Миссия ЕКА к Энцеладу

[Трилобит]

Да, какое тут батутничество! Окститесь! Не я, а они собираются к Сатурну на СБ лететь...

Ну да, к сожалению к Энцеладу вообще лететь не собираемся.
А у них там вполне продуманный дизайн и на СБ, и несколько раз по тексту упоминается что наличие изотопных источников энергии и обогревателей позволит больше полезного с собой взять. А по поводу наличия я ссылки привел, Франция и Бельгия над этим уже работают.
Ну будем посмотреть. Даже если на СБ решат, прогресс не стоит на месте, когда-то и для окрестностей Юпитера фотовольтаика казалось не подходящим решением, может перовскиты к 40м годам допилят наконец.

[pkl]

Интенсивность солнечного излучения от этого не увеличится.

[Трилобит]

Интенсивность солнечного излучения от этого не увеличится.

Не увеличится, но может увеличиться эффективность панелей.

[ОАЯ]

Факты против СБ.
"!11 марта 1960 в путь отправился американский "Пионер-5". Он вообще-то предназначался для Венеры, но опоздал к стартовому окну и его запустили просто на гелиоцентрическую орбиту в сторону Венеры. Он был уже неизмеримо совершеннее - 43 кг, 4 панели СБ, немало приборов. Вот он-то и прислал первые данные с межпланетной трассы (примерно 20 марта 1960). Он замолчал только 26 июня 1960 года, на расстоянии 36 млн 210 тыс км."
https://epizodyspace.ru/01/2u/solnthe/sol-pr.html
т.е. 36 млн.км
(справка https://web.archive.org/web/20061005035047/http://solarsystem.nasa.gov/missions/profile.cfm?MCode=Pioneer_05)
расстояние от Земли до Энцелад - 1272 млн. км. в 35 раз дальше.
Все верно?

[Трилобит]

Факты против СБ.
"!11 марта 1960 в путь отправился американский "Пионер-5". Он вообще-то предназначался для Венеры, но опоздал к стартовому окну и его запустили просто на гелиоцентрическую орбиту в сторону Венеры. Он был уже неизмеримо совершеннее - 43 кг, 4 панели СБ, немало приборов. Вот он-то и прислал первые данные с межпланетной трассы (примерно 20 марта 1960). Он замолчал только 26 июня 1960 года, на расстоянии 36 млн 210 тыс км."
https://epizodyspace.ru/01/2u/solnthe/sol-pr.html
т.е. 36 млн.км
(справка https://web.archive.org/web/20061005035047/http://solarsystem.nasa.gov/missions/profile.cfm?MCode=Pioneer_05)
расстояние от Земли до Энцелад - 1272 млн. км. в 35 раз дальше.
Все верно?

А что, ЕКА предлагают винтажный аппарат на компонентах конца 50х собирать?

[pkl]

Интенсивность солнечного излучения от этого не увеличится.

Не увеличится, но может увеличиться эффективность панелей.

Ээээ... есть на этот счёт определённые сомнения. Солнечные батареи совершенствуются уже лет 70 и, по-моему, всё, что там можно изобрести с точки зрения повышения кпд, уже изобретено. Последние лет 20 основные исследования ведутся не столько для повышения их кпд, сколько для удешевления их производства и увеличения срока службы. Т.е. цель - создать панели для массового производства и потребления, а не единичные экземпляры для АМС с рекордными характеристиками.

[Athlon]

Ээээ... есть на этот счёт определённые сомнения. Солнечные батареи совершенствуются уже лет 70 и, по-моему, всё, что там можно изобрести с точки зрения повышения кпд, уже изобретено. Последние лет 20 основные исследования ведутся не столько для повышения их кпд, сколько для удешевления их производства и увеличения срока службы. Т.е. цель - создать панели для массового производства и потребления, а не единичные экземпляры для АМС с рекордными характеристиками.

Отнюдь, там как раз именно в последние годы масса разработок именно на увеличение КПД, вот например - https://renen.ru/longi-ustanovila-novyj-rekord-effektivnosti-tandemnyh-solnechnyh-yacheek-34-85/ .

[Трилобит]

Интенсивность солнечного излучения от этого не увеличится.

Не увеличится, но может увеличиться эффективность панелей.

Ээээ... есть на этот счёт определённые сомнения. Солнечные батареи совершенствуются уже лет 70 и, по-моему, всё, что там можно изобрести с точки зрения повышения кпд, уже изобретено. Последние лет 20 основные исследования ведутся не столько для повышения их кпд, сколько для удешевления их производства и увеличения срока службы. Т.е. цель - создать панели для массового производства и потребления, а не единичные экземпляры для АМС с рекордными характеристиками.

