Энергетика космических аппаратов. Производство и потребление.

Всего за 60 лет человечество прошло путь от первого примитивного искусственного спутника земли до высокотехнологичных автоматических аппаратов, позволяющих проводить научные эксперименты в космосе, исследовать ближайшие планеты Солнечной системы. В настоящее время на орбите находятся более 3000 космических летательных аппаратов (КА). И каждый аппарат оснащен источником энергии, позволяющим обеспечивать функционирование в течение срока службы, и потребителем - аппаратурой, выполняющей целевую функцию аппарата. Рассмотрены различные способы, получения и хранения электрической энергии на борту КА, созданные в мире и используемые в настоящее время, а также бортовая аппаратура - потребители. Рассмотрены типы и устройства электрогенерирующего и аккумулирующего оборудования, трудности, связанные производством и потреблением электроэнергии на борту КА, а также с обеспечением требуемых температурных режимов.

За последние пол века человечество сделало огромный технологический скачок в области летательных аппаратов. То, что казалось фантастикой в послевоенные годы, является привычным сейчас. Воплотились в реальность не тольо мечты человека о полётах на другие континенты но и в космос. Почти 60 лет назад  4 октября 1957 года в СССР был запущен первый искусственнй спутник Земли (ИСЗ), открывший эру космических исследований. В настоящее время общее число космических летательных аппаратов на орбите (функционирующих и вышедших из строя, не считая мусора) составляет около 6000. И каждый аппарат, начиная с первого ИСЗ были оснащены источником энергии, системой её преобразования и хранения и  потребителями энергии: научной аппаратурой, средствами поддержания параметров орбиты, средствами контроля и связи, разнообразными датчиками. 

В зависимости от назначения КА было разработано множество типов энергетических установок космических летательных аппаратов, отвечающих требованиям каждой поставленной задачи, от примитивной аккумуляторной батареи на первом ИСЗ до ядерных рекаторов с термоэмиссионными преобразователями.

В настоящее время наиболее широко используемым источником энергии на борту являются  солнечные батареи. Прямое преобразование "бесплатной" солнечной энергии в электрическую позволяет создавать аппараты с длительными сроками активного существования (САС), оснащать "мощной" аппаратурой, но за подобную легкодоступность энергии приходится расплачиваться размерами аппарата, в частности установкой солнечных батарей большой площади, что в свою очередь накладывает существенные ограничения на область применения КА. Использование  солнечных батарей может быть затруднительно или невозможно на низких орбитах (~300 км)  из-за существенного торможения аппарата атмосферой Земли, либо в силу удаленности от Солнца (Вояджер-1 и Вояджер-2). Для таких КА были разработаны и созданы источники, использующие ядерную энергию: энергию деления (ядерные реакторы) и энергию распада (радиоизотопные источники).

Помимо получения энергии в космосе стоит проблема её хранения (при нахождении аппарата в тени) и утилизации (отвод излишнего тепла от конструкции аппарата), а отсутствие атмосферы  серьёзно осложняет решение проблемы. 

Целевая аппаратура, установленная на борту КА, как правило расчитана на функционирование в достаточно узком (по меркам космического пространства) температурном диапазоне - от -50 до +50 ⁰С, поэтому перед разработчиками КА стоит непростая задача - обеспечить необходимый температурный режим, имея лишь возможность сброса тепла излучением.