Elektrisk system til den internasjonale romstasjonen - Electrical system of the International Space Station

International Space Station solar array wing ( ekspedisjon 17 mannskap, august 2008).
En ISS solcellepanel som skjærer jorden 's horisont .

Det elektriske systemet til den internasjonale romstasjonen er en kritisk ressurs for den internasjonale romstasjonen (ISS) fordi det lar mannskapet leve komfortabelt, betjene stasjonen trygt og utføre vitenskapelige eksperimenter. ISS elektriske system bruker solceller til å direkte konvertere sollys til elektrisitet . Stort antall celler er samlet i matriser for å produsere høye effektnivåer. Denne metoden for å utnytte solenergi kalles fotovoltaikk .

Prosessen med å samle sollys, konvertere det til elektrisitet og administrere og distribuere denne elektrisiteten bygger opp overflødig varme som kan skade romfartsutstyr. Denne varmen må elimineres for pålitelig drift av romstasjonen i bane. ISS kraftsystem bruker radiatorer for å spre varmen bort fra romfartøyet. Radiatorene er skyggelagt av sollys og justert mot det kalde tomrommet i dyp plass.

Solar array vinge

Nærbildevisning av brettet solcellepanel.
Skade på 4B-fløyen til P6 solcellevingen ble funnet da den ble distribuert om etter å ha blitt flyttet til sin endelige posisjon på STS-120- oppdraget.
Se også: Integrert fagverksstruktur § Truss -delsystemer og utrulling av solcelleanlegg

Hver ISS solcellevinge (ofte forkortet "SAW") består av to uttrekkbare "tepper" av solceller med en mast mellom dem. Hver fløy er den største som noensinne er utplassert i verdensrommet, veier over 2400 pund og bruker nesten 33 000 solcelleanlegg, hver på 8 cm kvadrat med 4100 dioder. Når de er helt forlenget, er hver 35 meter (115 fot) i lengde og 12 meter (39 fot) bred. Hver SAW er i stand til å generere nesten 31 Kilowatt (kW) likestrøm. Når den er trukket tilbake, bretter hver vinge seg til en teppe med solcellepanel, bare 51 centimeter høy og 4,57 meter lang.

Til sammen kan de åtte solar array -vingene generere omtrent 240 kilowatt i direkte sollys, eller omtrent 84 til 120 kilowatt gjennomsnittlig effekt (sykling mellom sollys og skygge).

Solarrayene sporer normalt solen, med "alpha gimbal " brukt som primærrotasjon for å følge solen mens romstasjonen beveger seg rundt jorden, og "beta gimbal " som brukes til å justere vinkelen på romstasjonens bane til den ekliptikken . Flere forskjellige sporingsmoduser brukes i operasjoner, alt fra full solsporing, til dra-reduksjonsmodus ( nattglider og solskiver- moduser), til en dra-maksimaliseringsmodus som brukes til å senke høyden.

Over tid har de fotovoltaiske cellene på vingene degradert gradvis etter å ha blitt designet for en levetid på 15 år. Dette er spesielt merkbart med de første matrisene som ble lansert, med P6- og P4-takstolene i 2000 ( STS-97 ) og 2006 ( STS-115 ).

STS-117 leverte S4 fagverk og solceller i 2007.

STS-119 (ISS forsamlingsflyvning 15A) leverte S6-fagverket sammen med det fjerde settet med solceller og batterier til stasjonen i løpet av mars 2009.

For å forsterke de eldste vingene har NASA lansert ett par og skal lansere ytterligere to store versjoner av Roll Out Solar Array ombord på tre SpaceX Dragon 2- lanseringer fra begynnelsen av juni 2021 til slutten av 2022, SpaceX CRS-22 , CRS-25 og CRS-26 . Disse matrisene er ment å bli distribuert langs den sentrale delen av vingene opptil to tredjedeler av lengden. Arbeid med å installere iROSAs støttebraketter på fagverksmastboksene som holder Solar Array Wings ble startet av besetningsmedlemmene på ekspedisjon 64 i slutten av februar 2021. Etter at de første parene ble levert i begynnelsen av juni, ble en romvandring 16. juni av Shane Kimbrough og Thomas Pesquet fra Expedition 65 for å plassere en iROSA på 2B -strømkanalen og mastboksen til P6 -fagverket ble avsluttet tidlig på grunn av tekniske vanskeligheter med arrayets distribusjon.

ISS ny utrulling av solcellepanel sett fra et zoomkamera på P6 Truss

Romvandringen 20. juni ble den første iROSAs vellykkede distribusjon og tilkobling til stasjonens kraftsystem. Romvandringen 25. juni så astronautene med hell installere og distribuere den andre iROSA på 4B -mastboksen overfor den første iROSA.

Batterier

Siden stasjonen ofte ikke er i direkte sollys, er den avhengig av oppladbare litiumionbatterier (opprinnelig nikkel-hydrogenbatterier ) for å gi kontinuerlig strøm under "formørkelsen" -delen av bane (35 minutter for hver 90-minutters bane).

Hver batterisamling, som ligger på takstolene S4, P4, S6 og P6, består av 24 lette litiumionbatterier og tilhørende elektrisk og mekanisk utstyr. Hver batterienhet har en navneskiltkapasitet på 110  Ah (396 000  C ) (opprinnelig 81 Ah) og 4 kWh (14 MJ). Denne kraften mates til ISS via henholdsvis BCDU og DCSU.

