Ugrás a tartalomhoz Lépj a menübe
 


Űrcsillagászat 2 beadandó

2011.11.17

Napelemtáblák, és RTG használata a G+R-ben

Ebben a munkámban azt vizsgáltam meg, hogy a GROTE+REBER program szempontjából melyik energiaellátási forma az alkalmasabb: A napelem, vagy az RTG. Több különböző szemponot vettem figyelemmel: Az eszközök várható élettartamát, sérülékenységét, az egységnyi tömegre eső teljesítményt. Megvizsgáltam azt is, hogy az eszközökhasználata von-e maga után navigációs szempontból zavaró következményeket. Végül a kapott eredményeket összefoglalom, és levonom a következtetést, hogy ezen szempontok alapján melyik energiaellátási forma a hasznosabb számunkra.

A napelem

A napelem az egyik leggyakoribb eszköz, amellyel az űreszközök energiaellátását megoldják. A fényt alakítja át elektromos árammá. A korábbiakban Fuhl Ádám már megvizsgálta, hogy pontosan mely napelemtípus lenne a G+R számára legmegfelelőbb. Ez a 3G28 jelzésű, germánium alapú napelemtábla. Ennek a napelemtípusnak az adatait fogom felhasználni a későbbiek során.

A 3G28 jelzésű, germánium alapú napelemtábla

  • Tömeg: 86mg/cm2
  • Átlagos kapocsfeszültség: VOC = 2667 mV
  • Átlagos rövidzárási áram: ISC = 506 mA
  • Maximum teljsítmény esetén a feszültség: Vpmax = 2371 mV
  • Maximum teljesítmény esetén az áramerősség: Ipmax = 487 mA
  • Dimenziók: 40 x 80mm
  • Felület: 30.18 cm2
  • Hatásfok: 29%

Ezekből az adatokból a táblázatban megadott felületre eső maximális teljesítmény:

 

 

keplet1.jpg

 

 

Az RTG

A radioizotópos termoelektromos generátor (RTG Radioisotope Thermoelectric Generator) gyakori energiaellátási forma olyan űreszközök esetében, amelyek a Naprendszer távoli részében végeznek tevékenységet, vagy esetleg el is hagyják a Naprendszert. A Naptól távol ugyanis a napelemek használhatatlanok. Az eszköz a radioaktív izotópok tetmészetes bomlásából származó hőt hasznosítja, és alakítja át elektromos árammá.

Az RTG-típus kiválasztása

A forrásaim alapján kiválasztottam egy bizonyos RTG-típust, amely számunkra a legmegfelelőbbnek bizonyul. Az a típus bizonyul a legmegfelelőbbnek, amelyik minél nagyobb teljesítményen képes üzemelni, viszont a tömege és a mérete a lehető legkisebb. Ezért kiszámoltam az egyes RTG-típusok teljesítményének és tömegének a hányadosát. Minél nagyobb szám ez az index, annál alkalmasabb számunkra az adott generátor.

 

rtgtablazat.jpg

 

Ebben a táblázatban az általam vizsgált RTG-k nevét, teljesítményét, tömegét, és a teljesítmény/tömeg hányadosát tűntettem fel. A táblázat alapján a GPHS-RTG a legalkalmasabb generátor a számunkra. A továbbiakban ezt az RTG típust veszem alapul, amikor a számításaimat végzem. Ezt az RTG típust használták a Cassini, New Horisons, Galileo, és Ulysses űrszondáknál.

