국제 우주 정거장의 전기 시스템

Electrical system of the International Space Station
국제우주정거장 태양광 어레이 윙 (2008년 8월 승무원 17명 증원).
지구 지평선을 가로지르는 ISS 태양 전지판.

국제우주정거장의 전기시스템은 승무원들이 편안하게 살 수 있고, 우주정거장을 안전하게 운영하고, 과학실험을 할 수 있게 해주기 때문에 국제우주정거장의 중요한 자원이다.ISS 전기 시스템은 태양전지를 사용하여 햇빛을 전기로 직접 변환합니다.다수의 셀이 어레이로 조립되어 높은 전력 레벨을 실현합니다.태양 에너지를 이용하는 이 방법은 태양광 발전이라고 불립니다.

태양광을 모아 전기로 전환하고 전기를 관리·배급하는 과정에서 우주선 장비를 손상시킬 수 있는 여분의 열이 축적된다.궤도에 있는 우주정거장의 안정적인 작동을 위해 이 열을 제거해야 한다.ISS 전원 시스템은 방사기를 사용하여 우주선으로부터 열을 방출합니다.라디에이터는 햇빛으로부터 그늘지고 깊은 공간의 차가운 보이드를 향해 정렬됩니다.

솔라 어레이 날개

접힌 태양전지 어레이의 근접도.
P6 솔라 어레이 날개 4B의 파손은 STS-120 임무의 최종 위치로 옮겨진 후 재배치될 때 발견됐다.
다음 항목도 참조하십시오.통합 트러스 구조 truss 트러스 서브시스템 및 롤아웃 솔라 어레이

각 ISS 태양 전지 날개(종종 "SAW"로 약칭됨)는 돛대가 사이에 있는 두 개의 접이식 태양 전지 "블랭크"로 구성됩니다.각각의 날개는 우주에서 배치된 것 중 가장 큰 것으로 무게가 2,400파운드가 넘으며 각각 4,100개의 다이오드를 가진 8cm 평방미터 크기의 태양 전지판을 사용한다.완전히 확장되었을 때, 각각의 길이는 35m(115ft), 폭은 12m(39ft)입니다.각 SAW는 거의 31킬로와트([1]kW)의 직류 전력을 생성할 수 있습니다.각 날개가 접히면 높이가 51cm(20인치)이고 [2]길이가 4.57m(15.0피트)에 불과한 태양 전지 담요 상자로 접힙니다.

8개의 태양 전지[3] 날개를 모두 합치면 직사광선에서는 약 240kW, 즉 평균 약 84120kW의 전력(햇빛과 [4]그늘 사이를 순환)을 생산할 수 있다.

태양 어레이는 보통 태양을 추적하는데, 우주 정거장이 지구 주위를 이동할 때 태양을 따라가는 1차 회전으로 사용되는 "알파 짐벌"과 황도에 대한 우주 정거장의 궤도의 각도를 조절하는 데 사용되는 "베타 짐벌"이 있습니다.전체 태양 추적에서 드래그 감소 모드(야간 활공기 및 썬 슬라이서 모드) 및 [citation needed]고도를 낮추는 데 사용되는 드래그 최대화 모드까지 다양한 추적 모드가 작동에 사용됩니다.

시간이 지남에 따라 날개의 광전지는 15년의 수명을 위해 설계되어 점차 열화되었습니다.이것은, 2000년(STS-97)과 2006년(STS-115)[5]의 P6 및 P4 트러스에서 최초로 개시된 어레이에서 특히 두드러집니다.

STS-117은 2007년에 S4 트러스 및 솔라 어레이를 납품했습니다.

STS-119(ISS 조립 비행 15A)는 2009년 3월에 제4세트의 태양광 어레이와 배터리와 함께 S6 트러스(Truss)를 스테이션에 인도했다.