Советую лучше тему поизучать. Сейчас в среднем эффективность коммерческих ячеек для космоса ~30%(+/-5), на стадии подготовки к производству есть образцы ~40%, а в разработке образцы около 50% уже и со значительным снижением массы. Например Airbus совместно с корейцами в этом направлении работают. Это уже на известных материалах, хоть и не до конца отработанных вроде того же перовскита. А есть еще фотовольтаика на квантовых точках, которая сейчас в зародыше и только подбирается к 20%, но в теории должна позволить к 70% вплотную подобраться.
"Единичные экземпляры для АМС с рекордными характеристиками" я вообще не видел, то есть панели вроде тех что у Juno или Lucy безусловно кастомные, но сами компоненты вроде ячеек коммерческие, а не какие-то лабораторные единороги.

[Athlon]

Факты против СБ.
"!11 марта 1960 в путь отправился американский "Пионер-5". Он вообще-то предназначался для Венеры, но опоздал к стартовому окну и его запустили просто на гелиоцентрическую орбиту в сторону Венеры. Он был уже неизмеримо совершеннее - 43 кг, 4 панели СБ, немало приборов. Вот он-то и прислал первые данные с межпланетной трассы (примерно 20 марта 1960). Он замолчал только 26 июня 1960 года, на расстоянии 36 млн 210 тыс км."
https://epizodyspace.ru/01/2u/solnthe/sol-pr.html
т.е. 36 млн.км
(справка https://web.archive.org/web/20061005035047/http://solarsystem.nasa.gov/missions/profile.cfm?MCode=Pioneer_05)
расстояние от Земли до Энцелад - 1272 млн. км. в 35 раз дальше.
Все верно?

К чему спор-то?
ЕКА собрало ведущих ученых-планетологов и они пришли к выводу, что миссия к Сатурну на СБ возможна.
Академия наук США в 2023 году выпустила десятилетний обзор планетарной науки, опять-же лучшие специалисты к этой работе привлекались. В ее рамках предварительно прорабатывался ряд миссий, вот например к тому же Энцеладу, и к Титану. Обе на солнечных батареях.
Если лучшие ученые мира в области планетологии считают, что миссии к Сатурну на СБ возможны - значит они возможны. Считающие себя умнее, чем они, могут взять и сами посчитать потребную площадь СБ исходя их известных данных об интенсивности солнечного излучения на орбите Сатурна, КПД солнечных батарей и энергопотреблении АМС.
https://postimg.cc/mPZdnffX
https://postimg.cc/TKFvkqm2

[ОАЯ]

Это надо процитировать Titan orbiter:
THUNDER будет оснащён двумя гибкими и разворачивающимися крыльями солнечных батарей UltraFlex. Солнечная батарея рассчитана на работу в условиях Сатурна, её общая площадь составляет 129 м2, площадь солнечных батарей — 109 м2, а диаметр крыла — 9 м.5 м. Солнечная батарея будет оснащена инвертированными метаморфическими многопереходными солнечными элементами (IMM) из-за их низкой массы, сверхвысокой эффективности и гибкости. 

Солнечные элементы IMM будут иметь эффективность 30% при нулевой массе воздуха, 1 au и 20°C, хотя эффективность солнечных элементов снижается с увеличением расстояния от Солнца и срока службы солнечных элементов. Ожидается, что в начале миссии THUNDER мощность, вырабатываемая солнечной батареей, составит 4800 Вт, а в конце миссии — 440 Вт. Ожидается, что во время научной миссии THUNDER на орбите Титана солнечная батарея сможет вырабатывать ∼496 Вт. Вырабатываемая энергия будет накапливаться в литий-ионном аккумуляторе, состоящем из 9 элементов и имеющем ёмкость 36 Ач, что позволяет накапливать 1050 Вт·ч энергии. Аккумулятор был рассчитан на неизбежное 2-часовое солнечное затмение в рамках миссии после запуска, которое является единственным временем в ходе миссии, когда THUNDER будет полностью находиться в темноте. В худшем случае глубина разряда аккумулятора (DOD) составит 50% в течение всего срока службы миссии, что обеспечивает значительный запас для подсистемы электропитания. 

