अंतरिक्ष यान पर सौर पैनलों

आंतरिक सौर मंडल में चल रहे अंतरिक्ष यान आमतौर पर सूरज की रोशनी से बिजली प्राप्त करने के लिए फोटोवोल्टिक सौर पैनलों के उपयोग पर भरोसा करते हैं। बाहरी सौर मंडल में, जहां पर्याप्त शक्ति उत्पन्न करने के लिए सूर्य की रोशनी बहुत कमजोर होती है, रेडियोसोटॉप थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर (आरटीजी) का उपयोग ऊर्जा स्रोत के रूप में किया जाता है।

इतिहास
सौर पैनलों का उपयोग करने वाला पहला अंतरिक्ष यान 1 9 58 में अमेरिका द्वारा लॉन्च किया गया वेंगार्ड 1 उपग्रह था। यह मुख्य रूप से डॉ हंस ज़िग्लर के प्रभाव के कारण था, जिसे अंतरिक्ष यान सौर ऊर्जा के जनक के रूप में माना जा सकता है।

उपयोग
दो मुख्य उपयोगों के लिए अंतरिक्ष यान आपूर्ति शक्ति पर सौर पैनल:

सेंसर, सक्रिय हीटिंग, शीतलन और टेलीमेट्री चलाने की शक्ति।
अंतरिक्ष यान प्रणोदन के लिए शक्ति – विद्युत प्रणोदन, कभी-कभी सौर-विद्युत प्रणोदन कहा जाता है।

दोनों उपयोगों के लिए, सौर पैनलों की योग्यता का एक प्रमुख आंकड़ा विशिष्ट शक्ति (सौर सरणी द्रव्यमान द्वारा विभाजित उत्पन्न वाट) है, जो एक सापेक्ष आधार पर इंगित करता है कि किसी अन्य के सापेक्ष दिए गए लॉन्च द्रव्यमान के लिए एक सरणी कितनी शक्ति उत्पन्न करेगी। एक और महत्वपूर्ण मीट्रिक पैकिंग दक्षता (तैनात मात्रा द्वारा विभाजित उत्पादित तैनाती) लगाया जाता है, जो इंगित करता है कि सरणी लॉन्च वाहन में कितनी आसानी से फिट होगी। फिर भी एक और महत्वपूर्ण मीट्रिक लागत (प्रति वाट डॉलर) है।

विशिष्ट शक्ति को बढ़ाने के लिए, अंतरिक्ष यान पर विशिष्ट सौर पैनलों का उपयोग बंद-पैक सौर सेल आयताकारों का उपयोग करता है जो सौर पैनलों के सूर्य के दृश्य क्षेत्र के लगभग 100% को कवर करते हैं, सौर वेफर सर्किल की बजाय, भले ही निकट-पैक, कवर के बारे में पृथ्वी पर विशिष्ट सौर पैनलों के सूर्य-दृश्य क्षेत्र का 9 0%। हालांकि, अंतरिक्ष यान पर कुछ सौर पैनलों में सौर कोशिकाएं होती हैं जो सूरज-दृश्य क्षेत्र का केवल 30% ही कवर करती हैं।

कार्यान्वयन
सौर पैनलों में बहुत से सतह क्षेत्र की आवश्यकता होती है जिसे अंतरिक्ष की ओर बढ़ने के रूप में सूर्य की तरफ इशारा किया जा सकता है। अधिक खुला सतह क्षेत्र का अर्थ है कि सूर्य से प्रकाश ऊर्जा से अधिक बिजली परिवर्तित की जा सकती है। चूंकि अंतरिक्ष यान को छोटा होना है, यह उस शक्ति की मात्रा को सीमित करता है जिसे उत्पादित किया जा सकता है।

सभी विद्युत सर्किट अपशिष्ट गर्मी उत्पन्न करते हैं; इसके अलावा, सौर सरणी ऑप्टिकल और थर्मल के साथ ही विद्युत संग्रहकर्ता के रूप में कार्य करते हैं। हीट को अपनी सतहों से विकिरणित किया जाना चाहिए। हाई-पावर स्पेसक्राफ्ट में सौर सरणी हो सकती हैं जो थर्मल अपव्यय के लिए सक्रिय पेलोड के साथ प्रतिस्पर्धा करती हैं। अंतरिक्ष में विचारों के ओवरलैप को कम करने के लिए सरणी का सबसे निचला पैनल “रिक्त” हो सकता है। इस तरह के अंतरिक्ष यान में उच्च शक्ति संचार उपग्रह (उदाहरण के लिए, बाद में पीढ़ी के टीडीआरएस) और वीनस एक्सप्रेस शामिल हैं, न कि उच्च शक्ति वाले लेकिन सूर्य के नजदीक।