Várható élettartam

Egy űreszköz élettartamát a legkorábban tönkremenő, létfontosságú berendezés határozza meg. Mivel az energiaellátás igencsak létfontosságú, ezért ez is fontos összehasonlítási szempont.
A jelenleg gyártott napelemek várható élettartama 35 év. Emellett átlagosan 10 év leforgása elveszítik a gyártás utáni teljesítményük 10\%-át.
Az RTG élettartama a tapasztalatok szerint ennél több.
Példaként elég említeni, hogy a Voyager űrszondák RTG-vel működnek, még a hetvenes években kerültek fellövésre, jelenleg is működnek, és várhatóen még 20 évig üzemelni fognak. Azonban feltétlenül meg kell jegyezni, hogy az RTG teljesítménye az idő függvényében csökken, mégpedig a hasadóanyagként használt Pu238 87.7 éves felezési idejének megfelelően, az RTG teljesítménye is a felére csökken ennyi idő alatt.
Ezen adatok alapján érdemes megvizsgálni, hogy melyik energiaellátási forma, mekkora teljesítményt tud leadni az idő függvényében. (Ezt tönkremenési függvénynek neveztem el.)
Így hát a rendelkezésemre álló adatok alapján megalkottam a napelem, illetve az RTG tönkremenési függvényét.
A függvények a következők:

 

keplet23.jpg

 

A kapott függvényeket kirajzolva látszik, hogy az eredmény igencsak érdekes: Kezdetben az RTG teljesítménye gyorsabban csökken, de 12.141 év elteltével a két energiaellátási eszköznek újra ugyanannyi a teljesítménye. Ha kiszámoljuk, hogy a függvény alatti területek mely időpontnál egyenlőek, megtudjuk, mikor válik az RTG a teljesítmény szempontjából hasznosabbá, mint a napelem.

 

tonkremenes.jpg

 

Ha figyelembe veszem az eddigi űrprogramok élettartamát, illetve a technológia várható fejlődését, nem tartom valószínűnek, hogy az űrtávcsőnek szüksége lenne arra, hogy kihasználjuk az RTG nyújtotta igen hosszú élettartamot. Mire a napelemek elhasználódnak (várhatóan 35év), addigra megteremthetjük a technológiai feltételeit egy javító expedíciónak, ha arra lesz igény.

Sérülékenység

Persze a fenti ábra készítése közben eltekintettem a napelemeket élettartamát érintő két további problémától: A napelemtáblák felülete nagy, és ehhez képest nagyon vékonyak. Egy mikrometeorit könnyen átlyukaszthatja, és ezáltal tönkre is teheti. Továbbá a kozmikus sugárzás is jelentősen károsíthatja. Ez még tovább csökkentheti a napelem várható élettartamát. Ezeket elegendő információ hiányában nem tudtam figyelembe venni a tönkremenési modell megalkotásánál.
Ellenben ha RTG-t használunk, akkor annak a felülete sokkal kissebb, mint a napelemeknek, és külső borítással óvni lehet a mikrometeoritoktól. Ezáltal a mikrometeoritok okozta sérülés esélyét is minimalizálhatjuk. Ha egy napelem megsérül, akkor attól még nagy valószínűséggel tovább működik. Az RTG meghibásodása esetén ez nem feltétlenül igaz, de kiküszöbölhető. A G+R számára azonban nagyon is valószínű, hogy sokkal nagyobb teljesítményre van szükségünk, mint amennyit egy generátor előállítani képes (300W).
Azt javaslom tehát, hogy használjunk több generátort a teljesítmény növelése érdekében. Ez a megoldás azzal az előnnyel is járhat, hogy a meghibásodott generátorokat helyettesíthetik a még működőek.

Kinyitogatás

A napelemtáblák hatalmas felületéből adódik két további probléma: Az egyik, hogy a fellövés előtt minél jobban össze kell hajtogatni, hogy kevesebb helyet foglaljon el. A másik, hogy a megérkezés után ki kell őket hajtogatni, ami újabb problémákat vet fel. Elősször is a kihajtogatás folyamata energiát igényel, amihez szükség van egy másik energiaforrásra is. Ez helyet foglal el az űreszközön. A kinyitogatás navigációs szempontból is fontos feladat.

