Исследование передачи электрической энергии лазерным излучением между КА (Пеликан)
Наименование области исследования: технологии освоения космического пространства
Постановщик: «РКК «Энергия» им. С.П. Королёва
КЭ находится на этапе разработки эскизных проектов научной аппаратуры для выполнения этапов эксперимента: соответственно, номера экспедиций МКС, в ходе которых будет проводиться КЭ «Пеликан» в данный момент не определены.
Краткое описание КЭ:
Целью проведения КЭ «Пеликан» является поэтапная экспериментальная отработка технологии беспроводной передачи электрической энергии (БПЭЭ) инфракрасным лазерным излучением между КА, включая комплексные исследования рабочих характеристик компонентов и системы в целом. Планируется пять этапов КЭ.
Цель первого этапа КЭ – определение характеристик относительного движения ТГК «Прогресс» и РС МКС (в режиме зависания ТГК относительно станции) для уточнения требований к системе наведения передатчика энергии. На данном этапе эксперимент проводится с использованием имеющейся на борту РС МКС фотоаппаратуры – фотоспектрального комплекса КЭ «Ураган». Осуществляется фотографирование ТГК «Прогресс» с борта станции с последующей обработкой изображений с целью выявления относительного движения, обусловленного колебаниями станции как целого, местных колебаний конструкции и движения ТГК «Прогресс».
Объекты исследования второго этапа – компоненты, узлы лазерных систем. Выполняются исследования с целью квалификации и отработки компонентов лазерных систем (лазерные диоды (ЛД) c большой единичной мощностью, линейки ЛД, и т.п.) для работы в условиях космоса, а также проводится отработка элементов и алгоритмов работы системы наведения пучка излучения на приемник. Эксперимент должен быть выполнен с помощью научной аппаратуры «Транзит», размещаемой внутри РС МКС. Блок НА «Транзит-Р» служит для длительных испытаний лазерных диодов на ресурс, а блок «Транзит-Н» - для отработки элементов и алгоритмов системы наведения излучателя на приемник.
На последующих этапах объектами исследования КЭ «Пеликан» является система БПЭЭ и входящие в ее состав элементы. Эксперимент выполняется с помощью НА «Пеликан», его принципиальная схема представлена на рисунке.
Рис. Принципиальная схема проведения КЭ «Пеликан»
На третьем этапе КЭ «Пеликан» должна быть показана возможность передачи электрической энергии от 50 до 100 Вт по беспроводному каналу с борта РС МКС на ТГК «Прогресс» на расстояние не менее 1 км, а также подтверждена принципиальная возможность передачи на расстояние до 3 км.
На четвертом этапе КЭ «Пеликан» должна быть обеспечена передача электрической энергии от 100 до 300 Вт на расстояние не менее 1 км
На пятом этапе КЭ «Пеликан» обеспечивается передача электрической мощности от 300 до 1000 Вт без потерь контакта пучка излучения с ФПП на расстояние не менее 1 км, а также демонстрация принципиальной возможности передачи на расстояние до 5 км.
Использование результатов эксперимента на Земле
Отработанная технология беспроводной передачи энергии в лазерном канале может использоваться для дистанционного энергоснабжения беспилотных летательных аппаратов для охраны правопорядка, мониторинга транспортных магистралей, экологической ситуации в крупных городах, обследования линий электропередач и фасадов высотных зданий, военных применений и т.п. Также возможно энергоснабжение потребителей в труднодоступных районах Земли и акватории мирового океана, включая стационарные и подвижные лаборатории.
Использование результатов эксперимента для освоения космоса
Проведение космического эксперимента по БПЭЭ в лазерном канале подтвердит практическую возможность решения таких задач как, например, дистанционное энергоснабжение малых технологических модулей, автономных технологических модулей типа «ОКА-Т», а также (в более отдаленной перспективе) – централизованное энергоснабжение околоземной космической инфраструктуры и межорбитальных буксиров от орбитальных электростанций на основе ядерных и солнечных источников энергии. Возможно также использование технологии для энергоснабжения созвездий микроспутников от КА - энергостанций и дистанционное энергоснабжение посадочных модулей и исследовательских станций от орбитальных аппаратов в автоматических и пилотируемых миссиях к Луне и планетам.
Результаты КЭ (планируемые)
До настоящего времени проведено небольшое количество экспериментов по передаче энергии с помощью сфокусированного лазерного излучения, и они носят лабораторный характер. Космических экспериментов по БПЭЭ в лазерном канале в мире не проводилось. Таким образом, эксперимент по беспроводной передаче электрической энергии с помощью сфокусированного лазерного излучения в космическом пространстве между двумя КА будет проведен впервые в мире. В итоге должна быть не только продемонстрирована принципиальная возможность передачи энергии между КА в лазерном канале с достаточно высоким полным КПД, но и, фактически, создана технология БПЭЭ, применимая как на Земле, так и в космическом пространстве (см. выше).
Публикации
1.Грибков А.С., Евдокимов Р.А., Синявский В.В., Соколов Б.А., Тугаенко В.Ю. Перспективы использования беспроводной передачи электрической энергии в космических транспортных системах// Известия РАН. Энергетика. 2009. №2 С.118 – 123.
2.Евдокимов Р.А., Синявский В.В., Тугаенко В.Ю. Исследование эффективности межорбитальных транспортных систем на базе буксиров с ядерными электроракетными двигательными установками и технологии беспроводной передачи энергии// Cб. тезисов докладов научных чтений, посвященных 90-летию со дня рождения Ю.А.Мозжорина. ЦНИИМАШ. Королев.2010. С.44
3.Evdokimov R.A., Gribkov А.S., Sinyavsky V.V., Bombin A.N., Tugaenko V.U., Maslennikov A.A. Remote power supplying of equipment for planetary explorations// First Moscow Solar System Symposium. Moscow, IKI, 2010. P.
4.Chertok, R.A. Evdokimov, V.P. Legostaev, V.A. Lopota, B.A. Sokolov, V.Yu. Tugaenko Remote Electric Power Transfer Between Spacecrafts by Infrared Beamed Energy/ AIP conference Proceedings, Volume 1402, Melville, New York, 2011.