Загрузка ...Изотопные ТЭГ SNAP-11, SNAP-17 и др.
Для лунной радиоизотопной энергетической установки был разработан ТЭГ SNAP-11. Установка предназначалась для системы «Сервейер» и была выполнена в двух вариантах: для мягкой и жесткой посадок на Луну.
Тепло от центральной топливной капсулы, в которую помещено топливо Сш в танталовой обойме с запорной пробкой, передается через полость излучением на горячую поверхность термобатареи. Термоэлементы на холодном спае изолированы слоем силиконовой резины и поджимаются запорным станком. Далее тепло передается излучателю. С торцов установка окружена теплоизоляцией, помещенной в фольгу и снабженной тепловыми экранами. Для регулирования мощности установлена тепловая заслонка, через которую избыточная тепловая энергия излучается в космос. Установка успешно работала на лунной поверхности в блоке с аккумуляторной батареей и при тепловой мощности изотопа 396 вт вырабатывала мощность 19 вт (эл.), что составило к. п. д. 4,8%. Термоэлементы изготовлены из РЬТе в количестве 30 шт. и работали при температурах горячего и холодного спаев 811 и 461° К соответственно. Вес установки без радиационной защиты составлял 7,55 кГ.
Установка SNAP-11 для жесткой посадки содержала прямоугольный топливный блок из хастеллоя-С с 64 термоэлементами из Со—Si. Их оси параллельны направлению ожидаемого удара. Выбор материала термоэлемента обусловлен его более высокими, чем у халькогенидов, прочностными свойствами, несмотря на меньшую добротность. С торцов установка покрыта слоем изолятора. Бериллиевая оболочка генератора, близкая по форме к эллипсоиду вращения, проводит отработанное тепло от термоэлементов к излучающей поверхности в верхней части через медную прокладку и к поверхности смягчающего удар сильфона в нижней части. Сильфон заполнен гелием до давления 6,8 атм. Корпус генератора стягивался самозатягивающимися болтами через пружину Бельвила и листовую прокладку. Кабель выводился через штуцер.
Предполагаемые параметры генератора при тепловой мощности 250 вт составляли: полезная мощность 13 вт, к. п. д. 5,2%, напряжение 3 в, температура горячего спая 1030° С, холодного 51Г С, вес 2,8 кГ. Высокий к. п. д. получен за счет большого перепада температур, а малый вес — за счет использования Со—Si.
В 1965 г. в США создан малогабаритный изотопный ТЭГ SNAP-15A с изотопом 238Ри мощностью 1 мет (эл.) при напряжении 4,5 в, вес его 0,453 кГ, диаметр 6,35 см, высота 12,7 см и срок службы 4—5 лет. При столь малой полезной мощности большой прочностью и надежностью обладают термобатареи из металлических термопар, которые и были установлены. ТЭГ имеет вид цилиндра, внутри которого на монтажной стойке укреплены тепловой конденсатор и блок термопар. Горячие концы термопар присоединены к топливной капсуле с Ри. Все устройство окружено тепловой изоляцией. К настоящему времени изготовлено больше десятка таких ТЭГ, испытание которых показало их высокую надежность даже в суровых климатических условиях. Увеличения срока их службы предполагается достичь усовершенствованием уплотнения корпуса и электрической Изоляции. Назначение этого ТЭГ — электроснабжение устройства по выработке эталонного напряжения в течение продолжительного времени в микроэлектронных устройствах и в аппаратах «искусственное сердце».
С июля 1963 г. по 1965 г. на спутнике связи успешно работал ТЭГ SNAP-17 с изотопом 90Sr. Он вырабатывал 25—30 вт полезной мощности, имел расчетный срок службы 3—а лет и весил 13,6 кг. В режиме максимальной мощности его напряжение составляло 6,6 в, а ток 3,8 а. Установка имела высоту 31,75, диаметр 16,76 см и поверхность излучателя 0,121 м2.
Для метеорологического спутника «Нимбус-В» был создан изотопный ТЭГ SNAP-19. Внешне он представляет собой цилиндр диаметром 13,56 и высотой 24,76 см, окруженный шестью ребрами-излучателями общей площадью 0,094 м. Внутри цилиндра размещена топливная капсула с Ри, составляющая с графитовым стержнем единый тепловой блок. К этому блоку прижаты горячие спаи термобатареи из РЬТе р- и л-типов. Мощность установки 22 вт (эл.) при токе 4,65 а и напряжении 4,75 в. Срок службы этой установки оценивался в 3—5 лет. Вес установки составлял 13,6 кг. На спутнике были установлены два идёнтичных ТЭГ. Предварительно они прошли тепловые испытания на борту моделей спутника и наземные испытания с 238Ри на пригодность, к полету. Предполагалось, что в космосе они будут работать в блоке с солнечными батареями. Запуск метеоспутника «Нимбус-3» был осуществлен 18 мая 1968 г., однако он был неудачен и ракета-носитель взорвана.
