Energieversorgung von Raumfahrzeugen

Inhaltsverzeichnis

• ENERGIEVERSORGUNG
  • 1.1 ENERGIEERZEUGUNG.....
  • 1.2 ENERGIEQUELLEN.
    • 1.2.1 Fotovoltaik
    • 1.2.2 Solardynamik.
    • 1.2.3 Nukleare Energieversorgung.
    • 1.2.4 Chemische Energie / Brennstoffzelle.
  • 1.3 ENTWICKLUNGSPROZESS ZUR AUSLEGUNG EINER OPTIMIERTEN EVS ARCHITEKTUR.
    • 1.3.1 Identifikation der EVS Designanforderungen
  • 1.4 EVS ARCHITEKTUREN.......
    • 1.4.1 Hauptversorgungsbuskonzepte..
      • 1.4.1.1 Geregelter Versorgungsbus
      • 1.4.1.2 Ungeregelter Versorgungsbus......
      • 1.4.1.3 Semigeregelter Versorgungsbus
      • 1.4.1.4 Hybrid-Versorgungsbus ...
    • 1.4.2 Solargenerator ........
      • 1.4.2.1 Solarzellentechnologien
      • 1.4.2.2 Silizium-Solarzellen
      • 1.4.2.3 Multijunction Gallium-Arsenid auf Germanium (GaAs/Ge) Solarzellen.
      • 1.4.2.4 Elektrische Kennwerte von Solarzellen
      • 1.4.2.5 Temperatur- und Strahlungsverhalten..
      • 1.4.2.6 Solargenerator-Technologien ..
      • 1.4.2.7 Reihenschaltung von Solarzellen
      • 1.4.2.8 Parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten.
      • 1.4.2.9 Betriebstemperaturen.
      • 1.4.2.10 Elektrostatische Aufladung, Entladung und Durchschlagseffekte.
    • 1.4.3 Energiespeicher
      • 1.4.3.1 Sekundärbatterie-Technologien.
      • 1.4.3.2 Eigenschaften und Lebensdauer.
      • 1.4.3.3 Vergleich der Batterietechnologien
      • 1.4.3.4 Berechnungsgrundlagen zur Auslegung von Batterien.
    • 1.4.4 Batterieladeregelung.......
      • 1.4.4.1 Nickel-Cadmium- und Nickel-Wasserstoff-Batterie
      • 1.4.4.2 Lithium-lonen Batterie...
    • 1.4.5 Grundsätzliche EVS Designbetrachtungen.
      • 1.4.5.1 Busspannung.......
      • 1.4.5.2 Aufbereitung der Solargeneratorenergie.
      • 1.4.5.3 Spannungswandler und Leistungsregler.
      • 1.4.5.4 Erdungskonzept....
      • 1.4.5.5 Maßnahmen zum Schutz des Energieversorgungsbusses.
      • 1.4.5.6 Energieverteilung.

  Zielsetzung und Themenschwerpunkte

  Das Ziel dieses Textes ist es, ein umfassendes Verständnis für die Energieversorgung von Raumfahrzeugen zu vermitteln. Dabei werden sowohl grundlegende Prinzipien als auch fortschrittliche Architekturen, Entwicklungsprozesse und praktische Anwendungsszenarien beleuchtet.

  • Die verschiedenen Energiequellen für Raumfahrzeuge und ihre Eigenschaften.
  • Die Auslegung und Optimierung von EVS-Architekturen für unterschiedliche Missionen.
  • Der Entwicklungsprozess für die Gestaltung eines robusten und zuverlässigen EVS.
  • Die Bedeutung der Energiespeicherung und Batterieladeregelung.
  • Praktische Aspekte des Energiemanagements und der -verteilung in Raumfahrzeugen.

  Zusammenfassung der Kapitel

  Der Text beginnt mit einer Einführung in die Bedeutung der Energieversorgung für Raumfahrzeuge. Es werden verschiedene Energiequellen vorgestellt, darunter Fotovoltaik, Solardynamik, nukleare Energie und Brennstoffzellen. Anschließend wird der Entwicklungsprozess für die Gestaltung eines EVS-Systems beschrieben, einschließlich der Identifikation von Designanforderungen.

  Im weiteren Verlauf werden verschiedene EVS-Architekturen vorgestellt, darunter geregelte, ungeregelte, semigeregelte und Hybrid-Versorgungsbusse. Ein detaillierter Abschnitt befasst sich mit Solargeneratoren, einschließlich verschiedener Solarzellentechnologien, elektrischen Kennwerten, Temperatur- und Strahlungsverhalten, und Betriebstemperaturen.

  Der Text untersucht auch Energiespeicher, insbesondere Sekundärbatterien, ihre Eigenschaften, Lebensdauer und den Vergleich verschiedener Batterietechnologien. Es werden Berechnungsgrundlagen für die Auslegung von Batterien vorgestellt, sowie die Prinzipien der Batterieladeregelung.

  Schließlich werden grundlegende EVS Designbetrachtungen wie Busspannung, Energieverarbeitung, Spannungswandler, Erdungskonzepte und Maßnahmen zum Schutz des Energieversorgungssystems behandelt.

  Schlüsselwörter

  Energieversorgung, Raumfahrzeuge, EVS, Energieerzeugung, Energiequellen, Fotovoltaik, Solardynamik, nukleare Energie, Brennstoffzelle, EVS-Architekturen, geregelter Versorgungsbus, ungeregelter Versorgungsbus, semigeregelter Versorgungsbus, Hybrid-Versorgungsbus, Solargenerator, Solarzellen, Energiespeicher, Sekundärbatterien, Batterieladeregelung, Energiemanagement, Energieverteilung.

  Häufig gestellte Fragen

  Wie werden Raumfahrzeuge mit Energie versorgt?

  Gängige Quellen sind Fotovoltaik (Solarzellen), Solardynamik, nukleare Energie (RTGs) und chemische Energie (Brennstoffzellen oder Batterien).

  Warum ist Autonomie beim Energieversorgungssystem (EVS) so wichtig?

  Der Verlust der Energie führt fast immer zum Totalausfall des Raumfahrzeugs. Das System muss daher ohne Bodenintervention Ausfälle kompensieren können.

  Welche Solarzellentechnologien werden heute genutzt?

  Neben klassischen Silizium-Solarzellen kommen zunehmend hocheffiziente Multijunction Gallium-Arsenid (GaAs/Ge) Zellen zum Einsatz.

  Was ist der Unterschied zwischen geregelten und ungeregelten Versorgungsbussen?

  Geregelte Busse halten eine konstante Spannung, während ungeregelte Busse direkt mit der Batteriespannung schwanken, was Einfluss auf das Design der Endgeräte hat.

  Welche Batterietypen werden im Weltraum eingesetzt?

  Historisch wurden Nickel-Cadmium und Nickel-Wasserstoff genutzt, heute dominieren aufgrund der höheren Energiedichte Lithium-Ionen-Batterien.