Технический прогресс и экономика (стр. 6 )

Параметры фрагмента СБ после трехгодичной дозы облучения практически остались без изменения, а ток короткого замыкания Iк. з. даже увеличился на 6 % , что можно объяснить эффектом «очищения» поверхности образцов, который состоит в разложении загрязнений, находящихся на СП, под воздействием АК на газообразные продукты, покидающие поверхность, и, следовательно, в очистке оптической системы СБ [8, 10].

Другим интересным явлением, которое наблюдалось в данном эксперименте, было интенсивное свечение (люминесценция) около проводов, элементов крепления к подложке и торцов фрагмента, т. е. около всех полимеров, применяемых в конструкции: клея ЛКС 171 для приклеивания элементов крепления, оплетки, проводов и каучука СКТНФ с лаком 139-240  для приклеивания стеклянных пластин к СЭ. Наблюдаемое явление можно объяснить бомбардировкой плазмой кислорода полимеров, в результате которой происходит возбуждение их молекул и затем переход из возбужденного состояния в нормальное.

В нашем случае наиболее стойкими к АК оказались стекла, силоксановые лак 139-240 и каучук СКТНФ, находящийся на торцах СЭ, оплётка проводов из фторопласта-4.

Таким образом, защищенная стеклянными пластинами фотогенераторная часть СБ оказалась устойчивой к воздействию АК.

Данные результатов наземных испытаний подтвердились лётными испытаниями материалов и фрагментов СБ на ОС «Мир» в течение 4-х лет, а также исследованиями СБ, возвращенной с ОС «Мир» после 10,5 лет работы [7, 8].

Большое значение для защиты СБ от АК имеет выбор наружных материалов подложки.

До обнаружения АК на НОО наблюдались случаи закорачивания токоведущих частей СБ на сотовой подложке из-за стравливания электроизоляционного слоя каптона. Этого вида деградации удалось избежать только после открытия АК в результате полётов Шаттла и изучения деградации каптоновой плёнки под воздействием АК. В результате были разработаны различные методы защиты каптона от АК, которые были описаны выше (таблица 3).

Более надежной по отношению к АК является сетчатая подложка, основу которой составляют стеклонити, стойкие к АК [14]. Однако, полимерное покрытие стеклонитей является менее надежным элементом при работе СБ на НОО. В результате проведенных исследований было выбрано покрытие на основе силоксановых соединений (лак 136-320), который удовлетворяет требованиям по воздействию АК. Был получен патент на изготовление сетчатой подложки, стойкой к АК и другим ФКП [15].

К сожалению, невозможно выделить количественный вклад в оптическую деградацию СБ в результате воздействия АК, т. к. общая оптическая деградация определяется совокупностью многих сложных факторов.

В работе [16] было показано, что оптическая деградация вносила основной вклад в общую деградацию по мощности кремниевой СБ на НОО. Поэтому очень важно при конструировании СБ учитывать особенности взаимодействия АК с материалами СБ и проводить соответствующие мероприятия.

Уже на стадии проектирования СБ должны быть выбраны наружные материалы, стойкие к АК, с учетом синергического воздействия на них АК и УФ-излучения. Все нестойкие материалы необходимо защищать методами, описанными выше.

Выводы

Наибольшую реакционную эффективность при воздействии АК проявляют полимерные материалы, особенно в виде тонких пленок и покрытий (полиуретан, майлар А, тедлар, полиметилметакрилат, каптон Н, композиционные материалы с углеродом и эпоксидом). Нестойкие к АК наружные материалы СБ должны быть защищены подходящими методами. Фотогенераторная часть СБ надежно защищена от АК стеклянными пластинами, которые обладают высокой стойкостью к АК. Сетчатая подложка кремниевых СБ с силоксановым покрытием выдерживает воздействие АК.

Литература

1. Letin V. A., Gatsenko L. S. etc. Investigation of Solar Array Optical Degradation in LEO. Proc. Seventh European Space Power Conference, Stresa, Italy, 9-13 May 2005 (ESASP-589, May 2005).

2. Paillous A. Exposition des Satellites en Orbite Basse a L’oxygene Atomique. Technoloqie de l’environement spatial, Toulouse, France, 1987, pp. 353-375.

3. Roble R. G. Chemistry in the Thermoshere and Ionosphere Chem. And Eng. Chem. News, 1986, 64, N 24, pp. 23-38.

4. Alet I. Eleven Years of Aging of SSMteflon on the Sunsynchronous Orbit – Spot. Proc. 7th International Symposium on Materials in Space Environment, Toulouse, France, 16-20 June, 1997, (SP-399 August 1997).

5. Banks B., Rutledge Sh., Sechkar E. ets. Issues and Effects of Atomic Oxygen Interactions with Silicone Contamination on Spacecraft in Low Earth Orbit. 8th International Symposium (IS) on Materials in Space Environment, Arcachon, France, 5-9 June, 2000.

6. Dooren J., Rooij T. ets. Materials and Processes Engineering for the XMM-Newton X-ray Space Telescope. IS on Materials in a Space Environment, Arcachon, France, 5-9 June, 2000.

7. , , Послеполётные исследования возвращенных на Землю фрагментов солнечной батареи 17КС 5810-0. ТО РКК «Энергия», ГНПП «Квант», Королёв, Московская область, 1999.

