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

Ежедневный Гороскоп от Нейросети!

(Horosctampit, 2020.11.21 07:05)

[url=https://www.youtube.com/c/%D0%9B%D1%83%D1%87%D1%88%D0%B8%D0%B9%D0%95%D0%B6%D0%B5%D0%B4%D0%BD%D0%B5%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B9%D0%93%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%BF/][img]https://static.tildacdn.com/tild3666-6236-4639-a634-653966356164/channels4_banner2.jpg[/img][/url]


Ежедневный Гороскоп от НЕЙРОСЕТИ!


Персональный гороскоп на сегодня и завтра показывает основные события в жизни и тенденции этих дней. [url=https://www.youtube.com/channel/UCTProTC1RZxnaJsamKkk6OA]гороскоп завтра Лев[/url] Наш на сегодня с рекомендациями для знаков Зодиака - отличный инструмент для всех, кто хочет знать заранее предстоящий характер дня и его шансы.

Кубань фото

(Inga, 2020.11.20 03:19)


[url=https://kuban.photography/]фото кубани краснодарского края[/url]

joelyn moody belaunik

(Rambeext, 2020.11.19 12:02)

tablets [url=http://cialis20walmart.com]aygestin[/url] definicijas <a href="http://cialis20walmart.com">actigall</a> promise

Нашел прикольную инфу

(Dannyglups, 2020.11.15 16:09)

Привет всем участникам!
Нашел прикольную тему на этом сайте: http://himaan.ru :
[url=http://himaan.ru/gifki-gif-animacii/]гиф анимация[/url] с днем рождения гифки красивые
сперма гиф http://himaan.ru/gifki-gif-animacii/
Топ конфузов звезд. 10 знаменитостей, которые опозорились на людях http://himaan.ru/10352-top-konfuzov-zvezd-10-znamenitostey-kotorye-opozorilis-na-lyudyah.html
Любопытные факты о Иване Сергеевиче Тургеневе [url=http://himaan.ru/9979-lyubopytnye-fakty-o-ivane-sergeeviche-turgeneve.html] Любопытные факты о Иване Сергеевиче Тургеневе [/url]

Лучшие фантастика новинки 2020

(JamesUnego, 2020.11.14 13:55)

Всем привет! интересный у вас сайт!
Нашел прикольную базу кино: [b] новые боевики 2020 хорошем качестве [/b] [url=http://kinoserialtv.net/]http://kinoserialtv.net/[/url]
Здесь: Смотреть лучшие аниме http://kinoserialtv.net/anime/ рейтинг 2019
Тут: лучшие мультфильмы 2019 года смотреть онлайн бесплатно http://kinoserialtv.net/multfilmy/ рейтинг 2019
Тут: Марион Котийяр приглянулся шпионский триллер Роберта Земекиса http://kinoserialtv.net/8387-marion-kotiyyar-priglyanulsya-shpionskiy-triller-roberta-zemekisa.html
Тут: Флореаль – пора цветения / Fiorile (1993) смотреть онлайн бесплатно [url=http://kinoserialtv.net/942-floreal-pora-cveteniya-fiorile-1993.html] Флореаль – пора цветения / Fiorile (1993) смотреть онлайн бесплатно [/url]

canadian pharmacy

(PharmacyTib, 2020.11.12 20:47)

canada pharmacy online <a href="http://supermarketpharmacysummit.com/">canada pharmacy</a> canadian pharmacy http://supermarketpharmacysummit.com/ <a href="http://supermarketpharmacysummit.com/">view website</a>

новости мира криптовалют

(GeorgeraNna, 2020.11.12 10:17)

Привет всем участникам! Класный у вас сайт!
Что думаете по этим новостям?:
Описание, назначение и классификация кабельных муфт http://itcyber.ru/21385-opisanie-naznachenie-i-klassifikaciya-kabelnyh-muft.html
Хакеры научились снимать отпечатки пальцев на фотоснимке [url=http://itcyber.ru/10130-hakery-nauchilis-snimat-otpechatki-palcev-na-fotosnimke.html] Хакеры научились снимать отпечатки пальцев на фотоснимке [/url]
[url=http://itcyber.ru/information-technology-it/]основные информационные технологии[/url] информационные образовательные технологии
[url=http://itcyber.ru/news/]новости дня[/url] новости и слухи IT
Ещё много интересного нашел тут: [b] новости мобильной связи [/b] [url=http://itcyber.ru/] новости IT видео [/url]

