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

сериал каменская смотреть онлайн бесплатно в хорошем

(Anthonycok, 2020.09.24 09:11)

Приветствую! интересный у вас сайт!
Нашел топ базу кино: [b] смотреть бесплатно лучшие фильмы ужасов 2020 года [/b] [url=http://kinobunker.net/]http://kinobunker.net/[/url]
Здесь: [url=http://kinobunker.net/detektiv/]Лучшие детективы онлайн[/url] детективы татьяны бесплатно в хорошем рейтинг 2020
Здесь: http://kinobunker.net/4788-devstvennica-jane-the-virgin-sezon-1-2014.html Девственница / Jane the Virgin (Сезон 1) (2014) смотреть онлайн бесплатно
Тут: Месть / Haevnen / In a Better World (2010) смотреть онлайн бесплатно [url=http://kinobunker.net/2001-mest-haevnen-in-a-better-world-2010.html] Месть / Haevnen / In a Better World (2010) смотреть онлайн бесплатно [/url]

смотреть фильм триллер бесплатно в хорошем качестве

(TommyzeF, 2020.09.24 05:57)

Привет всем участникам форума! прикольный у вас сайт!
Нашел интересную базу кино: [url=http://kinoklan.net/]сериал побег смотреть в хорошем качестве hd[/url]
Тут: [url=http://kinoklan.net/fentezi/]фильмы фэнтези в хорошем качестве hd 720[/url] смотреть лучшее фэнтези 2020 рейтинг 2020
Тут: http://kinoklan.net/1566-kogda-nas-ne-stanet-en-attendant-le-dluge-2004.html Когда нас не станет / En attendant le d?luge (2004) смотреть онлайн бесплатно
Тут: Лентяево / LazyTown (Сезон 1-4) (2004–2013) смотреть онлайн бесплатно [url=http://kinoklan.net/9831-lentyaevo-lazytown-sezon-1-4-20042013.html] Лентяево / LazyTown (Сезон 1-4) (2004–2013) смотреть онлайн бесплатно [/url]

7 Angels NUTAKU Cheats Pc OCTOBER 2020

(rardcoams, 2020.09.22 19:05)

http://www.quiz-maker.com/Q7UQTWN1X
or

[url=http://www.quiz-maker.com/Q7UQTWN1X]Nutaku Gold Coin Hack Android AUGUST 2020[/url]

KW:
NUTAKU Games Ultra Adventure Hack OCTOBER 2020
Get Coins Free For NUTAKU OCTOBER 2020
NUTAKU Gold Cheats Direct Download OCTOBER 2020
NUTAKU Gold Hack Without The Survey OCTOBER 2020
NUTAKU Hack Without The Spywere OCTOBER 2020

Южная жизнь

(Irina, 2020.09.20 18:39)


[url=https://south.life/dosug-i-turizm/53-gde-nahoditsya-krymsk.html]Крымск на карте[/url]

Leafy commodity in place of upstanding life

(Ezriqueenall, 2020.09.16 20:18)

https://couponsmaker.com/site-coupons/cialis1walmart.com
https://allcouponscode.com/all-coupons/ztadalafil.com/
https://mybestvoucher.com/details/viawithoutdct.com
https://walmartcouponscodes.com/site-walmart/ciagorilla.com
https://bestfreediscount.com/site-coupons/cialis2walmart.com
https://coupondevelopment.com/site-coupon/loansqaz.com
https://focoupon.com/site-coupon/loansnix.com
https://couponnt.com/site-coupon/ciagorilla.com
https://topvouchercodesuk.com/site-voucher/cialis2walmart.com
https://www.keyworddensitychecker.com/site/vgsnake.com
https://electroniccouponcodes.com/site-coupons/ztadalafil.com
https://searchdealtoday.com/site-coupon/loansqaz.com
https://www.keyworddifficultycheck.com/site/cialis1walmart.com
https://www.keyfora.com/site/cialis1walmart.com
https://www.free-coupon-codes.info/stores/cialis2walmart.com/
https://giftvouchersuk.com/site-voucher/ztadalafil.com
https://stats-site.com/loansnix.com/
https://todaypromocodes.com/all-coupons/pharmacywalmart.com
https://www.sslwebsiteservices.com/site/ciagorilla.com
https://couponbestprice.com/site-coupons/vgsnake.com

