"Tianhe Core Module" הושק בהצלחה!איך פותרים את בעיית השימוש באנרגיה בתחנת החלל ועד כמה זה בטוח?

ב-29 באפריל, רקטת ה-Long March 5B Yao-2 נשאה את מודול ליבת תחנת החלל Tianhe לאוויר בהצלחה באתר שיגור החלל Wenchang בסין.זהו רגע היסטורי נוסף בהיסטוריה של טיסת החלל המאוישת של ארצי לאחר הצלחתה המלאה של הטיסה הראשונה של רקטת הנושא Long March 5B במאי 2020.

        תחנת החלל המאוישת בסין, המכונה תחנת החלל של סין או תחנת החלל טיאנגונג, היא מערכת מעבדת חלל עם מאפיינים סיניים המורכבת במסלול.גובה המסלול של תחנת החלל הוא 400-450 קילומטרים, זווית הנטייה היא 42-43 מעלות, תחנת החלל המאוישת נקראת "טיאנגונג", וחללית המטען נקראת "טיאנג'ואו".תחנת החלל של סין משתמשת ב-"מודול ליבת טיאנה", "מודול ניסוי ונטיאן" ו-"מודול ניסוי מנגטאני" בעל שלושת הקבינה בתור התצורה הבסיסית.

        מודול הליבה Tianhe הוא מרכז הפיקוד והבקרה של תחנת החלל העתידית.חיי היומיום של האסטרונאוטים יתבצעו כאן, ויערכו כאן ניסויים מסוימים במדעי החלל וניסויים טכניים.על מנת להפוך את החיים ארוכי הטווח של האסטרונאוטים בחלל לנוחים יותר, מודול הליבה מספק שטח של כ-50 מ"ק לאסטרונאוטים לעבוד ולגור.בנוסף לשדרוג אזור השינה, נוספו גם מתחם תברואה מיוחד ומתחם ספורט.בנוסף, ניתן לחבר WIFI לאינטרנט בתא הליבה.עם מערכת כה ענקית, הדרישה לחשמל משודרגת בהתאם לכמעט פי שלושה מזה של "טיאנגונג מס' 2", הדורש הגנת חשמל חזקה.

        בחלל, מקור האנרגיה היחיד למודול הליבה הוא אנרגיה סולארית. לכן, תא הליבה של Tianhe מצויד בשני זוגות של כנפי תאים סולאריים בשטח גדול, עם שטח כנף בודד של 67 מ"ר.היא ממירה אנרגיית שמש לאנרגיה חשמלית באזור המואר לשימוש בכל תא הנוסעים, ובמקביל אוגרת אנרגיה לסוללה לשימוש כאשר תא הליבה טס לאזור המוצל.קיבולת ייצור החשמל הראשונית של שתי קבוצות אלה של כנפי תאים סולאריים עלתה על 18,000 וואט, עלתה בהרבה על כל חללית קודמת בסין.

מוטת הכנף האחת של אגף הסוללה הסולארית של "Tiangong-2" היא רק 3 מטרים, ופריסת הכנף של כנף הסוללה של תא הליבה של Tianhe גדלה ל-12.6 מטרים.שטח הטעינה של רכב השיגור מוגבל, והמפתחים יישמו את כנפי הסוללה הסולארית הגמישות של פריסה רב-ממדית ורב-שלבית לראשונה בסין, והבעיה הזו נפתרה בצורה גאונית.נהנה מהיישום של תאים סולריים גליום ארסניד עם צומת משולש עם יעילות המרה פוטו-אלקטרית,הם, יחד עם סוללות ליתיום-יון באנרגיה בעלת אנרגיה גבוהה, יוצרים מערכת כוח חזקה כדי לספק ייצור חשמל אמין ומספק לתחנת החלל.

