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电池支持行星和深空探索

经过:
Rob Gitzendanner,Ph.D.,Impering Engineering,Eaglepicher主任;熊锐普利亚,鹰眼,鹰,鹰,研发主任;和伊斯兰教徒国家客户经理Richard Meehan

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展览1:火星的电池
坚持不懈的流动站,锂离子

抽象的

EaglePicher在为发射器、卫星、漫游者、着陆器和其他空间应用提供电池和能量存储系统方面有着悠久的历史。EaglePicher在空间应用中实现了超过28亿小时的电池运行,没有发生故障。这一成功包括早期的阿波罗任务、数十年的镍氢卫星,以及非常成功的行星探索任务。伊格尔皮切尔还在一系列空间应用中使用了锂离子电池和电池,包括GPS III、火星探索漫游者(MER)的勇气号、机遇号和毅力号(表1),以及探索离地球最远的锂离子系统的朱诺任务。所有这些任务都由EaglePicher生产的高可靠性、高性能电池和电池支持。这些电池设计提供的性能、寿命、功率和能量密度是真正的任务实现;提供对任务成功至关重要的储能解决方案。在为MER漫游者提供动力超过14年之后,支持了超过25次木星轨道运行,并准备从小行星Bennu表面回收材料,为这些任务设计和开发的电池已经导致了许多科学发现。迄今为止,仅好奇号火星探测器团队就发表了400多篇论文。EaglePicher继续推动电池和电池设计的新进展,用于电源管理和控制的新电子技术,以及改进电池组装和可靠性的新技术。 Future missions will benefit from these next generation enhancements including improved safety features for both manned and unmanned missions, managed arrays of commercial-off-the-shelf cells, and high energy rechargeable and non-rechargeable chemistries. This paper reviews these mission enabling technologies, enhancements in battery designs and performance, and current and future scientific explorations enabled by the technology.

介绍

能源和电力存储对于实现太空科学和勘探的任务目标至关重要。提供的能量数量经常决定了使命的运行时间;可以执行的科学实验的数量和类型;和任务可以执行的操作环境。储能系统的尺寸和重量通常被严重限制,因为在航天器设计中严重限制了质量和体积;刚刚下台,重量增加更加困难和昂贵。一旦安装和启动,能量和蓄电系统必须高度可靠,冗余和/或性能功能可保证使命成功。在发布后更换电池通常不是一种选择。因此,空间勘探任务的电池必须:

  • 具有非常高的能量密度
  • 在宽温度范围内提供电力
  • 有长期的经营和日历生命
  • 坚固足以存活高冲击,振动和辐射环境
  • 支持所有任务要求非常可靠

EaglePicher一直在开发,资格和为超空间任务提供极其高可靠的电池,自探险家1,该国推出卫星,1958年。EaglePoicher生产用于卫星的电池,发动车辆,行星群和陆地,以及各种空间勘探方式以来,通信和观察平台。迄今为止,EAGLEPICHER电池已经在空间中展示了超过28亿台的成功操作,没有空间的一次故障。这些电池的类型和设计从极大的大,> 10,000wh,非常小,<500 mwh;含有镍镉,氢气,银锌和锂离子的化学物质。许多这些系统仍然是运行的,并且获得的科学数据量,图片和测量的量是不可估量的。本文仅突出了这些任务中的一些,电池的设计和能力使其成为可能。本文还展望了未来的能量存储系统设计,看看下一代电池,电池等系统如何满足新任务的能源和电力需求。

卫星

EaglePicher已经为600多个卫星系统提供动力,包括哈勃太空望远镜、GPS Block II和III,以及一些军事、商业和国际通信系统。EaglePicher是卫星用镍氢电池的最大生产商之一,其中一些电池仍在运行。在21世纪初,卫星系统开始向锂离子电池过渡。随着更高的能量密度和更高的工作电压,降低了高压母线的电池计数。EaglePicher用内部定制的棱镜空间电池生产电池(见表2),但也用其他供应商的电池生产电池(见表3)。随着单个卫星的尺寸减少和星座中卫星数量的增加,卫星电池的成本压力也增加了。为了解决最新的高单元数星座问题,EaglePicher开发了使用商用(COTS)圆柱形电池的电池系统,通常来自亚洲制造商。这些设计通过将不同配置的电池模块组合在一起,以满足不同的电压和能量需求,提供了可扩展性和灵活性(见表4)。这种方法降低了整体系统设计和确认成本,同时提供了显著的灵活性,以满足不断变化的系统设计。


图表2:用于空间应用的EaglePoinher制造,定制棱柱锂离子电池


展览3:EaglePicher设计和建造了空间电池,使用来自另一个供应商的大型伤口细胞


图表4:设计有脊柱电池的细胞模块(或砖块)的例子

发动车辆

银锌电池继续被用于为运载火箭的多个系统提供动力。阿特勒斯V火箭进化的主要和烟花电池一次性运载火箭,和飞行终止系统(FTS)电池阿特勒斯V火箭和三角洲二/四银锌电池由EaglePicher设计高功率和能量密度和加固的忍受发射的振动环境中(表5)。