가장 오래된 날개를 늘리기 위해 NASA는 한 쌍을 발사했고 2021년 6월 초부터 2022년 말까지 세 번의 스페이스X 드래곤 2 화물선, 스페이스X CRS-22, CRS-25, CRS-26에 실려 두 쌍의 대형 롤아웃 솔라 어레이를 추가로 발사할 예정이다.이들 어레이는 날개 길이의 [6]3분의 2까지 날개 중앙부를 따라 배치하도록 설계되어 있습니다.솔라 어레이 날개를 고정하는 트러스 마스트 캔에 iROSA의 지지 브래킷을 설치하는 작업은 2021년 [7][8]2월 말 Expedition 64호의 승무원에 의해 시작되었습니다.6월 초에 첫 번째 어레이 쌍이 전달된 후, Expedition 65의 Shane Kimbrough와 Thomas Pesquet이 어레이 [9]배치의 기술적 문제로 인해 2B 전력 채널과 P6 트러스 마스트 캔에 하나의 iROSA를 배치하기 위해 6월 16일에 실시한 우주 유영은 조기 종료되었습니다.[10][11]

P6 트러스 줌 카메라로 본 ISS의 새로운 롤아웃 솔라 어레이

6월 20일 우주 유영에서는 첫 번째 iROSA가 성공적으로 배치되어 스테이션의 전력 [12][13][11]시스템에 연결되었습니다.6월 25일 우주 유영에서 우주비행사들은 첫 번째 iROSA [14][11]반대편 4B 돛대에 두 번째 iROSA를 성공적으로 설치하고 전개하는 것을 보았다.

배터리

우주 정거장은 직사광선을 쬐지 않는 경우가 많기 때문에, 궤도의 "이클립스" 부분(매 90분 궤도의 35분) 동안 지속적인 전력을 공급하기 위해 충전식 리튬 이온 배터리(초기 니켈 수소 배터리)에 의존합니다.

S4, P4, S6 및 P6 트러스 위에 위치한 각 배터리 어셈블리는 24개의 경량 리튬 이온 배터리 셀과 관련된 전기 및 기계 [15][16]장비로 구성됩니다.각 배터리 어셈블리의 명판 용량은 110Ah(396,000C)(원래 81Ah) 및 4kWh(14MJ)[17][18][19]입니다.이 전원은 각각 BCDU와 DCU를 통해 ISS에 공급됩니다.

배터리는 본 발전소에 생명 유지 시스템 및 실험을 지속할 수 있는 전력이 없는 경우가 없도록 보장합니다.궤도의 햇빛 부분 동안, 배터리는 충전됩니다.니켈 수소 배터리와 배터리 충전/방전 장치는 [21]Boeing과 계약하여 Space Systems/Loral(SS/L)[20]에서 제조했습니다.P6 트러스 Ni-H2 배터리는 2009년과 2010년에 우주왕복선 [19]임무에서 가져온 더 많은 Ni-H2 배터리로 교체되었다.니켈 수소 배터리의 설계 수명은 6.5년이며 35%의 방전 깊이에서 38,000 충전/방전 주기를 초과할 수 있습니다.그들은 예상되는 [22][18]30년의 역사 수명 동안 여러 번 교체되었다.각 배터리는 40x36x18인치(102x91x46cm)[23][18]로 측정되며 무게는 170kg입니다.

2017년부터 2021년까지 니켈 수소 배터리는 리튬 이온 [19]배터리로 대체되었다.2017년 1월 6일 Expedition 50 멤버인 Shane Kimbrow와 Peggy Whitson은 ISS에서 가장 오래된 배터리 중 일부를 새로운 리튬 이온 [19]배터리로 전환하는 과정을 시작했다.탐험대 64 멤버 빅터 J. 글로버와 마이클 S. 홉킨스는 2021년 [24][25][26][27]2월 1일 캠페인을 마무리했다.두 배터리 기술 사이에는 많은 차이가 있습니다.한 가지 차이점은 리튬 이온 배터리는 두 배의 충전을 처리할 수 있기 때문에 교환 [19][18]시 필요한 리튬 이온 배터리의 수는 절반에 불과하다는 것입니다.또한 리튬 이온 배터리는 오래된 니켈 수소 [19]전지보다 작다.Li-Ion 배터리는 일반적으로 Ni-H2 배터리보다 수명이 짧지만, ISS Li-Ion 배터리는 6.[19][18]5년의 설계 수명보다 훨씬 긴 60,000 사이클과 10년 동안 설계되었습니다.

전원 관리 및 배전

ISS 배전

전원 관리 및 분배 하위 시스템은 솔라 어레이의 피크 전력점인 V로 설정된 기본mp 버스 전압으로 작동합니다.2005년 12월 30일 현재 V는mp 160V DC(직류)입니다.어레이가 이온화 방사선에 의해 열화됨에 따라 시간이 지남에 따라 변화할 수 있습니다.마이크로프로세서 제어 스위치는 스테이션 전체의 [citation needed]1차 전력 배분을 제어합니다.

