Технологические новинки, могущие иметь применение в космосе.

[Iltis]

Ded пишет:

SOE пишет:

Александр Ч. пишет:
КПД получающейся панели составляет 10-12%, и при сроке службы в 20-25 лет и гарантии в 20 лет она окупается за 10-12 лет.

КПД элементов, уже лет как 10 использующихся на КА, 28-29%
Вот один из "популярных"
 http://www.azurspace.com/images/pdfs/HNR_0003429-01-00.pdf

Меньше, увы.    Я о Вашей ссылке.
И Александр Ч писал о панели.

Здесь речь идет о разных типах солн. элементов. Те, что в статье -используют комбинацию кристаллического и аморфного кремния. Их реальный КПД около 20 % (на уровне отдельных элементов), борьба в лабораториях идет за 21%.  Приборы по ссылке -комбинация германия и полупроводников А3Б5, которые существенно дороже. КПД около 30% совершенно честный. Но для корректного сравнения надо учесть, что его  меряют с другим спектром, который соответствует тому, что на орбите. С земным спектром(АМ1.5G) их КПД составляет около 34%. Это все равно очень  дорого для обычных "наземных" применений в которых не используется концентрация солнечного излучения линзами или зеркалом. Для справки, актуальный рекод эффективности фотопреобразователей - 46,6 % (под концентрированным излучением).

[Iltis]

Дмитрий Инфан пишет:

SOE пишет:
КПД элементов, уже лет как 10 использующихся на КА, 28-29%

А у них срок службы тоже 25 лет?

Их срок службы зависит от каждого конкретного аппарата, а именно от того, какую дозу облучения (в основном электронами и протонами) получают панели на конкретной орбите. Если бы не это, то приборы были бы вечными

[Iltis]

TAU пишет:
Россия проведёт уникальные испытания космического лазера

По замыслу разработчиков из РКК «Энергия», создание эффективных лазерных систем позволит в перспективе передавать электроэнергию от космических аппаратов с достаточно мощными энергетическими установками на другие космические аппараты, оснащённые специальными приёмниками-преобразователями, что открывает новые возможности при освоении космического пространства

Тут главное - это не промахнуться мимо приемника.

[pkl]

Iltis пишет: 
Здесь речь идет о разных типах солн. элементов. Те, что в статье -используют комбинацию кристаллического и аморфного кремния. Их реальный КПД около 20 % (на уровне отдельных элементов), борьба в лабораториях идет за 21%. Приборы по ссылке -комбинация германия и полупроводников А3Б5, которые существенно дороже. КПД около 30% совершенно честный. Но для корректного сравнения надо учесть, что его меряют с другим спектром, который соответствует тому, что на орбите. С земным спектром(АМ1.5G) их КПД составляет около 34%. Это все равно очень дорого для обычных "наземных" применений в которых не используется концентрация солнечного излучения линзами или зеркалом. Для справки, актуальный рекод эффективности фотопреобразователей - 46,6 % (под концентрированным излучением).

Какие-то перспективы в плане дальнейшего повышения кпд есть?

[mihalchuk]

Iltis пишет:

Дмитрий Инфан пишет:

SOE пишет:
КПД элементов, уже лет как 10 использующихся на КА, 28-29%

А у них срок службы тоже 25 лет?

Их срок службы зависит от каждого конкретного аппарата, а именно от того, какую дозу облучения (в основном электронами и протонами) получают панели на конкретной орбите. Если бы не это, то приборы были бы вечными

А если укрыть зеркалами?

[Iltis]

pkl пишет:

Iltis пишет:
Здесь речь идет о разных типах солн. элементов. Те, что в статье -используют комбинацию кристаллического и аморфного кремния. Их реальный КПД около 20 % (на уровне отдельных элементов), борьба в лабораториях идет за 21%. Приборы по ссылке -комбинация германия и полупроводников А3Б5, которые существенно дороже. КПД около 30% совершенно честный. Но для корректного сравнения надо учесть, что его меряют с другим спектром, который соответствует тому, что на орбите. С земным спектром(АМ1.5G) их КПД составляет около 34%. Это все равно очень дорого для обычных "наземных" применений в которых не используется концентрация солнечного излучения линзами или зеркалом. Для справки, актуальный рекод эффективности фотопреобразователей - 46,6 % (под концентрированным излучением).