Кроме того, напряжение бортовой сети составляет 32 В, что соответствует максимальному потреблению энергии и выбрано для минимизации как генерируемого тока в космическом корабле, так и массы системы электропитания.
Подсистема электропитания была разработана с учётом самого энергозатратного режима работы, который представляет собой безопасный режим работы THUNDER ≤24 часа (с использованием приводов реактивных колёс; RWAs). 

Потребление энергии в безопасном режиме составляет 508 Вт, что включает 43% запаса на случай непредвиденных обстоятельств, когда все второстепенные системы отключены. Если космический аппарат находится в безопасном режиме в течение 24 часов, для поддержания работы основных систем, таких как система ориентации, двигательная установка, телекоммуникационная система, система терморегулирования и система электропитания, требуется 12 185 Вт·ч энергии. 

Мощность солнечной батареи в безопасном режиме составляет 11 894 Вт·ч (496 Вт в течение 24 часов), а аккумулятор обеспечивает оставшуюся потребность в энергии в размере 291 Вт·ч (∼28% DOD).

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/PSJ/ad973e

[pkl]

Ээээ... есть на этот счёт определённые сомнения. Солнечные батареи совершенствуются уже лет 70 и, по-моему, всё, что там можно изобрести с точки зрения повышения кпд, уже изобретено. Последние лет 20 основные исследования ведутся не столько для повышения их кпд, сколько для удешевления их производства и увеличения срока службы. Т.е. цель - создать панели для массового производства и потребления, а не единичные экземпляры для АМС с рекордными характеристиками.

Отнюдь, там как раз именно в последние годы масса разработок именно на увеличение КПД, вот например - https://renen.ru/longi-ustanovila-novyj-rekord-effektivnosti-tandemnyh-solnechnyh-yacheek-34-85/ .

Вы просто малость не в теме. По кпд показатели их разбработки давно превзойдены:

В 2009 году компания Spectrolab (дочерняя фирма Boeing) продемонстрировала солнечный элемент с эффективностью 41,6 %^[18]. В январе 2011 года ожидалось поступление на рынок солнечных элементов этой фирмы с эффективностью 39 %^[19]. В 2011 году калифорнийская компания Solar Junction добилась КПД фотоэлемента размером 5,5×5,5 мм в 43,5 %, что на 1,2 % превысило предыдущий рекорд^[20].
В 2012 году компания Morgan Solar создала систему Sun Simba из полиметилметакрилата (оргстекла), германия и арсенида галлия, объединив концентратор с панелью, на которой установлен фотоэлемент. КПД системы при неподвижном положении панели составил 26—30 % (в зависимости от времени года и угла, под которым находится Солнце), в два раза превысив практический КПД фотоэлементов на основе кристаллического кремния^[21].
В 2013 году компания Sharp создала трёхслойный фотоэлемент размером 4×4 мм на индиево-галлий-арсенидной основе с КПД 44,4 %^[22], а группа специалистов из Института систем солнечной энергии общества Фраунгофера, компаний Soitec, CEA-Leti и Берлинского центра имени Гельмгольца создали использующий линзы Френеля фотоэлемент с КПД 44,7 %, превзойдя своё собственное достижение в 43,6 % ^{[23][неавторитетный источник]}. В 2014 году Институт солнечных энергосистем Фраунгофер создали солнечные батареи, в которых благодаря фокусировке линзой света на очень маленьком фотоэлементе КПД составил 46 %^{[24][неавторитетный источник][25]}.

Но обратите внимание на даты новостей - до сих пор как использовали, в основном, кремний, так и используют.

[pkl]

Советую лучше тему поизучать. Сейчас в среднем эффективность коммерческих ячеек для космоса ~30%(+/-5), на стадии подготовки к производству есть образцы ~40%, а в разработке образцы около 50% уже и со значительным снижением массы. Например Airbus совместно с корейцами в этом направлении работают. Это уже на известных материалах, хоть и не до конца отработанных вроде того же перовскита. А есть еще фотовольтаика на квантовых точках, которая сейчас в зародыше и только подбирается к 20%, но в теории должна позволить к 70% вплотную подобраться.
"Единичные экземпляры для АМС с рекордными характеристиками" я вообще не видел, то есть панели вроде тех что у Juno или Lucy безусловно кастомные, но сами компоненты вроде ячеек коммерческие, а не какие-то лабораторные единороги.

Я немножко интересуюсь темой. Разработки есть всякие, проблема в том, что, в подавляющем большинстве случаев они заканчиваются примерно ничем. Как те же наноантенны.


