СОЛНЕЧНАЯ КОСМИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 1997 года по МПК B64G1/44 

Изобретение относится к космической электроэнергетике на базе использования солнечной радиации, преобразуемой за счет фотоэффекта в электроэнергию постоянного тока, которая может быть переработана специальными преобразователями и направлена на Землю. Возможно снабжение полученной электроэнергией производств, лабораторий и других потребителей в космическом пространстве.

В настоящее время в космосе и на Земле используется получаемая за счет фотоэффекта электроэнергия сравнительно небольших мощностей, например, на космической станции "Салют", "Союз Т-14", "Мир" (журнал "Техника-молодежи", 1987, N 10, с. 32, 33) или в гражданском строительстве (Свен Уделл. Солнечная энергия и другие альтернативные источники энергии. М. Знание, 1980, с. 50 67).

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является устройство солнечной космической электростанции (СКЭС), в которой происходит преобразование исходящего от Солнца потока радиации в электроэнергию постоянного тока (Ванк В. А. и др. Космические энергосистемы. М. Знание, 1980, с. 27-34, 51 61).

Эта станция предлагается размерами 5700 x 10400 x 70 м с несущими конструкциями из большого количества металлических ферм, изготавливаемых и собираемых в космосе с устройством там же склада, в который поступают с земли строительные материалы при помощи челночной космической авиации.

На указанных конструкциях предполагается закрепить поверхностные преобразователи солнечной радиации в постоянный ток, состоящие из тонкопленочных солнечных батарей.

Недостатками прототипа являются:
большая сложность и металлоемкость несущих конструкций;
перерасход энергии и средств при использовании челночных грузовых ракетных средств доставки и нарушение при этом экологии;
сложность складирования, выдачи и транспортирования со склада материалов в рабочую зону (требуется большое участие людей), также при изготовлении ферменных конструкций;
большой перерасход средств, энергии, людского труда, других ресурсов;
усложнение ремонтно-восстановительных работ.

Технический результат настоящего изобретения предполагает:
уменьшение сложности и металлоемкости несущих конструкций;
повышение степени сборности, автоматизации и индустриальности строительных процессов;
упрощение транспортных операций в строительном процессе и уменьшение при этом вреда экологии;
создание условий для упрощения ремонтно-восстановительных работ при эксплуатации;
общая экономия средств, ресурсов, энергии.

Для достижения этого технического результата предлагается устройство, расположенное на геосинхронной околоземной орбите в космосе, состоящее из продольной базисной части (А) и пристыкованных перпендикулярно к ней цилиндрических ветвей (Б), расположенных перпендикулярно к ней и прикрепленных в торец, лежащих в одной плоскости, нормальной потоку солнечной радиации.

Базисная часть состоит из складных герметичных цилиндрических блоков-оболочек с прикрепленными к ней снаружи линейными элементами жесткости, к которым снаружи прикреплена негерметизированная наружная сборная защитная оболочка и по ней (выборочно) прикреплены тонкопленочные солнечные батареи.

Ветви состоят из складных герметичных цилиндрических блоков эластичных прочных оболочек с прикрепленными к ним изнутри линейными элементами жесткости и снаружи тонкопленочными солнечными батареями. Ветви сооружаются также из корпусов ракет, доставляющих грузы с прикреплением к ним тонкопленочных солнечных батарей.

Все складные блоки подаются в зону монтажа в сложенном зафиксированном виде, содержат внутри остаточный атмосферный воздух, который обладает потенциальной энергией давлением, позволяющим после снятия фиксаторов автоматически расшириться им до проектного состояния.

На фиг. 1 показан общий фасадный вид станции с односторонним примыканием ветвей; на фиг. 2 то же, при двустороннем примыкании ветвей; на фиг. 3 совмещенный разрез 1 1 и 2 2 по станции; на фиг. 4 разрез 3 3 по ветви станции; на фиг. 5 схемы восприятия и отражения солнечной радиации смежными ветвями.

СКЭС состоит из базовой части А и ветвей Б.

А базовая часть содержит тонкопленочные солнечные батареи 1, сборную или рулонную защитную оболочку 2, сборный цилиндрический складной блок-облочку из гибкого деформируемого материала с утеплением, с остаточным атмосферным воздухом 3, линейные элементы жесткости 4, стыковочный агрегат 6.

Б ветви содержат тонкопленочные солнечные батареи 1, линейные элементы жесткости 4, сборный цилиндрический складной блок-оболочку из гибкого деформируемого материала, заполненный остаточным атмосферным воздухом 5, общий элемент-распорку 7.

Изобретением предусматривается создание мощного глобального устройства по производству электроэнергии на основе преобразования солнечной радиации в постоянный электрический ток, который будучи переработанным СВЧ-усилителями и генераторами, может быть направлен земным потребителям, на различные объекты в космосе.