  • Kinyitogatás során az űrtávcső perdületet kaphat, és/vagy megváltozhat a súlypontja.
  • Különösen akkor, ha a napelemtáblák
    - Nem egyszerre nyilnak ki.
    - Nem egyforma gyorsan nyílnak ki.
    - Nem mindegyik nyílik ki.
    - Nem kellőképpen nyílik ki.
  • Továbbá, ha a napelemtáblák egyáltalán nem nyílnak ki, akkor az űrtávcső használhatatlan.

Ellenben, ha RTG-t használunk, akkor nem kell semmit se kinyitogatni, így ezek a problémák megszűnnek.

Egyéb navigációs probléma, hogy a napelemtáblák használata esetén ügyelni kell arra, hogy a napelemtáblák a Nap felé nézzenek. RTG esetén ezek a problémák is megszűnnek.

Tömeg

Meg kell vizsgálni, hogy melyik energiaforrás mekkora tömeget képvisel adott teljesítményre vonatkozólag. Az a legcélszerűbb, ha a választott napelem, és a választott RTG esetében is kiszámolom a teljesítmény/tömeg hányadost.

 

keplet45.jpg

 

Ennek alapján a napelem sokkal hatékonyabb energiaellátási forma.

Egyéb kérdések a témában

Az általam boncolgatott téma rendkívül tág. Munkám során megválaszoltam pár kérdést a témában, de még több kérdés vetődött fel, amelyeket meg kell majd vizsgálni.

  • Melyik energiaellátási forma az olcsóbb?
  • Melyik biztonságosabb?
  • Melyiket könnyebb beszerezni?
  • Melyik mekkora helyet foglal el a hordozórakétában?

Konklúzió

Ez a kérdéskör sokkal bonyolultabb, mint ahogy azt az elején gondoltam. Egyrészt, mind a napelemnek, mind a napelemnek vannak jelentős előnyei és hátrányai.
A napelem mellett szól, hogy adott tömegű napelem nagyságrendekkel több energiát tud termelni. Ez a tulajdonság önmagában is döntő lehet. Ugyanakkor a napelem sérülékeny, és a hsználata felvet számos navigációs problémát.
Az RTG mellett szól az, hogy a napelem használatakor fellépő navigációs problémák megszűnnek. Ugyanakkor a tömege sokkal nagyobb, mint azonos teljesítményt produkáló napelemnek.
A várható élettartam kapcsán az RTG nincs olyan mértékű előnyben, hogy az számottevő legyen.
Ez a téma még rengeteg már kérdést is felvet, amit feltétlenül meg kell vizsgálni. Az én munkám alapján nem lehet egyételműen eldönteni, hogy melyik energiaellátási forma hasznosabb számunkra.

Referenciák

  • Fuhl Ádám: Mekkora napelemtáblák kellenek?
  • Azurspace
  • Wikipedia RTG
  • Wikipedia Solar Cell
 

Hozzászólások

Hozzászólás megtekintése

Hozzászólások megtekintése

best ripe vapes eliquid boutique

(moniash, 2021.01.06 15:29)

[b][url=https://vape4style.com/products/ripe-vapes-vct]Ripe Vape tobacco ejuice[/url][/b]

Vape4style.com - this universal stop, where can find all required mods, electronic juices and supplies accessories for e-cigarettes. We respect vaping for this reason gathered in one place widest assortment goods for vaping on the market. Our most important value rightfully is service visitors, we guaranteefast delivery, best consumer quality products and affordable retail prices.

click here!

