سیستم‌های انرژی فضاپیماها نقش مهمی در ماموریت‌های فضایی طولانی مدت و تامین انرژی لازم برای سیستم‌ها و ابزارهای مختلف روی آن‌ها ایفا می‌کنند. مهار انرژی در محیط سخت فضای بیرونی چالش‌های منحصر به فردی را به همراه دارد. با این حال از طریق مهندسی مبتکرانه و پیشرفت‌های تکنولوژیکی، فضاپیماها به قابلیت‌های تولید و ذخیره انرژی قابل اعتماد و کارآمد مجهز شده‌اند. در این مقاله، به بررسی روش‌های مورد استفاده برای تولید و مدیریت انرژی در قلمروی بیرون از جو زمین خواهیم پرداخت.
چرا فضاپیماها به سیستم‌های انرژی نیاز دارند؟
فضاپیماها برای راه‌اندازی سیستم‌های ارتباطی، ابزارهای علمی، سیستم‌های پیشران و تجهیزات پشتیبانی حیاتی خود به یک منبع انرژی مداوم و قابل اعتماد نیاز دارند. برخلاف زمانی که روی زمین هستند و انرژی می‌تواند از شبکه‌های الکتریکی یا باتری‌های معمولی تامین شود، فضاپیماها باید به سیستم‌های انرژی مستقلی تکیه کنند که قادر به کارکرد طولانی مدت در فضای خلا باشند. سیستم‌های انرژی فضاپیماها مبتنی بر 4 اصل زیر طراحی می‌شوند:
1. تولید برق از انرژی خورشیدی
انرژی خورشیدی منبع اصلی انرژی برای فضاپیماهایی است که در منظومه شمسی ما کار می‌کنند. پنل‌های خورشیدی که از سلول‌های فتوولتائیک تشکیل شده‌اند، نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. این پانل‌ها با در نظر گرفتن فاکتورهایی مانند فاصله از خورشید، بازدهی سلول‌ها و انرژی مورد نیاز ماموریت به دقت طراحی شده‌اند تا تا حد ممکن تشعشعات خورشیدی را جذب و تبدیل به الکتریسیته کنند.
2. ذخیره انرژی: باتری‌ها و پیل‌های سوختی
برای اطمینان از تامین انرژی ثابت در هنگام کسوف یا زمانی که فضاپیما از نور مستقیم خورشید خارج است، سیستم‌های ذخیره انرژی ضروری است. برای این منظور معمولا از باتری‌ها و پیل‌های سوختی استفاده می‌شود. باتری‌ها انرژی الکتریکی را از طریق واکنش‌های شیمیایی ذخیره می کنند، در حالی که سلول‌های سوختی از طریق واکنش کنترل شده‌ی سوخت ذخیره شده و یک اکسید کننده، الکتریسیته تولید می‌کنند. هر دو فناوری در مواقعی که انرژی خورشیدی در دسترس نیست یا کافی نیست، انرژی پشتیبان بسیار مهمی را ارائه می‌دهند.
3. سیستم‌های مبتنی بر انرژی هسته‌ای
برای مأموریت‌هایی که فراتر از دسترس نور خورشید هستند، مانند مأموریت‌های کاوش در نواحی بیرونی منظومه شمسی یا گردش بر روی اجرام آسمانی دیگر، انرژی خورشیدی ممکن است گزینه مناسبی نباشد. در چنین مواردی، فضاپیماها به سیستم های انرژی هسته‌ای، به ویژه ژنراتورهای ترموالکتریک رادیوایزوتوپ (RTG) متکی هستند. این ژنراتورها از گرمای تولید شده ناشی از واپاشی رادیواکتیو ایزوتوپ‌ها مانند پلوتونیوم-238 برای تولید الکتریسیته استفاده می‌کنند و منبع انرژی طولانی مدت و قابل اعتمادی را فراهم می‌کنند.
4. مدیریت و توزیع برق
مدیریت کارآمد و توزیع نیرو در یک فضاپیما برای تامین نیازهای انرژی سیستم‌های مختلف بسیار مهم است. واحدهای مدیریت و توزیع برق، جریان برق را تنظیم می‌کنند و اطمینان حاصل می‌کنند که مقدار مناسب برق به هر زیرسیستم تحویل داده می‌شود. این امر شامل تنظیم ولتاژ، اولویت بندی تخصیص توان و مکانیسم‌های تشخیص دستگاه‌های غیرضروری برای حفظ یکپارچگی سیستم است.
پیشرفت‌ها و چشم‌اندازهای آینده
پیشرفت‌ها در فناوری‌های تولید و ذخیره‌سازی انرژی همچنان آینده سیستم‌های قدرت فضاپیما را شکل می‌دهند. تحقیقات بر روی بهبود کارایی سلول‌های خورشیدی، افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی و کاوش منابع انرژی جایگزین مانند سیستم‌های هسته‌ای پیشرفته و فناوری‌های نوظهور مانند آرایه‌های خورشیدی لایه نازک و باتری‌های با ظرفیت بالا متمرکز است.
بدون دیدگاه