новости мира видео

(MichaelCerve, 2020.11.12 09:40)

Приветствую всех! Класный у вас сайт!
Нашёл интересное в сети:
Вопрос выживания: что могло стать причиной неожиданного увольнения Саакашвили http://enewz.ru/23018-vopros-vyzhivaniya-chto-moglo-stat-prichinoy-neozhidannogo-uvolneniya-saakashvili.html
Уже в этом году: дан прогноз о преемнике Путина [url=http://enewz.ru/37034-uzhe-v-etom-godu-dan-prognoz-o-preemnike-putina.html] Уже в этом году: дан прогноз о преемнике Путина [/url]
ютуб новости политика видео http://enewz.ru/politika/
новости в энергетике сегодня http://enewz.ru/energetika/
Ещё много интересного нашел тут: [b] эхо Москвы новости экономика [/b] http://enewz.ru/

Nag with discount unmannerly amount

(Jerezydum, 2020.11.10 22:38)

can you get student loans any time of the year
how to get student loans out of default
<a href="https://originpaydayloans.com/#">instant payday loans no credit check
</a> - which lenders in la crosse county wisconsin will originate federal va loans
[url=https://originpaydayloans.com/#]60 day payday loans
[/url] business loans for bad credit

What have you been up to? Talking about covid

(ramboglunc, 2020.11.09 09:15)

What have you been up to? I am fascinated about covid19. Can you talk about it? If the same thread is opened please redirect my post :). Thanks :).
I wrote once again - i cant see answer:)
PS: I don't know any people with covid and you? rambo :D

поиск человека по имени и фамилии

(StevenUnmaf, 2020.11.09 07:19)

поиск людей бесплатно https://vkppl.info

Arouse with lower offensive valuation pharmacy

(Zrankanymn, 2020.11.09 02:19)

levitra tablets
levitra buy jump to
<a href="https://levtr20mg.com/#">buy levitra
</a> - canadian pharmacy levitra professional search
[url=https://levtr20mg.com/#]vardenafil 20 mg
[/url] buy levitra online from a usa certified pharmacy special

how much cbd oil do you use for pain

(DonTib, 2020.11.08 21:25)

cbd oil study <a href="https://blurpalicious.com/">cbd oil des moines</a> cbd oil vs weed https://todohemp.com/

cbd oil for pain in san antonio, texas

(AliceTib, 2020.11.08 19:59)

cbd oil for benzo withdrawal <a href="https://cannabidioloilbenefits.com/">cbd oil for pain relief</a> cbd skin oil https://todohemp.com/

What have you been up to? Talking about covid

(ramboglunc, 2020.11.06 01:13)

What have you been up to? I am fascinated about covid19. Can you talk about it? If the same thread is opened please redirect my post :). Thanks :).

PS: I don't know any people with covid and you? rambo :D

Go out with lower broken-hearted valuation drugstore

(HalidLon, 2020.10.29 19:05)

free trial sample viagra viagra levitra
india viagra manufacturers
<a href="https://viasldnfl.com/#">sale viagra
</a> - cialis soft tab 40mg
[url=https://viasldnfl.com/#]viagra for sale cheap
[/url] cialis 10mg how long does it last no new posts

кредит под залог недвижимости банки

(DanielCon, 2020.10.29 14:44)

Hi, I am a professional teacher and I am engaged in writing essays and dissertations to order. On my site you will find useful tips for writing, as well as guidelines and examples.
https://writeessay.work/how-to-demonstrate-your-skills-by-writing-a-diagnostic-essay/
https://writeessay.work/what-makes-an-essay-perfect/
https://writeessay.work/sample-essay-20th-congress-of-the-communist-party-of-the-soviet-union/

как получить деньги под залог квартиры

(ThomasCix, 2020.10.27 10:14)

[url=http://kredit-pod-zalog.mozello.ru/uslugikredit-pod-zalog-kvartiry]Кредит под залог[/url]

Betcasino

(JaimeBlunk, 2020.10.26 10:33)

<a href=http://newbetcasino.com/>бонус на первый и второй третий депозит</a>

Arouse with discount low price pharmacopoeia

(Fazesnox, 2020.10.26 10:10)

pharmacy online usa
iwant to buy some viagra
<a href="https://viagenpwr.com/#">generic for viagra
</a> - viagra 20mg tablets usergroups
[url=https://viagenpwr.com/#]viagra online
[/url] cost of viagra mexico


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

Következő »