(CATib, 2021.01.06 13:31)

try here <a href="http://sashenkashop.ru/">discover here</a> visit this web-site http://24-on-line.ru/

click reference

(CATib, 2021.01.06 03:02)

his comment is here <a href="http://atlabor.ru/">Learn More Here</a> this hyperlink http://vgonkong.ru/

visit this website

(PharmacyTib, 2021.01.05 11:46)

Full Article <a href="http://videooo.ru/">this website</a> why not find out more http://stk-snack.ru/ <a href="http://yarskboard.ru/">Extra resources</a>

see post

(CATib, 2021.01.05 06:07)

Get More Information <a href="http://sstechnology.ru/">Check Out Your URL</a> you can find out more http://hallo-hallo.ru/

this hyperlink

(PharmacyTib, 2021.01.05 01:26)

try this web-site <a href="http://kinokat.ru/">read here</a> over at this website http://red-avto24.ru/ <a href="http://iptconf.ru/">read what he said</a>

why not try here

(CATib, 2021.01.04 20:38)

check here <a href="http://drugs-info.ru/">you can try here</a> this contact form http://tltnewage.ru/

как легко отличить паленую эйкьюди от оригинальной

(LemiaRar, 2021.01.04 10:47)

купить электронные сигареты в развилке [url=https://hqd.wiki/kak-otlichit-hqd-poddelku-ot-originala/]как отличить паленый эйкьюди от оригинала[/url]
------
электронные сигареты в новомосковске [url=https://hqd.wiki/kak-otlichit-hqd-poddelku-ot-originala/]как отличить паленый эйкьюди от оригинала[/url]

visit homepage

(CATib, 2021.01.04 10:16)

Learn More <a href="http://ladyvkurse.com/">site web</a> have a peek here http://www.infomosdom.ru/

understanding

(CATib, 2021.01.03 23:22)

pop over to this web-site <a href="http://www.hi-computers.ru/">you could check here</a> their explanation http://www.uristi.ru/

my blog

(PharmacyTib, 2021.01.03 19:05)

view it now <a href="http://ktmmotoclub.ru/">this hyperlink</a> click site http://animashki1.ru/ <a href="http://fastfood-express.ru/">this guy</a>

see this site

(CATib, 2021.01.03 12:32)

look here <a href="http://flashtrixx.ru/">Learn More Here</a> check this site out https://friv3play.org/

check my source

(PharmacyTib, 2021.01.03 09:09)

discover here <a href="http://rueconomist.ru/">visit website</a> my response http://your-health-and-beauty.ru/ <a href="http://gradnia.ru/">see here now</a>

Read Full Article

(CATib, 2021.01.03 01:12)

click for more <a href="http://studio-denart.ru/">best site</a> Source http://polina-york.ru/

try these out

(CATib, 2021.01.02 14:11)

go to this site <a href="http://otess.ru/">try this</a> look at here http://www.urallaw.ru/

recommended site

(CATib, 2021.01.02 03:21)

i thought about this <a href="http://pinnacles.biz/">he has a good point</a> try this http://350mb.ru/

continue

(PharmacyTib, 2021.01.02 02:13)

click to find out more <a href="http://garant-avtomobil.ru/">browse this site</a> her response http://knopkastarta.ru/ <a href="http://ilistdzb.ru/">try these out</a>

useful source

(CATib, 2021.01.01 16:26)

navigate to these guys <a href="http://peoplemind.ru/">article</a> Source http://zs-podolsk.ru/

Правильно исполняем Септик самара под ключ цена

(ecoGlync, 2020.12.31 22:43)

[b][url=https://eco-corporation.ru]Канализация септик[/url][/b]

Автономная канализация цена под ключ-это сегодня наш профиль
Большой уровень производства септиков
Автономная канализация - наиболее востребованная часть технических коммуникаций
Наша международная компания занимается не только лишь проектированием и сборкой, профессионалы дополнительно делают последующее сопровождение автономной канализации.
Автономная канализация в частном помещении - лучший выбор от компанииСборка септика - изрядно непростой процесс, предполагающий не только лишь строительство, но и дополнительно выбор нужной системы.

does excellus bc bs cover generic sildenafil

(CATib, 2020.12.31 04:34)

dosage equivlalents for sildenafil 20 mg <a href="https://cheapgenericpills.com/">rozgra sildenafil</a> wallgreens sildenafil https://cheapgenericpills.com/


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19

Következő »