У коммерческих фотоэлементов кпд в районе 20%:
https://mywatt.ru/poleznaya-informaciya/ot-chego-zavisit-kpd-solnechnyh-batarej

[Трилобит]

Советую лучше тему поизучать. Сейчас в среднем эффективность коммерческих ячеек для космоса ~30%(+/-5), на стадии подготовки к производству есть образцы ~40%, а в разработке образцы около 50% уже и со значительным снижением массы. Например Airbus совместно с корейцами в этом направлении работают. Это уже на известных материалах, хоть и не до конца отработанных вроде того же перовскита. А есть еще фотовольтаика на квантовых точках, которая сейчас в зародыше и только подбирается к 20%, но в теории должна позволить к 70% вплотную подобраться.
"Единичные экземпляры для АМС с рекордными характеристиками" я вообще не видел, то есть панели вроде тех что у Juno или Lucy безусловно кастомные, но сами компоненты вроде ячеек коммерческие, а не какие-то лабораторные единороги.

Я немножко интересуюсь темой. Разработки есть всякие, проблема в том, что, в подавляющем большинстве случаев они заканчиваются примерно ничем. Как те же наноантенны.


У коммерческих фотоэлементов кпд в районе 20%:
https://mywatt.ru/poleznaya-informaciya/ot-chego-zavisit-kpd-solnechnyh-batarej

Solar cells made of III-V semiconductor materials are typically used in space applications because, in addition to a high radiation tolerance [1], they also show the highest possible efficiencies. A direct wafer bonded five junction solar cell from Spectrolab demonstrated already a conversion efficiency of 36.0% [2]. A wafer bonded based four junction solar cell from Fraunhofer ISE showed an efficiency of 35.2%under AM0 conditions [3]. Recently, NREL presented an inverted metamorphic triple-junction cell with an middlecell absorber that includes a GaInAs/GaAsP superlattice with an efficiency of 34.2% under the AM0 reference spectrum [4].Typical commercial available space solar cells from Spectrolab, Solaero and Azur Space [5–7] show efficiencies above 31% under the AM0 spectrum at begin of life.

https://www.researchgate.net/publication/365501968_Ultra-lightweight_and_flexible_inverted_metamorphic_four_junction_solar_cells_for_space_applications
30% среднее, 36% уже в разработке. Это 2022 и 5 junction, сейчас уже к 6 junction присматриваются.

То что у вас в предыдущих двух сообщениях это вообще другая тема. В первом случае перспективные ячейки для земных условий, во втором вообще потребительские панели, причем скорее всего старые цифры (уже довольно давно 25% даже в бюджетном секторе).

Кстати по вашим источникам хорошо видно, что вы действительно лишь "немножко" интересуетесь темой.

[ОАЯ]

Сообщение ОАЯ номер 29
"Ожидается, что в начале миссии THUNDER мощность, вырабатываемая солнечной батареей, составит 4800 Вт, а в конце миссии — 440 Вт. "

Угловой размер Солнца у Земли 32 минуты.  У Титана 5 минут.  Соотношение площади Солнца при таких размерах будет отношение  квадратов угловых размеров. Т.е. 100 раз меньше освещенность у Титана.
Т.е. от 5 киловатт у Земли, у Титана будет не 400 Ватт, а 40 Ватт.

Я правильно считаю?

[Трилобит]

For Saturn-optimized arrays, specific power at Saturn is expected to reach 3 W/kg, which would make solar arrays an attractive alternative to radioisotope thermoelectric generators (RTGs)7 . Continued development of this technology could enable future missions to Saturn and support the goals of the concept study, "Flagship Concepts for Astrobiology at Enceladus"8 .

Initial work has begun on assessing whether solar arrays could be used for some mission concepts to Uranus. Using the technology under development for Saturn, it is estimated that a 100 W array could be built with a total area of 111 m2 , approximately 10% larger than the Europa Clipper array. Specific power would only be ~0.7 W/kg and, therefore mass would be greater than an RTG. However, the cost of this approach may be substantially less than an RTG and, therefore, may enable a more economical mission to Uranus

https://www.researchgate.net/publication/351921823_Solar_Array_Technologies_for_Planetary_Science_and_Astrobiology_Missions/fulltext/60b097ba458515bfb0ab4321/Solar-Array-Technologies-for-Planetary-Science-and-Astrobiology-Missions.pdf?origin=scientificContributions
На эту тему довольно много статей, но к сожалению мало в открытом доступе.
Но пишут что эффективность специально разработанных для условий Сатурна панелей ожидается в 3Вт\кг ². Уже к Урану примеряются, 0,7Вт\кг по расчетам.