Свежие новости про IT

(Kennethsoafe, 2020.09.12 07:00)

Привет всем участникам форума! Класный у вас сайт!
Что скажете по поводу этих новостей?:
[url=http://firstnewz.ru/news/23119-na-linii-fronta-v-donbasse-obyavlen-rezhim-tishiny-na-novogodnie-prazdniki-voennyy-obozrevatel.html] На линии фронта в Донбассе объявлен "режим тишины" на новогодние праздники - Военный Обозреватель [/url] [b] На линии фронта в Донбассе объявлен [/b]
http://firstnewz.ru/information-technology-it/29541-v-pubg-zabanili-uzhe-bolee-15-mln-polzovateley.html
Ещё много интересного нашел тут: [b] новости политики комментарии [/b] http://firstnewz.ru/
[url=http://firstnewz.ru/news/]новости россии и мира сегодня[/url] новости украины

новости сша экономика

(MichaelacCep, 2020.09.11 08:42)

Привет всем участникам! Класный у вас сайт!
Что скажете по поводу этих новостей?:
http://energynews.su/7700-kusturica-sobytiya-na-ukraine-eto-prodolzhenie-yugoslavii.html [b] Кустурица: события на Украине - это продолжение Югославии [/b]
[url="http://energynews.su/print:page,1,31599-brifing-nm-lnr-o-situacii-na-linii-soprikosnoveniya-20-oktyabrya-2017-goda.html"] Брифинг НМ ЛНР о ситуации на линии соприкосновения 20 октября 2017 года [/url]
[url=http://energynews.su/v-mire/]какие события в мире происходят[/url] новости россии мира события
Ещё много всего нашел тут: [b] новости мира сегодня видео [/b] http://energynews.su/

pastilla de viagra

(DonTib, 2020.09.10 22:33)

viagra stories pictures <a href="https://judpharmacy.com/">what are some of the side effects of viagra</a> how much viagra cost https://judpharmacy.com/

смотреть лучшие новинки российских фильмов 2019

(Josephjoinc, 2020.09.10 17:30)

Привет всем участникам! класный у вас сайт!
Нашел хорошую базу кино: [b] Лучшие сериалы 2019 в хорошем качестве hd [/b] [url=http://kinoserialtv.net/]http://kinoserialtv.net/[/url]
Здесь: кино фантастика лучшие фильмы смотреть http://kinoserialtv.net/fantastika/ список 2019
Тут: лучшие советские военные фильмы смотреть онлайн http://kinoserialtv.net/voennyy/ список 2019
Здесь: [url=http://kinoserialtv.net/voennyy/]фильмы 2020 смотреть хорошем качестве бесплатно военные[/url] смотреть русские военные фильмы бесплатно хорошего качества рейтинг 2020
Тут: http://kinoserialtv.net/9098-novyy-dzhonni-yuta-popal-v-film-mela-gibsona.html Новый Джонни Юта попал в фильм Мэла Гибсона
Здесь: http://kinoserialtv.net/1640-premera-filma-trubach-kak-vrazumit-vzroslyh-dyadey.html

my review here

(AliceTib, 2020.09.07 08:19)

on the main page <a href="http://priroda-i-jekologija.ru/">hop over to this website</a> click for source http://hdwallz.ru/

click here to investigate

(AliceTib, 2020.09.05 08:26)

basics <a href="http://psychosafety.ru/">a knockout post</a> basics http://compsmir.ru/

Kitchen remodel u shaped

(Timothyrag, 2020.09.04 23:33)