Какие-то перспективы в плане дальнейшего повышения кпд есть?

Да, конечно. Если на уровне принципа действия, то речь идет о элементах которые по сути представляют собой двойной (как в статье) или тройной(как по ссылке) или четверной или более (в разработке) сэндвич из фотоэлектр. преобразователей (фэп), каждый из которых преобразует свет определенного спектрального диапазона. Опять же стоит различать ФЭП для  наземного и космического использования. Для последних важным параметром является радиационная стойкость. Так например, solaero  уже предлагает 4х переходные структуры (http://solaerotech.com/wp-content/uploads/2015/04/IMM4J-CIC-Datasheet.pdf) с кпд в 33%. Но рад.стойкость у них плохая, ничем не лучше чем у 3х переходных приборов сделанных azurspace (по ссылке). для аппаратов на лео орбите (военные  )   33% это здорово, а для телекома на гео орбите никому не надо, если в конце так же сильно деградирует.  Стоимость , кстати, у 4х переходных структур тоже космическая (в сравнении со старым типом).нов Америке военных много, и бюджет большой, так что какой то рынок есть. Немцы целенаправленно работают над радстойкими приборами.

Из того, что показывают на конференциях, след желаемый шаг это 33%в начале и 30% в "конце жизни" (end of life), т.е. после 15 лет на гео. На уровне концепции  и прототипов есть 36%(bol)/33%(eol). Вопросов стоимости я не касаюсь , это вообще отдельная тема.

[Iltis]

mihalchuk пишет:

Iltis пишет:

Дмитрий Инфан пишет:

SOE пишет:
КПД элементов, уже лет как 10 использующихся на КА, 28-29%

А у них срок службы тоже 25 лет?

Их срок службы зависит от каждого конкретного аппарата, а именно от того, какую дозу облучения (в основном электронами и протонами) получают панели на конкретной орбите. Если бы не это, то приборы были бы вечными

А если укрыть зеркалами?

Если укрыть, то свет попадать не будет  и смысл использования СБ будет неясен
Если  использовать зеркала как отражатели, то поможет как мертвому припарки потому,что заряженные частицы летят отовсюду, а не только по прямой от Солнца. Плюс зеркала надо тащить с собой, разворачивать, ориентировать.....хотя если мы говорим о далеком будущем, то все возможно. Зеркалами можно, например, свет концентрировать. От этого кпд тоже растет, хотя и нелинейно.

[pkl]

Iltis пишет: 
...Из того, что показывают на конференциях, след желаемый шаг это 33%в начале и 30% в "конце жизни" (end of life), т.е. после 15 лет на гео. На уровне концепции и прототипов есть 36%(bol)/33%(eol). Вопросов стоимости я не касаюсь , это вообще отдельная тема.

Ясно, спасибо. В общем, как я понял, на Земле главным ограничителем использования "слоёных пирогов" является их стоимость, а в космосе - устойчивость к радиации, да? При этом, если на Земле для снижения стоимости гелиоустановки можно использовать отражатели-концентраторы, то в космосе они бесполезны... А что с сохранением их кпд на Земле? А со сроком службы? Насколько они дороже солнечных батарей на аморфном кремнии?

[mihalchuk]

Iltis пишет:  
Если использовать зеркала как отражатели, то поможет как мертвому припарки потому,что заряженные частицы летят отовсюду, а не только по прямой от Солнца. Плюс зеркала надо тащить с собой, разворачивать, ориентировать.....хотя если мы говорим о далеком будущем, то все возможно. Зеркалами можно, например, свет концентрировать. От этого кпд тоже растет, хотя и нелинейно.

