Sovet olimi Nikolay Kardashev yarim asr muqaddam sivilizatsiyaning rivojlanganlik darajasi sarflanuvchi energiya miqdori bilan belgilanadigan shkalani yaratdi. Yondashuv esa mantiqiy: insoniyat ot, koʻmir, neft, atom parchalanishi natijasida hosil boʻladigan energiyadan foydalanishni oʻrganishi bilan u yangi quvvat darajasiga koʻtarilgan. Kosmosni oʻrganish yangi bosqichni belgilab berdi. Ammo sunʼiy yoʻldoshni orbitaga chiqarishning oʻzi yetarli emas. Uning ishlashi uchun resurslar taʼminlanishi kerak. Fazoviy kemalarni energiya bilan taʼminlash kosmonavtikaning eng muhim masalalaridan biridir. Biz sizga Up Great tanlovi tashkilotchilari bilan birgalikda odamlar bu yoʻlda qanday yechimlarni topishga muvaffaq boʻlganini hikoya qilamiz.
Muammoni kun tartibiga qoʻyish
Fazoviy kemalarni energiya bilan taʼminlashda ikkita asosiy mezon mavjud boʻlib, ular misolida ushbu muammoga yondashuvlar farqi aniq koʻrinib turadi. Bu mezonlar, quvvat va muddatdir. Baʼzi texnik yechimlar “koʻp, lekin uzoq vaqtga emas”, boshqalari “oʻnlab yillar davomida, lekin oz-ozdan” tarzida qoʻllaniladi. Agar biz ushbu mezonlarni grafikning oʻqlari sifatida tasavvur qiladigan boʻlsak, quyidagi manzaraga ega boʻlamiz.
Birinchi sunʼiy yoʻldosh quvvatlangan kumush-rux batareyalari bilan birga parvozga uchirildi. Batareya esa 21 kun davomida “bip-bip” signallarining uzatilishini taʼminladi. Yuqori energiya zichligi va yuqori tok oqimlari tufayli kosmonavtikada koʻpincha kumush-rux batareyalari qoʻllaniladi. Ularning kamchiligi, batareya bir marta qoʻllanilgani sabab uni bir necha marta, qisqa qayta quvvatlantirish muhim emas. Batareyalar bir necha kundan ortiq ishlamaydigan va katta miqdorda elektr energiyasini talab qilmaydigan qurilmalarga joylashtiriladi.
Baʼzida qurilmalarga hatto qayta zaryadlanmaydigan elementlar ham qoʻyiladi. Masalan, Hayabusa-2 sayyoralararo stansiyasidan Ryugu asteroidiga yuborilgan sakrab uchuvchi MASCOT zondi 16 soatga quvvati yetadigan, litiy-tionilxlorid katakchalaridan iborat edi. Ammo qayta zaryadlanuvchi batareyalar sanoatda koʻproq ishlatiladi. Ular bilan ishlash qulayroq, chunki qurilmani qismlarga ajratmasdan turib, batareyalarni parvozdan oldin qayta quvvatlantirish mumkin. Litiy-ionli batareyalar hozirda nafaqat maishiy texnikada, balki fazoda ham keng qoʻllanilmoqda.
Agar juda koʻp energiya talab qilinsa, qisqa muddatlar uchun kimyoviy manbalar qoʻllaniladi. Masalan, fazoviy kemalarda (Space shuttles) APU deb nomlangan qurilmalar boʻlgan. Nomlarining oʻxshashligiga qaramay, ular samolyotlardagi yordamchi quvvat bloklari bilan bogʻliq emas. Yoqilgʻi (nosimmetrik dimetilgidrazin va azot tetroksidi) yonishi natijasida turbinaga issiq gaz beriladi. Uning aylanishi energiyani oraliq elektr energiyasiga oʻtkazmasdan kemaning gidravlik tizimida bosim hosil qiladi. Parvoz va qoʻnish paytida gidravlika orbital qurilmaning boshqaruv yuza qismlarini aylantiradi.
Bugungi kunda litiy-ionli batareyalarning energiya zichligi shunday qiymatlarga yetdiki, ular Electron uchuvchi raketasining paydo boʻlishiga sabab boʻldi. Unda oʻxshash vazifani bajaradigan turbonasos jamlanmasi (dvigatelni yoqilgʻi bilan taʼminlash uchun qurilma) batareya toʻplamli elektr nasos bilan almashtirildi. Yagona kamchilik batareyalar ogʻirligining ortishi xolos, ammo bu rivojlanish uchun oʻziga xos toʻlovdir.
Yoqilgʻi elementlari
Agar fazoviy parvozning davomiyligi ikki yoki uch haftadan oshmasa, unda boshqariladigan fazoviy kemalar uchun yoqilgʻi elementlari deb ataladigan uskunalarni qoʻllash anchagina qulaylik tugʻdiradi. Vodorod kislorod bilan reaksiyaga kirishganda juda koʻp miqdorda issiqlik ajratib chiqaradi. Undan foydalanadigan raketa dvigatellari eng samarali hisoblanadi. Faqatgina kosmonavtikada vodorod va kislorod birikmasidan toʻgʻridan toʻgʻri elektr energiyasini olish imkoniyatidan foydalanilmaydi.