СКЭС состоит из базовой цилиндрической части, которая снабжена стыковочными агрегатами для установки и закрепления на ней ветвей сооружения также цилиндрической формы, причем базовая часть и ветви состоят из сборных, крупноразмерных, складных, полых облегченных блоков.

Кроме того, в качестве ветвей к базовой части дополнительно пристыковываются корпуса разгруженных грузовых кораблей с прикреплением к ним тонкопленочных батарей.

Внутри базовой части располагаются различные подсобные и вспомогательные службы, пульты, складские помещения, устройства для переработки направляемого на землю тока, помещения для персонала и др. в связи с этим эта часть защищена облицовкой 2, имеет утепленную оболочку 3.

Работа электростанции осуществляется следующим образом.

Сооружение СКЭС в космосе начинается с базовой части А, для чего в зону строительства подаются сложенные блоки кораблями-контейнерами, изымаются из них и освобождаются от фиксаторов, в результате чего оболочка 3 расширяется под давлением остаточного атмосферного воздуха.

Блоки, приведенные в рабочее положение, подаются в специальное устройство монтажного корабля, где последовательно соединяются, причем их стержни жесткости 4 стыкуются в общий каркас, а оболочки 3 в общий объем А.

Параллельно с этим подготавливаются ветви Б, для чего при снятых фиксаторах расширившиеся оболочки 5 приводят блоки в рабочее состояние, после чего они стыкуются в конструкцию Б.

Специальным краном, двигающимся вдоль базовой части А, устанавливаются на ее соединительных агрегатах 6 ветви Б, развязывают их распорками 7, выводы электроэнергии от батарей 1 объединяются и подключаются к энергетической системе базовой части А.

Работающая СКЭС занимает положение, при котором направление потока солнечной радиации воспринимается нормально плоскости, в которой расположены базисная часть А и ветви Б, при этом тонкопленочные батареи наиболее выгодно воспринимают энергию солнца, электрический постоянный ток от них поступает в блок А на СВЧ-усилители и генераторы и выдается далее по назначению.

Поступающая на солнечные батареи 1 солнечная радиация, как показано на фиг. 5 дает отражение (ОР) на батареи 1 смежных ветвей Б, что повышает мощность СКЭС.

Во время эксплуатации СКЭС работают автоматические устройства, ориентирующие ее на Солнце, при износе тонкопленочных солнечных батарей 1 ветви Б разрвертываются необлученной стороной к Солнцу или производится облицовка новыми батареями 1, что при простой форме ветвей Б можно автоматизировать.

Применение укрепленных, сборных, складных, облегченных, автоматически раскрывающихся блоков для СКЭС позволяет индустриализировать ее строительство, уменьшать расход металла и других средств, обеспечивать доставку ее элементов в зону строительства грузовыми кораблями меньшей мощности.

Использование: в космической электроэнергетике, на базе солнечной радиации, преобразуемой за счет фотоэффекта в электроэнергию постоянного тока, которая может быть переработана и направлена на Землю. Сущность изобретения: солнечная космическая электростанция (СКЭС), расположенная на геосинхронной орбите, рассчитана на производство большого количества электроэнергии постоянного тока. СКЭС состоит из цилиндрических - базисной продольной части и прикрепленных перпендикулярно к ней на малых расстояниях в одной плоскости ветвей, смонтированных из сборных, складных, герметичных, автоматически расширяющихся в космосе блоков-оболочек из прочного эластичного материала с прикрепленными к ним линейными ребрами жесткости и тонкопленочными солнечными батареями, содержащими внутри остаточный атмосферный воздух. Эксплуатационным преимуществом СКЭС является ее изготовление из сборных блоков, автоматически расширяющихся в космосе с использованием для этого остаточного атмосферного воздуха, а также использование в качестве ветвей корпусов порожних грузовых ракет. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Солнечная космическая электростанция, размещенная на околоземной геосинхронной орбите, состоящая из несущих конструкций, на которых закреплены тонкопленочные солнечные батареи, воспринимающие поток солнечной радиации и преобразующие ее в электроэнергию постоянного тока, отличающаяся тем, что она выполнена в составе продольной базовой части, на которой перпендикулярно ей прикреплены ветви в одной плоскости, причем указанные конструкции собраны из цилиндрических складных облегченных герметичных блоков-оболочек из гибкого деформируемого материала с прикрепленными к ним снаружи тонкопленочными солнечными батареями, а изнутри линейными элементами жесткости. 2. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно в качестве ветвей использованы порожние корпуса грузовых ракет. 3. Электростанция по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что ее продольная базовая часть снабжена стыковочными агрегатами для закрепления на ней ветвей из блоков и из корпусов грузовых ракет. 4. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что продольная базовая часть содержит блоки, выполненные с утепленной оболочкой, к которой элементы жесткости прикреплены снаружи, на них выполнена сборная защитная облицовка, к которой прикреплены тонкопленочные солнечные батареи.