Giải quyết nhu cầu điện áp cao của các vệ tinh thế hệ tiếp theo

Giải quyết nhu cầu điện áp cao của các vệ tinh thế hệ tiếp theo

    Giải quyết nhu cầu điện áp cao của các vệ tinh thế hệ tiếp theo
    bởi Nik Papageorgiou, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

    satellite
    Ảnh: Pixabay / CC0
    Các nhà khoa học tại Trung tâm Plasma Thụy Sĩ tại EPFL, phối hợp với Beyond Gravity và với sự hỗ trợ của ESA, đã phát triển một cụm vòng trượt có thể tăng gấp ba lần điện áp hoạt động của các vệ tinh thế hệ mới, điện áp cao.

    Sự bùng nổ hiện nay trong khám phá không gian không chỉ có nghĩa là nhiều vệ tinh hơn, mà còn là những vệ tinh được nâng cấp với nhu cầu năng lượng cao hơn và ít tổn thất điện hơn. Điều này có nghĩa là, trong số những thứ khác, điện áp cao hơn cho thiết bị điện tử vệ tinh và bộ đẩy.

    Để sử dụng năng lượng do các tấm pin mặt trời tạo ra, các vệ tinh được trang bị một "cụm vòng trượt", đây là một bộ phận được thiết kế để truyền năng lượng điện đến các hệ thống điện như máy tính trên bo mạch, ống sóng du lịch, thiết bị thu thập dữ liệu và bộ đẩy năng lượng trong khi xoay. Vòng trượt thực hiện điều này bằng cách sử dụng các tiếp điểm điện trượt: một vòng xoay và một bàn chải tĩnh — "cái gạt nước". Khi hệ thống quay trong một vệ tinh, cần gạt nước trượt dọc theo bề mặt của vòng đệm, truyền dòng điện ở điện áp thấp.

    Giờ đây, các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Plasma Thụy Sĩ (SPC) của EPFL và Beyond Gravity, đã phát triển thành công cụm vòng trượt cho phép điện áp cao hơn trong vệ tinh, nâng phạm vi từ 28–100 Volt hiện tại lên 300–600 Volt, dẫn đến cải thiện hiệu suất của vệ tinh và tăng cường độ chắc chắn chống lại các sự cố điện.

    Công việc này được đồng tài trợ trong khuôn khổ chương trình Năng lực cạnh tranh cốt lõi 4.0 ARTES (Nghiên cứu nâng cao trong hệ thống truyền thông tin học) của ESA trong khuôn khổ dự án APRIOM (Advanced sliP Ring for hIgh vOltage Mechanism), với mục đích là "phát triển, sản xuất và thử nghiệm mô hình breadboard trong một môi trường phù hợp. " Trong không gian, mô hình breadboard được sử dụng để xác minh các chức năng quan trọng trong các môi trường đại diện với breadboard quy mô đại diện có thể áp dụng cho nhiệm vụ cuối cùng.

    Vòng trượt mới là đỉnh cao của công việc từ một dự án khác, Kiến trúc Hệ thống Điện cao thế Horizon 2020 (HV-EPSA), trong đó nhóm nghiên cứu SPC, do Giáo sư Ivo Furno dẫn đầu và bao gồm Tiến sĩ Fabio Avino và Tiến sĩ Alan Howling, đã phát triển một mô hình tiên tiến của vòng trượt hình trụ của họ được sản xuất bởi công ty Thụy Sĩ RUAG Space, công ty tiền thân của Beyond Gravity, đặt tại Nyon và chuyên về Vòng trượt.

    Các nhà nghiên cứu SPC không chỉ nhằm mục đích đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về điện áp cao hơn trong vệ tinh, mà còn để vượt qua những thách thức trong việc vận hành một cụm vòng trượt trong không gian, loại bỏ nguy cơ đánh thủng điện — cụ thể là việc tạo ra plasma có hại có thể vĩnh viễn làm hỏng vệ tinh.

    Trên thực tế, một trong những vấn đề mà nó phải khắc phục liên quan đến sự thay đổi áp suất lớn mà vệ tinh phải trải qua, từ áp suất khí quyển khi phóng đến chân không sâu trong không gian. Đây là một vấn đề tồn tại từ lâu vì sự cô lập của các thành phần điện trong vệ tinh thường phụ thuộc vào điều kiện chân không, trong trường hợp không có bất kỳ áp suất khí nào. Các giải pháp được đề xuất cho đến nay liên quan đến các cấu hình mạch điện ngày càng phức tạp có thể cản trở chức năng của vệ tinh.

    Một thách thức khác là số vòng quay mà chiếc nhẫn phải thực hiện mỗi ngày, điều này sau một khoảng thời gian nhất định có thể gây ảnh hưởng xấu đến chức năng của nó.

    Theo yêu cầu của dự án APRIOM, các nhà nghiên cứu của SPC đã cung cấp chuyên môn và hỗ trợ kỹ thuật cho Beyond Gravity trong thiết kế và thử nghiệm vòng trượt mới trong các điều kiện tái tạo tuổi thọ của vệ tinh. Vòng trượt được chứng minh hoạt động trong phạm vi 400-500 Volts (và 8 A) từ áp suất rất thấp (10-5 mbar) đến giá trị áp suất tới hạn nhất (~ 1 mbar), với công suất truyền lên đến 40 kW. Nó duy trì sản lượng này ngay cả sau 25.000 lượt - so sánh, cụm vòng trượt của vệ tinh địa tĩnh sẽ thực hiện khoảng 11.000 lượt sau 30 năm hoạt động.

    Furno nói: “Thành công của dự án này bắt nguồn từ sự hợp tác chặt chẽ giữa học viện và ngành công nghiệp, nơi tất cả các đối tác phải hiểu rõ nhu cầu và ràng buộc của nhau. "Với thiết kế vòng trượt mới, sẽ được thử nghiệm thực địa trên quỹ đạo trong những năm tới, chúng tôi đang mở đường cho thế hệ vệ tinh đẩy công suất cao mới."

    Zalo
    Hotline