Разные частицы по энергии. От Солнца летят относительно слабые (в основном до десятка или нескольких десятков Мэв), но много. Отовсюду - немного, но больших энергий (100 Мэв и более), в сумме их энергия в несколько раз больше, чем у солнечных. Первые можно значительно ослабить тонкой плёнкой, вторые - нет. Имеет ли смысл отсеивать первые?

[Iltis]

pkl пишет:

Iltis пишет:
...Из того, что показывают на конференциях, след желаемый шаг это 33%в начале и 30% в "конце жизни" (end of life), т.е. после 15 лет на гео. На уровне концепции и прототипов есть 36%(bol)/33%(eol). Вопросов стоимости я не касаюсь , это вообще отдельная тема.

Ясно, спасибо. В общем, как я понял, на Земле главным ограничителем использования "слоёных пирогов" является их стоимость, а в космосе - устойчивость к радиации, да? При этом, если на Земле для снижения стоимости гелиоустановки можно использовать отражатели-концентраторы, то в космосе они бесполезны... А что с сохранением их кпд на Земле? А со сроком службы? Насколько они дороже солнечных батарей на аморфном кремнии?

На Земле да, но как можете видеть,  двухкаскадные фэп ы уже в производстве, хотя речь идет таки о разных видах кремния. Про космос Вы поняли не совсем так. "слоеные пироги" это то, что уже используется и будет использоваться дальше. Только структуры  и  их технология  будут сложнее. Рад. стойкость у а3б5 полупроводников выше, чем у кремния и темп.коэффициент ниже. После появления трехкаскадных ingap/gaas/ge ФЭПов кремниевые панели для КА ушли в прошлое. На Розетте, кстати, стоят одни из самых последнх и лучших кремниевых фэпов еще дополнительно оптимированных для низких температур и освещенности. 

А рад.стойкость это один из основных критериев для новых разработок. 

Со стоимостью наземных установок не все так просто. Постепенно пришли к пониманию, что просто оценить стоимость в деньгах за  номинальный ватт это для конечного юзера неоптимально. Имеет смысл учитывать сколько электричества может произвести установленная система, что, нарример, зависит от места установки (годовая освещенность). Этот  подход (lcoe, levelized cost of energy) позволяет сравнивать совершенно разные концепции.

гелиоустановка с концентраторами позволяет уменьшить стоимость самих  ФЭПов сделав сами приборы маленькими (1×1 см и меньше) и сконцетрировал свет при помощи относительно дешевых линз Френеля или параболического зеркала. Но для работы этой оптической системы требутся прямой солнечный свет и постоянная наводка панелей на Солнце двухосевым трекером. Экономически выгодно ставить такие системы там, где много солнца (север африки, испания, калифорния, юж.африка, арабские страны, в России  если только в где-нибудь в Краснодарском крае). При наличии подходящих условий, электричество произведенное концентраторами может быть дешевле "обычных" СБ на кремнии. В единицах номинальной  стоимости установки (т.е. сколько я должен заплатить в начале), концентраторы проиграют со свистом , но (если установлены в правильном регионе) позволят быстрее заработать эти инвестиции обратно.

со временем жизни  все наоборот просто, все западные потребители  и  инвесторы требуют гарантии  20-25 лет (небольшая деградация оговаривается). Не можешь выполнить, свободен.
Сейчас с падением цены на нефть, вообще непонятно кто захочет ставить все равно какие  СБ. Ну если только там, где иначе вообще никак.

Для космоса, кстати, были сделаны Боингом несколько КА с концентраторами (очень низкая концентрация,  точно не помню сколько , что-вроде 5). Они не прижились (и я сейчас не могу вспомнить почему, концентраторы испортились?) и больше таких нет. По крайней мере пока нет.

[Cepёгa]

Заряженные частицы задержать проще всего. Хоть материалом, хоть магнитным парусом. Но это всё дополнительная масса + небольшая тяга в неопределенном направлении, которую надо будет компенсировать время от времени.

