Искусственный спутник земли

Из химически чистого кремния после специальной сложной обработки изготовляют небольшие пластинки, называемые фотоэлементами. Соединив целый ряд таких фотоэлементов между собою, мы и получим солнечную батарею. Уже в настоящее время кремниевые фотоэлементы обладают коэффициентом полезного действия до 10%.

Это не так мало. Вспомним, что паровозы имеют коэффициент полезного действия всего лишь 6%. Однако 10% далеко не предел, и ученые считают, что уже в ближайшее время КПД солнечных батарей может быть повышен до 22%.

Следует иметь в виду, что Солнце, находясь в зените, посылает на Землю энергию, мощностью примерно в 1000 вт на 1 кв. м. Из этого следует, что, создав кремниевую батарею площадью в 1 кв. м, можно получить мощность в 220 вт при КПД в 22%.

Если в земных условиях такому использованию солнечной энергии может мешать плохая погода, то на ИСЗ таких помех не будет. Но, однако, придется осуществить одно важное условие: рабочая поверхность солнечной батареи должна быть перпендикулярной к солнечным лучам. Это условие можно обеспечить только с помощью описанной ниже системы стабилизации ИСЗ.

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.

Рис. 45. Возможная схема термоэлектрогенератора:

1 — кольцевое вогнутое зеркало; 2 — фокус отражающего зеркала; 3 — спаи термоэлементов; 4 — масло; 5 — радиатор, окрашенный в черный цвет для лучшего лучеиспускания; 6 — следящее за Солнцем устройство

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.