अंतरिक्ष यान बनाया गया है ताकि सौर पैनलों को अंतरिक्ष यान चाल के रूप में पिच किया जा सके। इस प्रकार, वे प्रकाश किरणों के सीधे रास्ते में हमेशा रह सकते हैं इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि अंतरिक्ष यान की ओर इशारा किया गया है। स्पेसक्राफ्ट आमतौर पर सौर पैनलों के साथ डिज़ाइन किया जाता है जिन्हें हमेशा सूर्य पर इंगित किया जा सकता है, भले ही अंतरिक्ष यान के बाकी हिस्सों में घूमती है, उतना ही टैंक बुर्ज को स्वतंत्र रूप से लक्षित किया जा सकता है जहां टैंक जा रहा है। सरणी को सूर्य की तरफ इशारा करने के लिए एक सौर तंत्र को अक्सर सौर सरणी में शामिल किया जाता है।

कभी-कभी, उपग्रह ऑपरेटर सौर पैनलों को उद्देश्य से “बिंदु से बाहर” या सूर्य से सीधे संरेखण के लिए उन्मुख रूप से उन्मुख करते हैं। ऐसा तब होता है जब बैटरी पूरी तरह से चार्ज की जाती है और बिजली की मात्रा से कम बिजली की मात्रा कम होती है; ऑफ-पॉइंटिंग को कभी-कभी कक्षीय ड्रैग कमी के लिए अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर भी प्रयोग किया जाता है।

Ionizing विकिरण मुद्दों और शमन
अंतरिक्ष में आयनकारी विकिरण के विभिन्न स्तर होते हैं, जिसमें फ्लेरेस और अन्य सौर घटनाएं शामिल होती हैं। चुंबकमंडल के सुरक्षात्मक क्षेत्र के भीतर कुछ उपग्रह कक्षाएं, जबकि अन्य नहीं करते हैं।

आमतौर पर इस्तेमाल सौर कोशिकाओं के प्रकार
गैलियम आर्सेनाइड आधारित सौर कोशिकाओं को आम तौर पर उद्योग में क्रिस्टलीय सिलिकॉन पर पसंद किया जाता है क्योंकि उनके पास उच्च दक्षता होती है और अंतरिक्ष में मौजूद विकिरण में सिलिकॉन की तुलना में धीरे-धीरे गिरावट आती है। वर्तमान में उत्पादन में सबसे कुशल सौर कोशिकाएं बहु-जंक्शन फोटोवोल्टिक कोशिकाएं हैं। ये सौर स्पेक्ट्रम से अधिक ऊर्जा प्राप्त करने के लिए गैलियम आर्सेनाइड, इंडियम गैलियम फॉस्फाइड और जर्मेनियम की कई परतों के संयोजन का उपयोग करते हैं। अग्रणी किनारे बहु-जंक्शन कोशिकाएं गैर-केंद्रित AM1.5G रोशनी के तहत 38.8% से अधिक और केंद्रित AM1.5G रोशनी का उपयोग करके 46% से अधिक सक्षम हैं।

अंतरिक्ष यान जिसने सौर ऊर्जा का उपयोग किया है
आज तक, प्रणोदन के अलावा सौर ऊर्जा, बृहस्पति की कक्षा की तुलना में सूर्य से कहीं आगे नहीं चलने वाले अंतरिक्ष यान के लिए व्यावहारिक रहा है। उदाहरण के लिए, जूनो, मैगेलन, मंगल ग्लोबल सर्वेक्षक, और मंगल ऑब्जर्वर ने सौर ऊर्जा का उपयोग किया क्योंकि पृथ्वी-कक्षीय, हबल स्पेस टेलीस्कॉप है। 2 मार्च 2004 को शुरू की गई रोसेटा स्पेस जांच ने बृहस्पति (5.25 एयू) की कक्षा तक अपने 64 वर्ग मीटर (6 9 0 वर्ग फीट) सौर पैनलों का उपयोग किया; पहले सबसे दूर का उपयोग 2 एयू पर स्टारडस्ट अंतरिक्ष यान था। हॉल इफेक्ट थ्रस्टर के साथ यूरोपीय चंद्र मिशन SMART-1 पर प्रणोदन के लिए सौर ऊर्जा का भी उपयोग किया गया था।