배터리 충전/방전 유닛(BCDU)은 배터리의 충전량을 조절합니다.각 BCDU는 2개의 배터리 ORU(각각 38개의 직렬 연결2 Ni-H 셀 포함)에서 방전 전류를 조절할 수 있으며, 우주 정거장에 최대 6.6kW를 공급할 수 있습니다.일사 중 BCDU는 배터리에 충전 전류를 공급하고 배터리 과충전량을 제어합니다.BCDU와 배터리는 매일 16번의 충전/방전 사이클을 거칩니다.우주정거장에는 각각 100kg의 [20]24개의 BCDU가 있다.BCDU는 SS/L에[20] 의해 제공됩니다.

시퀀셜 션트 유닛(SSU)

82개의 독립된 솔라 어레이 스트링은 원하는mp V에서 거친 전압 조절을 제공하는 순차 션트 유닛(SSU)을 공급한다.SSU는 스테이션의 부하가 감소함에 따라 증가하는 "덤미"(저항) 부하를 가하기 때문에 어레이는 일정한 전압과 [28]부하로 동작합니다.SSU는 SS/[20]L에 의해 제공됩니다.

DC-DC 변환

DC-DC 변환 장치는 124.5V DC로 2차 전원 시스템을 공급하여 1차 버스 전압이 솔라 어레이의 피크 전력점을 추적할 수 있도록 합니다.

서멀 컨트롤

열 제어 시스템은 주 배전 전자 장치와 배터리 및 관련 제어 전자 장치의 온도를 조절합니다.이 서브시스템의 상세한 것에 대하여는, 「External Active Thermal Control System」(외부 액티브 서멀 컨트롤 시스템)을 참조해 주세요.

스테이션에서 셔틀로 동력 전달 시스템

2007년부터 우주정거장 간 동력전달시스템(SSPTS; 발음된 스피트)은 도킹된 우주왕복선이 국제우주정거장의 태양전지 어레이에 의해 공급되는 전력을 사용할 수 있도록 했다.이 시스템을 사용하면 우주왕복선이 우주정거장에 추가로 4일 [29]동안 도킹할 수 있도록 우주왕복선의 선내 발전용 연료전지 사용을 줄일 수 있었다.

SSPTS는 조립 전력 변환 장치(APCU)를 동력 전달 장치(PTU)라고 불리는 새로운 장치로 대체한 셔틀 업그레이드였다.APCU는 셔틀 28VDC 주 버스 전력을 ISS의 120VDC 전원 시스템과 호환되는 124VDC로 변환할 수 있는 용량을 가지고 있었습니다.이것은 러시아 즈베즈다 서비스 모듈에서 사용할 수 있는 전력을 증가시키기 위해 우주 정거장의 초기 건설에 사용되었다.PTU는 ISS가 공급하는 120VDC를 오비터의 28VDC 주 버스 전력으로 변환하는 기능을 추가합니다.우주정거장에서 궤도선으로 최대 8kW의 전력을 전달할 수 있다.비록 ISS가 더 이상 궤도선의 전력 [citation needed]시스템을 사용하지 않아도 되지만, 이 업그레이드로 셔틀과 ISS는 필요할 때 서로의 전력 시스템을 사용할 수 있게 되었다.

2006년 12월 STS-116 임무 중 PMA-2(당시 Destiny 모듈의 프론트 엔드에 있음)는 SSPTS를 [30]사용할 수 있도록 배선되었습니다.이 시스템을 실제로 사용한 첫 번째 임무는 우주왕복선 엔데버호와 [31]함께 한 STS-118이었다.

오직 디스커버리호와 인데버호만이 SSPTS를 갖추고 있었다.아틀란티스호는 SSPTS를 장착하지 않은 유일한 생존 우주왕복선이었기 때문에 나머지 [32]함대보다 짧은 길이의 임무만 수행할 수 있었다.

레퍼런스

  1. ^ "Spread Your Wings, It's Time to Fly". NASA. July 26, 2006.
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  32. ^ Gebhardt, Chris (November 16, 2009). "Fuel Cell 2 issue cleared – Atlantis in perfect launch". NASAspaceflight.com.

외부 링크

  1. ^ "Schedule of ISS flight events (part 2)". forum.nasaspaceflight.com. Retrieved 2022-07-31.
  2. ^ https://www.roscosmos.ru/38032/. {{cite web}}:누락 또는 비어 있음 title=(도움말)