[Iltis]

mihalchuk пишет:

Iltis пишет:
Если использовать зеркала как отражатели, то поможет как мертвому припарки потому,что заряженные частицы летят отовсюду, а не только по прямой от Солнца. Плюс зеркала надо тащить с собой, разворачивать, ориентировать.....хотя если мы говорим о далеком будущем, то все возможно. Зеркалами можно, например, свет концентрировать. От этого кпд тоже растет, хотя и нелинейно.

Разные частицы по энергии. От Солнца летят относительно слабые (в основном до десятка или нескольких десятков Мэв), но много. Отовсюду - немного, но больших энергий (100 Мэв и более), в сумме их энергия в несколько раз больше, чем у солнечных. Первые можно значительно ослабить тонкой плёнкой, вторые - нет. Имеет ли смысл отсеивать первые?

То что принимают в расчет лежит от 0,3 МЭв до несколько десятков Мэв. На практике все вообще пересчитывают к 1 Мэв электронам. Протоны наносят намного больше вреда (пропорционально массе) особенно те, что тормозятся и остаются в материале. Это по энергиям от 0,7  до  пары десятков МЭВ. При этом низкоэнергетические протоны тормозятся и остаются в защитном стекле (меняя его толщину можно пассивно намного уменьшить деградацию) .  Сама плотность излучения в космосе не так то и велика, но вот наличие магнитного поля у Земли ведет к тому, что заряженные частицы (причем тех самых "опасных" энергий ) этим полей захватываются и там остаются.  Это т.н. магнитные пояса , они же имени Ван Аллена. Прохождение траектории КА через пояса ВанАллена ведет  к очень большим уровням облучения. Эти же пояса также защищают Землю от радиации и экранируют МКС. Чтобы лучше прочувствовать: во время 9 месячного  трансфера КА с лео на гео орбиту (за деталями  подобного безумства гуглить на electrical orbit rasing) , СБ получают столько же, сколько за все годы службы на гео орбите.

[Uriy]

Совещание по ПД-14

27.01.2016 ФГУП "ВИАМ" ГНЦ РФ 163 0 Отрасль: Авиация

Завихрители фронтового устройства камеры сгорания двигателя ПД-14, изготавливаемые на ВИАМе методом 3D-технологий из отечественной металлопорошковой композиции
Источник: http://viam.ru/


27 января 2016 года во Всероссийском научно-исследовательском институте авиационных материалов (ВИАМ) прошло рабочее совещание, посвященное обеспечению заготовками и полуфабрикатами перспективного двигателя ПД-14.
Провел мероприятие Управляющий директор - Генеральный конструктор ОАО «Авиадвигатель» Александр Александрович Иноземцев. В нем также приняли участие Генеральный директор ФГУП «ВИАМ», академик РАН Евгений Николаевич Каблов, Генеральный директор АО «Металлургический завод «Электросталь» Евгений Владимирович Шильников, Управляющий директор ОАО «Ступинская металлургическая компания» Александр Иванович Гришечкин и специалисты данных предприятий.
В ходе совещания его участники обсудили предварительные результаты специальной квалификации заготовок дисков из сплава ВЖ175-ИД и заготовок вала ТНД из стали ВКС170-ИД, а также вопросы поставки заготовок дисков из сплава ВЖ175-ИД для двигателя ПД-14.
Напомним, что решение о создании ПД-14 было принято в июне 2008 года после посещения Владимиром Путиным ВИАМ, когда Президент поддержал инициативу Генерального конструктора ОАО «Авиадвигатель» Александра Иноземцева и Генерального директора института, академика РАН Евгения Каблова по созданию нового отечественного газотурбинного двигателя.
Коллектив ВИАМ внес большой вклад в создание материалов нового поколения и технологий для ПД-14. В частности, было разработано 20 новых материалов и доработано более 50 марок материалов, организован выпуск полуфабрикатов этих материалов на металлургических заводах, а также выпущена вся необходимая нормативная техническая документация для производства деталей ПД-14.
Впервые в отечественной инженерной и технологической практике сконструирована и изготовлена мотогондола ПД-14 из полимерных композиционных материалов. Для деталей и агрегатов мотогондолы в ВИАМ были созданы препреги, угле- и стеклопластики, которые по характеристикам не уступают лучшим мировым аналогам и производятся в институте. Кроме того, впервые в России методом аддитивных технологий из отечественной металлопорошковой композиции в ВИАМ была изготовлена «боевая» деталь двигателя ПД-14 – завихритель фронтового устройства камеры сгорания.