8. , , Исследование экспериментальных структур и материалов солнечных батарей после длительного экспонирования на орбитальной станции «Мир». Автономная энергетика, № 17-18, 2004, с. 3-22.

9. Kleiman J. and Iskanderova Z. Technological Aspects of Protection of polymers and Carbon-based materials in Space. IS on Materials in a Space Environment, Arcachon, France, 5-9 June, 2000, pp. 18-29.

10. , , Исследование устойчивости гибридных композиций эпоксидное связующее – силоксан к воздействию атомарного кислорода при лабораторной имитации полета в ионосфере. Труды 2-й Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по тематическому направлению деятельности национальной нанотехнологической  сети «Функциональные наноматериалы для космической техники»: сб. научн. тр./МИЭМ,  Москва, 2011, с. 88-91.

11. , , и др. Влияние плазмы атомарного кислорода на поверхность и фотоэлектрические свойства солнечных элементов. Гелиотехника, № 4, 2001, с. 7-12.

12. , , Изучение действия излучений на некоторые полиорганосилоксаны. Журнал физической химии, т. LV, № 7, 1981, с. 1751-1753.

13. Об имитационном воздействии ионосферной плазмы на диэлектрические покрытия космических аппаратов. В сб. Физика структуры и свойства твердых тел, Куйбышев, КГУ, 1984, 120 с.

14. Letin V. A., Chehovich V. N., Gatsenko L. S. et all. Solar Arrays Based on the Network Substrate. Proc. 6th European Space Power Conference, Porto, Portugal, 6-10 May 2002 (ESASP-502, May 2002), pp. 623-628.

15. , , Патент РФ № 000 от 06.08.93 г.

16. , Некоторые аспекты оптической деградации солнечных батарей на низких околоземных орбитах. Гелиотехника, № 4, 2005, с. 7-15.

_________?_________

ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ НА ЗАЩИТНЫЕ СТЕКЛА СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ И ТРЕХПЕРЕХОДНЫЕ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ГЕТЕРОНАНОСТРУКТУРОЙ

(к. т.н.), , (д. т.н.)

НПП «Квант»

(д. ф-м. н.),

НИИЯФ МГУ

•

Введение

За последнее десятилетие были разработаны солнечные батареи (СБ) нового поколения на основе трехпереходных фотопреобразователей (ФП3П) со сложной гетеронаноструктурой InGaP/InGaAs/Ge, которые по эффективности и радиационной стойкости значительно превосходят кремниевые СБ [1, 2] предыдущего поколения.

С появлением СБ нового поколения возникла необходимость в оценке их ресурсной деградации, требования к которой ужесточились в связи с ростом энерговооруженности космических аппаратов и увеличением их срока активного существования до 15 лет. Поэтому особенно актуальным становится исследование дестабилизирующих факторов космического пространства, которые не были достаточно изучены применительно к новым ФП. К таким факторам относятся поверхностные и внутренние электростатические разряды (ЭСР), обусловленные электризацией СБ в горячей магнитосферной плазме (ГМП) и воздействием электронов естественных радиационных поясов Земли (ЕРПЗ) соответственно.

Целью настоящей работы явилось исследование воздействия ЭСР на защитные стеклянные пластины (ЗСП) и ФП3П.

Известно, что ЭСР в СБ возникают при поверхностной и объемной электризации диэлектриков, используемых в конструкции СБ [3].

Поверхностная электризация наружных диэлектрических материалов СБ происходит на геостационарной орбите (ГСО) при воздействии горячей магнитосферной плазмы.

Характерные энергии электронов и ионов (протонов) ГМП лежат в диапазоне 1-100 кэВ, а значения концентрации частиц составляют 105 - 107 м-3. Однако во время магнитных возмущений (магнитных суббурь) потоки частиц ГМП возрастают на два порядка по сравнению со спокойным периодом (~ до 1011 электрон · см-2 · с-1), а основная доля тока переносится частицами с энергией 1 - 30 кэВ [3].

При поверхностной электризации диэлектрических материалов СБ глубина проникновения  электронов  плазмы  с характерными энергиями до 50 кэВ составляет 20 - 30 мкм, поэтому глубина локализации возникающего заряда не  превышает этой величины.

В результате взаимодействия СБ с ГМП на ее поверхности образуется отрицательный электрический заряд, величина которого определяются соотношением первичных токов электронов плазмы и вторично-эмиссионных токов с поверхности СБ, включая ток фотоэлектронной эмиссии, вызываемой солнечным излучением.

Так как СБ представляет собой конструкцию с неоднородной структурой и некоторым количеством диэлектрических материалов в фотогенераторной части и каркасе, то потенциалы отдельных участков поверхности и открытых элементов конструкции могут быть различными из-за отличия условий попадания потоков первичных частиц на эти участки и условий их освещения, а также из-за отличия эмиссионных свойств материалов поверхности. Происходит так называемое «дифференциальное» заряжение СБ, при котором между отдельными участками непроводящей поверхности возникают разности потенциалов.

Именно «дифференциальное» заряжение является основной причиной поверх-ностных ЭСР, приводящих к деградации СБ и создающих световые, электромагнитные и акустические помехи бортовым системам космических аппаратов.

Объемная электризация диэлектриков на ГСО возникает при воздействии электронов ЕРПЗ с энергиями 0,2 - 10 МэВ, проникающих в толщу диэлектриков на глубину порядка от десятых долей сантиметра до 2 см.