Однако программа на этом не была завершена и изотопные ТЭГ SNAP-19 продолжали разрабатываться. Эти генераторы предназначены для использования на космических станциях при полете к Юпитеру ТЭГ SNAP-19, общей мощностью 120вг(эл.) и модификация SNAP-19—TAGS-85/2N для энергообеспечения аппаратуры посадочного аппарата на Марс. Последняя проектируется на мощность от 150 до 500 вт (эл.) и срок службы не менее 2 лет и будут монтироваться из нескольких раздельных блоков с тепловой мощностью каждого по 2680 вт и температурой 805° С. В них предполагается применить двухкаскадные батареи из Si—Ge и РЬТе с общим перепадом температур от 677 до 282° С и к. п. д. 4,2%. Удельная мощность 1,3 вт/кГ. Возможно увеличение температуры топлива сначала до 910° С, а затем до 1065° С. Результаты наземных испытаний SNAP-19 в течение 36 634 ч. Резкое падение мощности после 90 000 ч объясняется утечкой инертного газа из внутренней полости преобразователя, что привело к падению давления, вызвавшему рост температур на спаях термоэлементов, внутреннего сопротивления термобатареи и разрушение коммутации на горячем спае.
В качестве источника питания акустических приборов навигационных буев для трансатлантических пароходов, подводных кабелей и глубоководных измерительных приборов создан изотопный ТЭГ SNAP- 21, являющийся более совершенной модификацией установок SNAP-7A и SNAP-7E. По этой программе изготавливается серия ТЭГ мощностью 10, 20 и 60 вт (эл). ТЭГ SNAP-21 имеет форму цилиндра, внутри которого размещены четыре топливные капсулы со Sr. К ним с четырех сторон прижимаются термобатареи. Остальное пространство заполнено тепловой изоляцией. Поскольку SNAP-21 предназначен для работы под водой на глубинах до 7000 м, его корпус изготовлен из коррозионностойкого медно-бериллиевого сплава, способного выдержать большое давление, и стоек к разрушению морской водой на срок не менее 300 лет. В 1995 г. был изготовлен и успешно испытан термогенератор этой серии мощностью 10 вт (эл.). В результате использования каскадных термоэлементов, работающих при более высоких температурах горячего спая, и усовершенствования тепловой изоляции и деталей конструкции по сравнению со SNAP-7E удалось достичь более высокого к. п. д. преобразования (8—10%), уменьшить размеры, и, несмотря на увеличение мощности, несколько снизить вес установки до 227 кГ. Срок службы SNAP-21 составляет 5 лет.
Результаты длительных испытаний этих ТЭГ показывают, что за 8500 ч мощность их практически не изменялась и составляла 10,45 вт (эл.). При этом температура горячих спаев уменьшилась от 524 до 514° С при сохранении температуры холодных спаев 34,4° С.
В результате дальнейшего усовершенствования установок SNAP-7B и SNAP-7D разработан изотопный ТЭГ SNAP-23. Установка имеет цилиндрическую форму, в центре которой находится тепловой блок, состоящий из набора цилиндров с изотопом 90Sr. В плане тепловой блок имеет вид шестигранника, к сторонам которого прижимаются термобатареи. Поскольку SNAP-23 предполагается использовать в береговых морских устройствах или на автоматических плавучих метеостанциях, в конструкции нет прочного корпуса, рассчитанного на высокое давление, а это ведет к снижению стоимости на 20%.
Программа SNAP-23 предусматривает создание ТЭГ мощностью 25, 60, 100 и 200 вт (эл.) и сроком службы от 5 до 10 лет. Изготовленная к настоящему времени установка мощностью 60 вт весит 453 кГ. В этом ТЭГ, так же как и в SNAP-21, заметно существенное улучшение показателей по сравнению с его прототипами SNAP-7B и SNAP-7D, что достигнуто улучшением деталей конструкции и расширением рабочего интервала температур.
Дата публикации: 10.05.2012
Особенности и виды межкомнатных складных дверей
Варианты применения наружных LED экранов