图5:Atlas和Delta运载火箭的银锌电池

载人空间

水星,双子座和阿波罗
载人空间任务成为我们的电池的高调使用,带有EaglePoiner电池的电池,在20世纪60年代和20世纪70年代和20世纪70年代的汞,双子座和阿波罗航天飞行器中发挥着关键作用,包括登陆月球上的宇航员的旅行。当氧气罐爆炸在1970年的月球使命期间瘫痪了Apollo 13航天器时,安全返回的三个勇敢的美国宇航员在航天器上船上的鹰嘴师电池依赖。EAGLEPICHER的银锌电池为燃料电池在Apolo 13降落时提供了寿命支持和引导控制系统的电力,从而帮助宇航员安全地返回地球。

国际空间站
EAGLECHICHER SILVER-ZILC和镍氢电池用于航天飞机,并在1998年作为国际空间站(ISS)的主要电力安装。由于美国航空航天局慢慢取代镍 - 氢气,ISS电池继续提供储能储存电池用锂离子,2017年开始的过程。



展览6:猎户座船员模块电池,
大型电池

orion
美国宇航局的下一个载人空间车辆是猎户座多功能机组车辆,称为Artemis计划。这款船员模块类似于早期的Apollo-ERA载人模块,但更大,并且能够将多达六架宇航员运送到目的地,而且是火星的目的地。EaglePicher建造了两个版本的船员模块电池(图表6);基于定制的30艾级电池的大型电池电池;和利用市售圆柱形电池的较新的小型电池电池。两节电池都是名义上120 v,并提供超过3,600点的能量。电池专为极高的休克和振动环境而设计,以支持紧急中止条件,以在发射期间发生故障时将机组模块抬到安全。大型电池电池已经支持2014年推出的猎户座(EFT-1)的第一个实验试验飞行,目前正在安装以支持下一个工程代表团(EM-1),当时它在月球周围航班时。小型电池电池将完全合格,并为第一个载人任务做好准备,以准备回归月球,近地球对象和小行星的探索,并将宇航员带到火星。

深空探索

火星


展品7:火星着陆器,洞察号
电池,使用类似的设计
凤凰号任务

火星为美国宇航局和其他国际空间机构的许多任务都是肥沃的地面。研究火星的几个着陆器,轨道和流浪者,寻找水源和生命迹象,由EaglePoiner电池供电。2003年推出,火星勘探群(MER)精神和机会于2004年初降落在表面上。专为最低90天的使命而设计,两名船群送回了令人难以置信的图片,提供了表面上流动水的证明火星一次,并继续扩大我们对地球的理解,深化我们的愿望,让人类探索。两个流浪者都经过两台10 AH,28倍电池供电。电池由太阳能电池板充电;并且需要提供通过防尘暴生存所需的高功率,在火星表面上行驶,执行科学实验,并将所有累积数据传输回地球。虽然只有期望持续持续时间短,但船长远远超过预期,终于在14多年后终于停止运营,并在表面上超过28英里。2006年由火星科学实验室的好奇心加入,很快马尔斯2020虎臂坚持不懈,马氏面条上的人造车辆继续推动EaglePoin的电池。两位着陆器,凤凰和洞察力,也在火星上运行,由EaglePoiner电池(展览7)提供动力。 Due to the length of these missions, and the low temperatures the batteries are exposed to, these lithium-ion systems are specially formulated and qualified to operate as low as -30°C (-22°F).


展览8:60Ah,电池
朱诺使命对木星

木星
Juno Termence于2011年开始,开始为Jupiter的五年航行,开始深入研究木星的组成,形成和重力和磁场。由大型太阳阵列提供动力,从太阳能发电中使用了最远的是,航天器有两种60 AH,28 V锂离子电池(展览8),以在其Jovian轨道的日食部分期间提供浪涌动力和能量。由于工艺的衬里屏蔽区域中的空间限制,电池位于车辆的外部,其中它们暴露于来自木星的大量高水平的辐射。该化学和类似的细胞已经证明了对γ-辐射水平高达25mRad的耐受性,容量损失低于10%。电池在这种恶劣环境中运作的能力对于使命成功至关重要。迄今为止,从朱诺返回的图片和视频的令人难以置信的模式和极端细节已经惊讶于公众,并且由于这项任务而产生超过400个科学出版物。

结论

这些只是一些由EaglePicher电池供电的航天器和任务。自20世纪50年代以来,EaglePicher一直在提供各种形状、大小、化学成分和能力的电池,以支持太空任务。通过归还无数的图片、视频、测量和观察,科学发现的数量大大提高了我们对我们的行星、太阳系和整个宇宙的理解。针对每个任务的独特要求和限制,可以提供广泛的电池和电池类型、化学物质和设计。EaglePicher是高性能、可执行任务的电池和储能系统的领先供应商,并继续支持对勘探和新发现的无休止的追求。