Batteriene sikrer at stasjonen aldri er uten strøm for å opprettholde livsstøttende systemer og eksperimenter. Under sollysdelen av bane lades batteriene opp. Nikkel-hydrogenbatteriene og batteriladnings-/utladingsenhetene ble produsert av Space Systems/Loral (SS/L), på kontrakt med Boeing . Ni-H2-batterier på P6-fagverket ble erstattet i 2009 og 2010 med flere Ni-H2-batterier brakt av romfergeoppdrag. Nikkel-hydrogenbatteriene hadde en levetid på 6,5 år og kan overstige 38 000 lade-/utladningssykluser ved 35% utladningsdybde. De ble erstattet flere ganger i løpet av forventet 30-års levetid på stasjonen. Hvert batteri målte 40 x 36 x 18 tommer (102 x 91 x 46 cm) og veide 170 kg.

Fra 2017 til 2021 ble nikkel-hydrogenbatteriene erstattet med litiumionbatterier . 6. januar 2017 begynte Expedition 50- medlemmer Shane Kimbrough og Peggy Whitson prosessen med å konvertere noen av de eldste batteriene på ISS til de nye litiumionbatteriene. Ekspedisjon 64 medlemmer Victor J. Glover og Michael S. Hopkins avsluttet kampanjen 1. februar 2021. Det er en rekke forskjeller mellom de to batteriteknologiene. En forskjell er at litiumionbatteriene tåler dobbelt så mye ladning, så bare halvparten så mange litiumionbatterier trengs under utskiftning. Litium-ion-batteriene er også mindre enn de eldre nikkel-hydrogenbatteriene. Selv om Li-Ion-batterier vanligvis har kortere levetid enn Ni-H2-batterier, ettersom de ikke kan opprettholde så mange lade-/utladningssykluser før de utsettes for betydelig nedbrytning, har ISS Li-Ion-batterier blitt designet for 60 000 sykluser og ti års levetid, mye lengre enn de originale Ni-H2-batteriene har en levetid på 6,5 år.

Strømstyring og distribusjon

ISS elektrisk kraftdistribusjon

Strømstyrings- og distribusjonsundersystemet opererer med en primærbusspenning satt til V mp , toppeffektpunktet til solcelleoppstillingene. 30. desember 2005 var V mp 160 volt DC ( likestrøm ). Det kan endre seg over tid etter hvert som matrisene brytes ned fra ioniserende stråling. Mikroprosessorstyrte brytere styrer fordelingen av primærkraft gjennom stasjonen.

Batteriladning/utladningsenhetene (BCDU) regulerer mengden ladning som settes inn i batteriet. Hver BCDU kan regulere utladningsstrøm fra to batteri ORUer (hver med 38 seriekoblede Ni-H 2- celler), og kan gi opptil 6,6 kW til romstasjonen. Under isolasjon gir BCDU ladestrøm til batteriene og kontrollerer mengden batterilading. Hver dag gjennomgår BCDU og batterier seksten lade/utladningssykluser. Romstasjonen har 24 BCDUer, som hver veier 100 kg. BCDU -ene er levert av SS/L.

Sekvensiell shuntenhet (SSU)

82 forskjellige solcelle-strenger mater en sekvensiell shuntenhet (SSU) som gir grov spenningsregulering ved ønsket V mp . SSU bruker en "dummy" (resistiv) belastning som øker etter hvert som stasjonens belastning avtar (og omvendt) slik at matrisen opererer med konstant spenning og belastning. SSU -ene er levert av SS/L.

DC-til-DC-konvertering

DC-til-DC-omformerenheter leverer det sekundære kraftsystemet med en konstant 124,5 volt DC, slik at den primære busspenningen kan spore toppeffektpunktet til solcelleoppstillingene.

Termisk kontroll

Det termiske kontrollsystemet regulerer temperaturen på hovedstrømfordelingselektronikken og batteriene og tilhørende kontrollelektronikk. Du finner detaljer om dette delsystemet i artikkelen External Active Thermal Control System .

Stasjon til skytteloverføringssystem

Fra 2007 The Station-til-Shuttle kraftoverføring System (SSPTS, uttalte spiddene ) tillot en dokket romfergen til å gjøre bruk av makt gitt av International Space Station er solcellepaneler . Bruk av dette systemet reduserte bruken av en skyttels innebygde kraftgenererende brenselceller , slik at den kunne holde dokket til romstasjonen i ytterligere fire dager.

SSPTS var en shuttle -oppgradering som erstattet Assembly Power Converter Unit (APCU) med en ny enhet kalt Power Transfer Unit (PTU). APCU hadde kapasitet til å konvertere shuttle 28 VDC hovedbussstrøm til 124 VDC kompatibel med ISS 120 VDC kraftsystem. Dette ble brukt i den første konstruksjonen av romstasjonen for å øke strømmen som er tilgjengelig fra den russiske Zvezda -servicemodulen. PTU legger til dette muligheten til å konvertere 120 VDC levert av ISS til orbiterens 28 VDC hovedbusstrøm. Den er i stand til å overføre opptil 8 kW kraft fra romstasjonen til bane. Med denne oppgraderingen var både skyttelen og ISS i stand til å bruke hverandres kraftsystemer når det var nødvendig, selv om ISS aldri mer krevde bruk av en orbiters kraftsystemer.

I desember 2006, under oppdrag STS-116 , ble PMA-2 (da i fremre ende av Destiny- modulen) kablet om for å tillate bruk av SSPTS. Det første oppdraget med å faktisk bruke systemet var STS-118 med Space Shuttle Endeavour .

Bare Discovery og Endeavour var utstyrt med SSPTS. Atlantis var den eneste overlevende skyttelen som ikke var utstyrt med SSPTS, så kunne bare gå på kortere oppdrag enn resten av flåten.

Referanser

Eksterne linker