Электроснабжение Международной космической станции

В преддверии годовщины первого полета человека в космос мы хотим затронуть тему, которая, наверняка, будет интересна нашим читателям. Мы хотим рассказать нашим читателям об электроснабжении Международной космической станции (МКС). В силу того, что эта тема достаточно обширна, мы ограничим наш рассказ генерацией и распределением электроэнергии на борту.
Как известно МКС — пилотируемая орбитальная станция, предназначенная для проведения космических исследований. МКС — совместный международный проект, в котором участвуют 14 стран.
В основу устройства станции заложен модульный принцип. Состыковка МКС происходит путём последовательного добавления к комплексу очередного модуля или блока, который соединяется с уже доставленным на орбиту. В настоящий момент в состав МКС входит 14 основных модулей, российские — «Заря», «Звезда», «Пирс», «Поиск», «Рассвет»; американские — «Юнити», «Дестини», «Квест», «Транквилити», «Купола», «Леонардо», «Гармония», европейский — «Колумбус» и японский — «Кибо».
Электрическая система Международной космической станции является важным ресурсом для Международной космической станции (МКС), поскольку она позволяет обеспечивать выполнение научных экспериментов, а также комфорт экипажа.
Единственный источник электроэнергии для МКС — Солнце. При помощи солнечных батарей, установленных на станции, свет солнца преобразуется в электроэнергию. Процесс сбора солнечного света и преобразование его в электричество, а также управление и распределение электроэнергии создают избыточное тепло, которое может нанести вред оборудованию орбитальной станции. Это тепло должно быть отведено для надежной и безопасной работы космической станции на орбите. Система электропитания МКС использует радиаторы для отвода тепла, которые изолированы от солнечного света и выровнены в холодную сторону глубокого космоса.
В российском сегменте МКС используется постоянное напряжение 28 В. Электроэнергия вырабатывается непосредственно солнечными батареями модулей «Заря» и «Звезда», а также может передаваться от американского сегмента в российский через преобразователь напряжения ARCU (American-to-Russian converter unit) и в обратном направлении через преобразователь напряжения RACU (Russian-to-American converter unit).
Изначально было запланировано, что обеспечение станции электроэнергией будет происходить посредством российского модуля Научно-энергетической платформы. Но вслед за катастрофой шаттла «Колумбия» график полетов шаттлов, а также программа сборки станции претерпели изменения. В частности, было решено отказаться от поставки и монтажа Научно-энергетической платформы, в виду чего на сегодняшний день значительное количество электроэнергии генерируется солнечными батареями американского сегмента.
В американском сегменте солнечные батареи организованы следующим образом: две гибкие складные панели солнечных батарей образуют так называемое крыло солнечной батареи (Solar Array Wing, SAW), всего на ферменных конструкциях станции размещено четыре пары таких крыльев. Каждое крыло имеет длину 35 м и ширину 11,6 м, а его полезная площадь составляет 298 м2, при этом вырабатываемая им суммарная мощность может достигать 32,8 кВт. Солнечные батареи генерируют первичное постоянное напряжение от 115 до 173 В, которое затем трансформируется во вторичное стабилизированное постоянное напряжение величиной 124 В, которое и используется для питания электрооборудования американского сегмента станции.
Станция совершает один оборот вокруг Земли за 90 минут, и примерно половину этого времени она проводит в тени Земли, где солнечные батареи не работают. Тогда её электроснабжение происходит от никель-водородных аккумуляторных батарей, которые подзаряжаются, когда МКС снова выходит на солнечный свет. Срок службы аккумуляторов 6,5 лет, ожидается, что за время жизни станции их будут неоднократно заменять. Первая замена аккумуляторных батарей была осуществлена на сегменте Р6 во время выхода астронавтов в открытый космос в ходе полёта шаттла «Индевор» STS-127 в июле 2009 года.
При нормальных условиях солнечные батареи американского сектора отслеживают Солнце, чтобы увеличить до максимума выработку энергии. Солнечные батареи наводятся на Солнце с помощью приводов «Альфа» и «Бета». На станции установлено два привода «Альфа», которые поворачивают вокруг продольной оси ферменных конструкций сразу несколько секций с расположенными на них солнечными батареями. Каждому крылу солнечной батареи соответствует свой привод «Бета», который обеспечивает вращение крыла относительно его продольной оси. Когда МКС находится в тени Земли, солнечные батареи переводятся в режим Night Glider mode («Режим ночного планирования»), при этом они поворачиваются краем по направлению движения, чтобы уменьшить сопротивление атмосферы, которое присутствует на высоте полёта станции.