energia az orbithoz

Műholdak, mint például a Berlin Műszaki Egyetem ehhez a kis műholdjához, akkor az akkumulátorokra vannak utalva, amikor pályájuk során az árnyékban haladnak, és napelemeik nem képesek energiát termelni.

A „SpaceBox“ középpontjában egy innovatív lítium-szulfid technológián alapuló akkumulátormodul áll. Ezek az akkumulátorok azonos súly mellett jelentősen több energiát képesek tárolni, mint a ma általánosan használt lítium-ion akkumulátorok. Összehasonlításképpen: a TU Berlin TUBIN műholdjának ábrázolt akkumulátortartójában jelenleg két lítium-ion akkumulátorcsomag található.

A TU Berlin egyik fő területe a akkumulátorkezelő rendszer, amely figyelemmel kíséri a cellák feszültségét, áramát, hőmérsékletét és töltöttségi állapotát, így biztosítva a biztonságos működést az űrben. A fejlesztés többek között a TUBIN sikeres műholdküldetéseinek tapasztalataira épül. Itt látható a teljesen integrált TUBIN műhold a Űrtechnikai Tanszék laborjában.

A műholdak megbízható energiatárolókra támaszkodnak: amikor a pályájukon az árnyékba kerülnek a Föld árnyékában, napelemeik nem képesek energiát termelni. Az akkumulátorok áthidalják ezeket a szakaszokat, és támogatják a működést akkor is, amikor rövid távon több teljesítményre van szükség, mint amit a napelemek képesek biztosítani. A „SpaceBox” kutatási projekt keretében egy berlini konzorcium, tudomány és ipar együttműködésében, egy új űrkutatási akkumulátor-generációt fejleszt. A cél egy integrált akkumulátorrendszer, amely lényegesen könnyebb és erősebb, mint a mai megoldások, miközben megfelel a világűr magas követelményeinek.

Több energia kevesebb súly mellett

A „SpaceBox” középpontjában egy teljesen integrált akkumulátormodul áll, innovatív lítium-szulfúr technológián alapulva. Ezek az akkumulátorok ugyanakkora súly mellett jelentősen több energiát képesek tárolni, mint a mai általános lítium-ion akkumulátorok. Ez egy döntő előny a műholdak számára: minden megtakarított kilogramm csökkenti az űrbe juttatás költségeit, és lehetőséget teremt további hasznos tömeg, hosszabb küldetések vagy kisebb, olcsóbb műholdplatformok számára. A projektben alkalmazott és továbbfejlesztett lítium-szulfúr technológia energiasűrűsége több mint 300 wattóra kilogrammonként (Wh/kg) lehet. Összehasonlításképpen: a legtöbbször használt lítium-ion akkumulátorok jellemzően 150 Wh/kg-t érnek el.

Próbatételek űrviszonyok között

A projekt végén egy minősített demonstrátor mutatja majd be, hogy a technológia alkalmas a jövőbeli űrmissziókra. Ennek érdekében a berlini Technische Universität űrkutatási szakterülete teszteli az akkumulátorcellákat, elektronikát, az akkumulátorkezelő rendszert és a teljesen integrált modult valósághű űrbeli körülmények között.

A fókuszban a Föld körüli pályán, az úgynevezett Low Earth Orbiton (LEO) végbemenő alkalmazások állnak, ahol a legtöbb műhold mozog, valamint a tőlük távolabbi lehetőségek. Ahogy távolodunk a Földtől, a mágneses tér védőhatása csökken, így a sugárzás terhelése jelentősen nő. Ez teljesítménycsökkenést, hibákat vagy elektronikus rendszerek meghibásodását okozhatja.

A űrbiztonsági vizsgálatok közé tartoznak többek között a hő-vakuum-, sokk- és rezgéstesztek, töltés-ürítés ciklusok, valamint a sugárzásállósági próbák. Ezek célja a rendszer teljesítményének igazolása a valós küldetési körülmények között, valamint a működési határok meghatározása.