2011 में लॉन्च किया गया जूनो मिशन, बाहरी बाहरी सौर मंडल मिशनों द्वारा उपयोग किए जाने वाले परंपरागत आरटीजी के बजाय सौर पैनलों का उपयोग करने के लिए बृहस्पति (बृहस्पति पर 4 जुलाई, 2016 को) का पहला मिशन है, जो इसे उपयोग करने के लिए सबसे दूरदराज के अंतरिक्ष यान बनाता है आज तक सौर पैनल। इसमें 72 वर्ग मीटर (780 वर्ग फीट) पैनल हैं।

ब्याज का एक अन्य अंतरिक्ष यान डॉन है जो 2011 में 4 वेस्ता के चारों ओर कक्षा में गया था। इसने सेरेस तक पहुंचने के लिए आयन थ्रस्टर्स का इस्तेमाल किया था।

बृहस्पति से परे सौर संचालित अंतरिक्ष यान की क्षमता का अध्ययन किया गया है।

इंटरनेशनल स्पेस स्टेशन स्टेशन पर सबकुछ बिजली देने के लिए सौर सरणी का भी उपयोग करता है। 262,400 सौर कोशिकाओं में 27,000 वर्ग फुट (2,500 मीटर 2) अंतरिक्ष शामिल है। सौर सरणी के चार सेट हैं जो स्टेशन को बिजली देते हैं और चौथे सेट के सरणी मार्च 200 9 में स्थापित किए गए थे। इन सौर सरणी से 84 से 120 किलोग्राम बिजली उत्पन्न की जा सकती है।

भविष्य का उपयोग करता है
भविष्य के मिशनों के लिए, सौर सरणी द्रव्यमान को कम करने और प्रति इकाई क्षेत्र में उत्पन्न बिजली को बढ़ाने के लिए वांछनीय है। यह समग्र अंतरिक्ष यान द्रव्यमान को कम करेगा, और सूर्य से बड़ी दूरी पर सौर-संचालित अंतरिक्ष यान के संचालन को व्यवहार्य बना सकता है। सौर सरणी द्रव्यमान पतली फिल्म फोटोवोल्टिक कोशिकाओं, लचीली कंबल सबस्ट्रेट्स, और समग्र समर्थन संरचनाओं के साथ कम किया जा सकता है। नई फोटोवोल्टिक सेल सामग्री और सौर सांद्रता का उपयोग करके सौर सरणी दक्षता में सुधार किया जा सकता है जो घटना सूरज की रोशनी को तेज करता है। प्राथमिक अंतरिक्ष यान शक्ति के लिए फोटोवोल्टिक सांद्रता सौर सरणी वे उपकरण हैं जो फोटोवोल्टिक्स पर सूरज की रोशनी को तेज करते हैं। यह डिज़ाइन एक फ्लैट लेंस का उपयोग करता है, जिसे फ़्रेज़नेल लेंस कहा जाता है, जो सूरज की रोशनी का एक बड़ा क्षेत्र लेता है और इसे एक छोटे से स्थान पर केंद्रित करता है। एक ही सिद्धांत का प्रयोग धूप वाले दिन एक आवर्धक ग्लास के साथ आग शुरू करने के लिए किया जाता है।

सौर सांद्रता प्रत्येक सौर कोशिका पर इन लेंसों में से एक डालती है। यह बड़े सांद्रता क्षेत्र से छोटे सेल क्षेत्र तक प्रकाश केंद्रित करता है। यह एकाग्रता की मात्रा से महंगा सौर कोशिकाओं की मात्रा को कम करने की अनुमति देता है। जब प्रकाश का एक स्रोत होता है तो सांद्रता सर्वोत्तम काम करती है और सांद्रता को उस पर ध्यान दिया जा सकता है। यह अंतरिक्ष में आदर्श है, जहां सूर्य एक प्रकाश स्रोत है। सौर कोशिकाएं सौर सरणी का सबसे महंगा हिस्सा हैं, और सरणी अक्सर अंतरिक्ष यान का एक बहुत ही महंगा हिस्सा होते हैं। कम तकनीक के उपयोग के कारण यह तकनीक लागत में कटौती की अनुमति दे सकती है।