Yoqilgʻi elementlari quyidagicha ishlaydi: vodorod anodga uriladi, musbat zaryadlangan ionga aylanadi va elektron beradi. Katodda vodorod ionlari elektronlarni oladi, kislorod molekulalari bilan birlashadi va suvni hosil qiladi. Bir nechta katakchalarni biriktirish va koʻproq komponentlarni yetkazib berish orqali biz osongina yuqori quvvatli yonilgʻi elementini olishimiz mumkin. Hosil boʻlgan suv esa ekipaj ehtiyojlari uchun ishlatiladi. Ushbu xususiyatlarning majmuasi tufayli yonilgʻi elementlari “Apollon” fazoviy kemasi (dastlab “Soyuz”ning Oyga uchadigan turlari), shatllar va Buran uchun tanlangan.
Yoqilgʻi elementlari nazariy jihatdan teskari ishlashi ham mumkin. Bunda suv vodorod va kislorodga ajratiladi, elektr energiyasi saqlanadi va batareya sifatida qoʻllaniladi. Ammo amalda hali bunday yechimlar kosmonavtikada talabgor emas.
Quyosh bilan hamohang
Quyosh energiyasisiz Yerdagi hayot mavjud boʻlolmaydi. Oʻsimliklar yorugʻlikda oʻsadi va energiya oziq-ovqat zanjiri boʻylab anchagina uzoqqa boradi. Kosmonavtikada ham Quyosh bepul energiya manbasi sifatida qaraladi. Vanguard-1 (AQSh) va Sputnik-3 (SSSR) quyosh panellari boʻlgan birinchi sunʼiy yoʻldoshlar 1958-yilda parvozga otlangan (“D” obyekti deb nomlangan Sputnik-3 sunʼiy yoʻldoshida bir martalik kimyoviy elementlar ham tajriba sifatida ishlatilgan). “Soyuz” fazoviy kemasida qiziq bir oʻzgarish sodir boʻlgan. Birinchi modellar quyosh panellari bilan uchirilgan. 7K-T modifikatsiyasidagilaridan (koʻp miqdorda) panellar olib tashlangan va faqat ikki kun davomida elektr energiyasi bilan taʼminlay oladigan batareyalar oʻrnatilgan. Keyingi -TM modefikatsiyasidan boshlab quyosh panellari yana oʻz joyiga abadiy qaytarilgan.
Quyosh panellarining afzalligi yorugʻlikni toʻgʻridan toʻgʻri elektr energiyasiga aylantira olishidir. Yarimoʻtkazgichlarga tushadigan fotonlar elektronlar harakatiga sabab boʻladi. Katakchalarni ketma-ket va parallel ravishda ulash orqali kerakli kuchlanishdagi qiymatlarni olish mumkin.
Fazoda ishlashning muhim sharti quyosh panellarining ixchamligidir. Masalan, XKSning ulkan “qanotlari” parvoz holatida akkordeon kabi buklanadigan, juda yupqa panellardan yasalgan.
Ushbu mavzuga doir video → youtu.be/XRXbi3sQKWc
Agar fazoviy kemalarni yillar davomida energiya bilan taʼminlash kerak boʻlsa, bunda quyosh panellari eng maqbul yechimdir. Lekin ularning ham oʻziga xos kamchiliklari bor. Birinchidan, Yerning past orbitasida sunʼiy yoʻldosh muntazam ravishda Yer soyasiga oʻtib ketadi. Bu elektr taʼminoti uzluksiz boʻlishi uchun panellar batareyalar bilan toʻldirilishi kerakligini anglatadi. Batareyalar va ularni zaryadlash uchun quyosh panellarining qoʻshimcha maydoni orbitaning quyoshli tomonida sunʼiy yoʻldoshning elektr tizimi massasini sezilarli darajada oshiradi. Bundan tashqari, Quyosh nurlanishining kuchi teskari kvadrat qonuniga boʻysunadi. Yupiter Yerga qaraganda Quyoshdan besh baravar uzoqroqda joylashgan, ammo uning orbitasida xuddi shunday quyosh panellari boʻlgan fazoviy kema 25 baravar kam elektr energiyasini oladi.
Quyosh panellari fazoviy nurlanish sharoitida asta-sekin yemiriladi, shuning uchun uzoq muddatli missiyalar davomida ularning zaxirasini ham hisobga olish kerak.
Quyosh panellari ogʻirligining ortishi va bir vaqtning oʻzida kerakli quvvatning oshishi ularni boshqa tizimlarga nisbatan ogʻirroq qiladi.
Akkumulyatorlarning muqobillari
Agar siz Nurbey Gulianing “Energiya kapsulasini qidirib” asarini oʻqigan boʻlsangiz, u mukammal batareyani uzoq vaqt izlashdan soʻng xavfsiz yoʻq boʻlishga sozlangan maxoviklarga (ulkan aylana gʻildiraklari) kelib toʻxtaganini eslaysiz. Litiy-ion batareyalarning muvaffaqiyati soyasida bu mavzu unchalik qiziq emas. Ammo maxoviklarda energiyani saqlash boʻyicha tajribalar kosmonavtikada ham oʻtkazildi. Honeywell kompaniyasi XXI asrning boshlarida maxovik-akkumulyatorlar bilan tajriba oʻtkazdi. Ushbu yoʻnalish istiqbolli boʻlishi mumkin, chunki sunʼiy yoʻldoshni boshqarish tizimida ham maxoviklardan foydalaniladi. Bu bilan fazodagi kerakli pozitsiyani energiyani saqlash bilan birlashtirish mumkin.
Maqolaning 2-qismini kutib qoling
Muallif: Olga Dobrovidova. Ushbu maqola nplus1.ru saytidagi “Энергетика в космосе. Как заряжают корабли и спутники” nomli maqolaning tarjimasi.
Muqova surat: freepik.com