Az TU Berlin vállalja a rendszerintegrációt

A berlini Technische Universität űrkutatási szakterülete, mint rendszerintegrátor, központi szerepet tölt be a konzorciumban. Meghatározza az akkumulátormodul követelményeit, fejleszti az akkumulátorkezelő rendszert, koordinálja a minősítési teszteket, és felelős a teljes rendszer integrációjáért.

„A SpaceBox-szal összekapcsoljuk hosszú évek tapasztalatát a műholdrendszerek fejlesztésében egy ígéretes akkumulátortechnológiával” – mondja Philipp Werner, a rendszermérnök a berlini TU űrkutatási szakterületén. „Célunk egy teljesen integrált és űrkutatásra minősített energiatárolórendszer kifejlesztése, amely jövőbeli műholdküldetések hatékonyabbá és eredményesebbé teszi.”

Biztonság és felügyelet az orbitális pályán

Az TU Berlin egyik különösen fontos területe a akkumulátorkezelő rendszer. Ez biztosítja, hogy az akkumulátor biztonságosan és megbízhatóan működjön az űrben. Ennek érdekében folyamatosan figyeli a fontos értékeket, mint a feszültség, áram, hőmérséklet és a töltöttség az egyes cellákban. Így a rendszer időben felismeri, ha valami nem a tervek szerint alakul, és megfelelő védelmi intézkedéseket léptet életbe. Emellett kiegyenlíti az egyes cellákat, hogy azok egyenletes terhelést kapjanak. Ez hozzájárul a rendszer teljesítményének és élettartamának megőrzéséhez – még a különleges űrbeli körülmények között is. A fejlesztés az űrkutatási szakterület saját fejlesztéseiből származó tapasztalatokra épül, amelyek a sikeres TechnoSat és TUBIN műholdküldetéseken is alkalmazásra kerültek. Ehhez már rendelkezésre áll egy széles körű, minősített hardver- és moduláris szoftverkatalógus, amelyet a projekt során továbbfejlesztenek.

Jó együttműködés

„Különösen az űrkutatási alkalmazásokhoz fejlesztett akkumulátorcellák esetében gyakran kell nemzetközi partnerekhez fordulnunk” – mondja Philipp Werner. „Egy kompetens hazai partner, aki a jövőben akár az űrminősített celláinkat is kínálhatja, már önmagában nagy előnyt jelent a német űrkutatási projektek számára.” A projekt partnerei a berlini Technische Universität űrkutatási szakterülete, a theion GmbH, amely kifejlesztette az új típusú akkumulátorcellákat, valamint a Space Structures GmbH, amely könnyű és tartós házat fejlesztett ki. A projektet a Német Szövetségi Kutatás-, Technológia- és Űrkutatási Minisztérium támogatja a Német Repülési és Űrközpont (DLR) révén mintegy 3 millió euróval, és 30 hónapon keresztül valósul meg.

Hosszú távú tapasztalat kis műholdakban és tudományos utánpótlás

A berlini TU űrkutatási szakterülete hosszú évek óta foglalkozik kis műholdak fejlesztésével, gyártásával, verifikációjával és üzemeltetésével. 1991 óta 31 kis műholdat indítottak sikeresen, amelyek közül sok a TU Berlin közreműködésével valósult meg. Jelenlegi kutatási területek között szerepelnek a CubeSat- és mikroműhold platformok, valamint a Hold- és Vénusz-missziók. A fókuszban többek között a robusztus űrkutatási elektronika, rendszerintegráció és a sugárzásállóság kérdései állnak.

Technológiai célokon túl a „SpaceBox” hozzájárul a tudományos szakemberek képzéséhez is. A doktoranduszok és hallgatók aktívan részt vesznek a kutatási munkában. Terveznek például három hallgatói asszisztens pozíciót, akik a projekt során szakértelmet szereznek az elektrokémiai tárolástechnológiák, akkumulátorkezelés, űrrendszerek és rendszerintegráció területein.