[Athlon]

Сообщение ОАЯ номер 29
"Ожидается, что в начале миссии THUNDER мощность, вырабатываемая солнечной батареей, составит 4800 Вт, а в конце миссии — 440 Вт. "

Угловой размер Солнца у Земли 32 минуты.  У Титана 5 минут.  Соотношение площади Солнца при таких размерах будет отношение  квадратов угловых размеров. Т.е. 100 раз меньше освещенность у Титана.
Т.е. от 5 киловатт у Земли, у Титана будет не 400 Ватт, а 40 Ватт.

Я правильно считаю?

Цифра мощности у Земли скорее всего искусственно ограничена, потому как такие объемы электроэнергии АМС просто не нужны.

[Трилобит]

Сообщение ОАЯ номер 29
"Ожидается, что в начале миссии THUNDER мощность, вырабатываемая солнечной батареей, составит 4800 Вт, а в конце миссии — 440 Вт. "

Угловой размер Солнца у Земли 32 минуты.  У Титана 5 минут.  Соотношение площади Солнца при таких размерах будет отношение  квадратов угловых размеров. Т.е. 100 раз меньше освещенность у Титана.
Т.е. от 5 киловатт у Земли, у Титана будет не 400 Ватт, а 40 Ватт.

Я правильно считаю?

Цифра мощности у Земли скорее всего искусственно ограничена, потому как такие объемы электроэнергии АМС просто не нужны.

У LILT (Low‐Intensity and Low‐Temperature) ячеек насколько я понимаю КПД в условиях земной орбиты чуть ниже.

The efficiency findings near the Earth's orbit (1 sun, 300 K), Jupiter (0.032 sun, 123 K), and Saturn (0.01 sun, 100 K) are 26.54%, 29.68%, and 28.27%, respectively.

https://colab.ws/articles/10.1002%2Fpssr.202400162
3% разница, так что зависимость от расстояния явно не лийнейной должна быть.

[ОАЯ]

Сообщение ОАЯ номер 29
"Ожидается, что в начале миссии THUNDER мощность, вырабатываемая солнечной батареей, составит 4800 Вт, а в конце миссии — 440 Вт. "
Угловой размер Солнца у Земли 32 минуты.  У Титана 5 минут.  Соотношение площади Солнца при таких размерах будет отношение  квадратов угловых размеров. Т.е. 100 раз меньше освещенность у Титана.
Т.е. от 5 киловатт у Земли, у Титана будет не 400 Ватт, а 40 Ватт.
Я правильно считаю?

Цифра мощности у Земли скорее всего искусственно ограничена, потому как такие объемы электроэнергии АМС просто не нужны.

т.е. у Земли д.б. 50 килоВатт?

[Трилобит]

Сообщение ОАЯ номер 29
"Ожидается, что в начале миссии THUNDER мощность, вырабатываемая солнечной батареей, составит 4800 Вт, а в конце миссии — 440 Вт. "
Угловой размер Солнца у Земли 32 минуты.  У Титана 5 минут.  Соотношение площади Солнца при таких размерах будет отношение  квадратов угловых размеров. Т.е. 100 раз меньше освещенность у Титана.
Т.е. от 5 киловатт у Земли, у Титана будет не 400 Ватт, а 40 Ватт.
Я правильно считаю?

Цифра мощности у Земли скорее всего искусственно ограничена, потому как такие объемы электроэнергии АМС просто не нужны.

т.е. у Земли д.б. 50 килоВатт?

1360Вт\м2 солнечная постоянная на AU1 х 109м2 панелей указанных для этой миссии х 0,295 (29,5%)КПД ячеек UltraFlex что-то типа 43КВт должно давать, если по максимуму, но учитывая что площадь самих ячеек на панели чуть меньше, что-то около 37-40 выходит.
С 14,9Вт\м2 постоянной на AU9,5 как раз 400 с копейками и выходит.

[pkl]

То что у вас в предыдущих двух сообщениях это вообще другая тема. В первом случае перспективные ячейки для земных условий, во втором вообще потребительские панели, причем скорее всего старые цифры (уже довольно давно 25% даже в бюджетном секторе).

36%. Всё равно не фонтан. Меньше, чем у тех лабораторных образцов.


Да и вообще... уже идём к середине XXI в. И ни ядерных двигателей, ни ядерных ракет, ни реакторов. От этого становится грустно.