[Сергей]

Uriy пишет:
Кроме того, впервые в России методом аддитивных технологий из отечественной металлопорошковой композиции в ВИАМ была изготовлена «боевая» деталь двигателя ПД-14 – завихритель фронтового устройства камеры сгорания.

Оборудование импортное, металлопорошковые композиции ВИАМа. Интересно, когда окупят инвестиции в оборудование. Раньше, в шестидесятые, то же самое сделали бы прессованием с нагревом в прессформах под высоким давлением, и еще вопрос, какая деталь бы была прочнее. Но осваивать все равно надо, главное загрузить на полную катушку, и необязательно профильной продукцией, тогда бабки отобьют побыстрее.

[Cepёгa]

Чтобы это могло быть? 

[pkl]

Скорее всего, какая-то технология диффузионной вакуумной сварки. Имхо.

[mihalchuk]

Какой-то способ выращивания металла. Здесь якобы в вакууме, но можно в среде газа, разлагающегося с выпадением металла. Я как-то предлагал такое ФПИ. Но проблема не в способе, а именно в технологии - способности получить качественное соединение.

[sychbird]

Материал специально для любителей отрицать роль современных космических технологий в качестве драйвера технического и технологическо прогресса  :!:    



"Основной плюс комбинированных адаптивных элементов механизации заключается в том, что покрывающий их прочный, эластичный полимер будет закрывать и щели между отклоняемыми поверхностями и основной конструкцией крыла.
Но найти материал для обшивки крыла, способной сохранять эластичность во всем диапазоне эксплуатационных температур - непростая задача.
"На крейсерском участке полета температура за бортом составляет -55°C, но на перроне, скажем, в аэропорту Абу-Даби она может достигать +80°C", - говорит Велкен.
"Поэтому нам было очень важно подобрать правильный материал. Мы остановились на модифицированном варианте силиконового эластомера, изначально разработанного для космической отрасли".
Участники американского проекта Flexsys также признают особую важность правильного выбора материала для внешнего покрытия крыла изменяемого профиля.
"Наш материал, отвечающий требованиям авиакосмических стандартов, может создавать свыше 4,9 метрической тонны подъемной силы и при этом сохранять гибкость", - говорит Хилл.
"Он способен выдерживать диапазон температур от -54°C до +82°C, а также воздействие агрессивных химических сред; испытания подтвердили, что срок его службы в пять раз дольше, чем у материалов, используемых в конструкции нынешних коммерческих самолетов".
http://www.bbc.com/russian/science/2016/02/160212_vert_fut_the_shape_of_wings_to_come

[Старый]

Типичное бла-бла-бла гениальных изобретателей: "В нашем изобретении использован материал созданный NASA!"
 Во первых все гибкие материалы используемые в авиации рассчитаны на условия внешней среды в которых работает самолёт. То есть банальная изоляция провода идущего к бортовому аэронавигационному огню будет рассчитана на температуру от минус до плюс 80.
 Во вторых сомневаюсь что космический материл рассчитан на аэродинамические нагрузки в которых работает обшивка крыла. Скорее он будет рассчитан на вакуум.
 В третьих даже у нас на заводе в грануляторной при температуре -50С работает туева хуча всякой силиконовой хрени в жутких условиях которые не снились авиации.
 Так что приврали ребятки насчёт космических технологий. А драйвером научно-технического прогресса давно уже служит пассажирская авиация (скотовозы) и пищевая промышленность.

[Старый]

Да, и гениальная суперидея обтянуть крыло самолёта какой-нибудь силиконовой тряпкой для придания ему гладкости с завидным постоянством посещает умы гениальных изобретателей. Но клюют на неё почемуто только люди очень далёкие и от авиации и от космонавтики. Особенно клюют на "Так у нас же космическая тряпка!".