[b][url=https://grandeurhillsgroup.com/]interior renovators new york[/url][/b]

Repair work residential premises turnkey - much better Solving problems through wizards.In order place an order for repair work dwellings in Diamond District, leave a request on site or by phone. To create hospitality interior decoration expertly as well as properly, it is vital to utilize effective and also extremely audio products that comply with all standards and technological criteria. However the primary distinction is not also in the components, but in how and just how correctly they are actually made use of. And also this is actually the work of the experts. Expert capabilities areactually an extremely essential situation. . Likewise in our firm, you can purchase personalized bathroom vanities, retail interior design on the most effective problems. With us, interior basements, in addition to Premium renovation Bay Terrace, will end up being straightforward, high quality and also quickly. Our representative will call you back, for clarification few details and assign Times of Day arrival to you professionals and designer.

navigate to this web-site

(AliceTib, 2020.09.04 00:21)

Get the facts <a href="http://mydia.ru/">source</a> important link http://kms48.ru/

Выгодно выполняем Автономная канализация цена под ключ

(ecoGlync, 2020.09.01 14:40)

[b][url=https://eco-corporation.ru|eco-corporation.ru]Автономная канализация для частного[/url][/b]

Хорошие специалисты повседневной общества имеют в своем распоряжении пребольшой квалификация закрепления каждого пациента видов септиков и канализационных порядков. Делаем вместе с объектами произвольного размаха. Тут мы готовы принести подробную консультацию соответственно различной вопросу и еще оказать помощь в представленном выборе ответа на водоотведению.

can you take 2 cialis 5 mg

(AliceTib, 2020.08.27 04:00)

cialis erection size <a href="http://saper-helper.ru/rainbow-light-men-s-one-multivitamin-for-men-with-vitamin-c-vitamin-d-amp-zinc-for-immune-support-clinically-proven-absorption-of-6-key-nutrients-non-gmo-vegetarian-amp-gluten-free-150-tablets/">experience with cialis</a> cialis discount card http://kinokat.ru/needle-mattress/

Minimize looking for sect pharmacy pills

(TyzerAdemn, 2020.08.27 01:57)

cialis 20mg i forgot my password
pharma cialis viagra
<a href="https://nwlionstore.com">viagra without a doctor prescription canada</a> - cialis 20 mg 8 table new posts
[url=https://nwlionstore.com/#]viagra without a doctor prescription canada[/url] information about cialis for women

Get with knock off broken-hearted amount drugstore

(ZarloBix, 2020.08.26 18:29)

viagra 5mg bangkok mail-order
viagra generic cheap go up
<a href="https://ztadalafil.com/#">tadalafil 5mg
</a> - viagra generic website
[url=https://ztadalafil.com/#]tadalafil side effects
[/url] viagra and alcohol mix it is currently

Nag with knock off low price drugstore

(ZBrittPayot, 2020.08.24 01:14)

viagra 10mg cost you cannot edit your posts in this forum
viagra 10 mg 4 tablet you cannot reply to topics in this forum
<a href="https://viawithoutdct.com/#">viagra without a doctor prescription
</a> - compare levitra viagra and viagra joyful.cgi
[url=https://viawithoutdct.com/#]viagra online no prescription
[/url] viagra 10mg vs 20mg you cannot reply to topics in this forum

viagra 100mg vs cialis 20mg

(AliceTib, 2020.08.22 15:14)

cialis 20 mg instructions <a href="https://chrxproducts.com/mj550.htm">can i take ibuprofen after cialis?</a> pastillas cialis https://chrxproducts.com/international.htm

Nag with discount vulgar payment pharmacopoeia

(JazonRep, 2020.08.22 12:56)

can you buy viagra over the counter in spain
sls viagra
<a href="https://vgsnake.com/#">viagra for sale
</a> - brand viagra
[url=https://vgsnake.com/#]sildenafil citrate 100mg
[/url] viagra in weston-super-mare


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13

Következő »