
天和核心艙是中國空間站的“樞紐”和“大腦”,也是航天員在太空中的家。它的電源系統(tǒng)是“太陽能發(fā)電加電儲能”的形式,高效又清潔。核心艙配有一組發(fā)電能力為18000瓦的太陽電池翼,單翼面積67平方米,雙翼面積130多平方米。
在火箭發(fā)射前幾個(gè)小時(shí),電源系統(tǒng)會被充滿電,從火箭發(fā)射的那一刻起,就開始工作了。在火箭發(fā)射后,只有飛船太陽能帆板順利展開,電源系統(tǒng)才能正常工作。因?yàn)殡娫聪到y(tǒng)實(shí)際上就是一個(gè)光伏系統(tǒng),像一個(gè)小“發(fā)電場”,能源的來源就是太陽能,依靠太陽能發(fā)的電,一部分供給飛船使用,一部分則用蓄電池儲存起來。
在光照期,太陽電池翼將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,供整艙使用,同時(shí)為鋰離子蓄電池儲存能量。在太陽無法照射的地影期,蓄電池負(fù)責(zé)為整個(gè)艙體供電。有130多平方米的太陽電池翼和高效安全的電池組,天和核心艙的用電,暖暖的、穩(wěn)穩(wěn)的!
?
▲空間站示意圖。(圖片來自:中國航天科技集團(tuán))
▲天和核心艙外觀。
航天事業(yè)對UPS的供電要求
?
UPS電源可以在停電或電力不穩(wěn)定時(shí)給計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或工業(yè)控制系統(tǒng)、需要持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的工業(yè)設(shè)備提供電力供應(yīng),確保電源設(shè)備有多冗余、雙備份等,確保電力穩(wěn)定、不斷電、儲電、電力系統(tǒng)的“零切換”。目前廣泛應(yīng)用于航天設(shè)備制造、航天控制等領(lǐng)域。
電力是衛(wèi)星發(fā)射基地的“生命線”,從衛(wèi)星火箭進(jìn)場、燃料填裝、測試準(zhǔn)備,到發(fā)射升空全過程,各個(gè)環(huán)節(jié)均須確保零失誤,對電力系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性要求極其嚴(yán)苛。因此環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的電力系統(tǒng)解決方案不可或缺。聯(lián)科UPS電力保障系統(tǒng)可滿足航天室內(nèi)室外需求。
▲酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心。(圖片來自:科普中國)
室內(nèi)航天辦公系統(tǒng)電力安全需求分析
?
航天辦公系統(tǒng)電力保護(hù)對象包括:部門辦公自動化、航天中心服務(wù)器、航天系統(tǒng)電話收發(fā)、雷達(dá)、飛機(jī)升降導(dǎo)航控制系統(tǒng)等。航天辦公系統(tǒng)的電力是整個(gè)航天日常工作正常運(yùn)行的重要保障,辦公系統(tǒng)是保障部門之間、上下級之間溝通的載體,在這個(gè)信息化高度發(fā)展、航天機(jī)構(gòu)之間、航天與載人飛船及空間站之間的互聯(lián)時(shí)代,系統(tǒng)因電力保障不到位而停擺時(shí),那么對航天基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、重大關(guān)聯(lián)事項(xiàng)會造成一定程度上的損失。因此,UPS不間斷電源電力保障體系的構(gòu)建是保證航天正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要因素。
?
室外航天公共服務(wù)系統(tǒng)電力安全需求分析
航天公共服務(wù)系統(tǒng)中的電力保障對象包括:照明系統(tǒng)、跑道、控制塔信號系統(tǒng)、中央調(diào)度計(jì)算機(jī)、信息傳輸、航天系統(tǒng)雙機(jī)熱備用服務(wù)器。室外系統(tǒng)和設(shè)備作為智能航天系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分,其是否能正常運(yùn)轉(zhuǎn),除設(shè)備或系統(tǒng)性能和質(zhì)量影響外,最大的危害性是電力的保障以及電力質(zhì)量,構(gòu)建UPS電力保障系統(tǒng)是航空航天電力安全的基礎(chǔ)!