תפקיד מיוחד נוסף של כנף הסוללה הסולארית של תא הליבה הוא שניתן לפרק את כל הכנף ולהעביר אותה במהלך המסלול.בהתחשב בכך שכנפי התא הסולארי של תא הליבה ייחסמו לאחר השלמת בניית תחנת החלל הבאה, שתשפיע על ייצור החשמל, ניתן לפרק את שתי כנפי התאים הסולאריים ולהעביר אותם אל מחוץ לבקתה על ידי האסטרונאוטים והזרועות הרובוטיות , ומותקן בזנב תא הניסוי לשיגורים הבאים.על המסבך, ערוץ אספקת החשמל נבנה מחדש על המסלול כדי לממש את הפונקציה של הרחבת האנרגיה על המסלול.

תחנת החלל פועלת ביציבות במשך זמן רב במסלול, והאסטרונאוטים נשארים זמן רב.בטיחות התחנה היא הנושא הקריטי ביותר.כאשר תחנת החלל נקלעת לאזור צל שבו לא ניתן להקרין את השמש, סוללת הליתיום-יון אחראית על הפעלת תא הנוסעים כולו.כיצד להבטיח את בטיחות הסוללה?

חוקרים מצאו פתרון לאחר מחקר ארוך טווח.הם תכננו אחיים ארוכים, בעל קיבולת גדולה, בטיחות גבוההסוללת ליתיום-יון העונה על הצרכים התפעוליים של תחנת החלל.הסוללה משתמשת בדאפרגמה קרמית, בעלת השפעה טובה של מניעת קצרים פנימיים.במקביל, נעשה שימוש בחומרים מעכבי בעירה בחבילת הסוללות כדי למנוע מהסוללה להישרף עקב טמפרטורות גבוהות.

דווח כי בתא הליבה של תחנת החלל יש 6 סטים של סוללות ליתיום-יון, כל אחת עם 66 תאים בודדים.החוקרים תכננו גם מערכת חכמה לניהול סוללות ליתיום כדי להשיג בקרת טעינת סוללות ליתיום ברמת דיוק גבוהה, אמינות גבוהה ובטיחות גבוהה.מנגנון ההגנה התלת-מפלסי מופעל כאשר הסוללה נטענת, וניטור טמפרטורה מיושם.כאשר טמפרטורת הטעינה גבוהה מערך הטמפרטורה הבטוחה שהוגדרה, הסוללה תיטען מיד.

במהלך פעילותה במסלול של תחנת החלל במשך יותר מ-10 שנים, אסטרונאוטים צריכים להחליף מעת לעת סוללות ליתיום במסלול.כיצד להבטיח פעולה בטוחה של אסטרונאוטים מבלי להשפיע על אספקת החשמל הרגילה של תחנת החלל?המפתחים סיפקו "ביטוח כפול" לפעולת החלפת סוללת הליתיום.לתא הליבה יש שני ערוצי חשמל.כאשר יש צורך להחליף את אחד הערוצים בסוללה, הערוץ השני משמש כספק הכוח הראשי.בכל ערוץ חשמל, כאשר יש צורך להחליף את הסוללה בכל יחידה, היחידה כבויה, ושתי היחידות הנותרות יכולות להבטיח את אספקת החשמל הרגילה של ערוץ זה.

בנוסף, החוקרים התקינו שני מתגים מפולחים מקבילים במודול סוללת הליתיום-יון.על ידי הפחתת המתח של ערכת הסוללות לטווח המתח הבטוח של גוף האדם, היא עומדת בדרישת מתח הבטיחות של 36 וולט של גוף האדם ומגינה על האסטרונאוטים בשטח.בטיחות אישית במהלך תחזוקת מסילות.

לאחר שיגור מודול הליבה בהצלחה, המשימה הבאה תהיה חללית המטען "Tianzhou II", ולאחר מכן תשוגר החללית המאוישת.לאחר שה-"Tianzhou II" יעגן עם מודול הליבה, הוא ישא שלושה אסטרונאוטים.גם החללית "שנז'ו XII" תיכנס לשלב הכנת השיגור.השיגור של מודול הליבה Tianhe פתח רשמית את ההקדמה לבניית תחנת החלל של סין, והיה גם אבן דרך חשובה בהיסטוריה של הטיסה המאוישת של סין.זה סימן שבניית תחנת החלל של ארצי נכנסה לשלב של יישום מלא והניחה בסיס איתן למשימות הבאות.