ТУРБОГЕНЕРАТОРНАЯ СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ ДЛЯ ОРБИТАЛЬНОЙ ТРАНСПОРТНО-ЗАПРАВОЧНОЙ СТАНЦИИ

© Н.Е.Третьяков, Г.А.Щеглов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и научное прогнозирование"
2016 г.

Для создания многоразовой транспортной системы Третьяковым Н. Е. была предложена концепция комплекса, состоящего из орбитальной транспортно-заправочной станции (ОТЗС), орбитального металлургического завода (ОМЗ), многоразовых носителей и межорбитальных автоматических грузовых кораблей (АГК). Центральным элементом данного комплекса является ОТЗС. ОМЗ - логическая и экологическая «точка» в технологическом цикле ОТЗС: производя из отходов производственно-транспортной деятельности ОТЗС ферменные конструкции для различных КА (в т. ч. — и для ОТЗС и ОМЗ), он не только делает её безотходной и позволяет обойтись без доставки с Земли аналогичных конструкций в околоземное пространство, но и прекращает засорение околоземного пространства «рукотворным мусором». Циклограмма работы ОТЗС предполагает значительное энергопотребление для проведения основных операций: электролиз воды с целью получения жидкого водорода и кислорода для заправки многоразовых носителей и КА; такелажные работы с крупногабаритными конструкциями большой массы; испытания КА перед их выводом на рабочую орбиту; работа ремонтных мастерских; жизнеобеспечение экипажа; работа бортовых систем.

Т. о., одной из основных проблем при проектировании ОТЗС является выбор источника электроэнергии мощностью не менее 2000 кВт. Наилучшим вариантом электростанции космического базирования, который в должной мере подходит для работы в составе ОТЗС, на данный момент является солнечная электростанция (СЭС) с оптическим концентратором и машинным преобразователем, т. к. полупроводниковые СЭС не обладают достаточными мощностью и к.п.д., а ядерные источники энергии не применимы на околоземной орбите по экологическим причинам.

В данном докладе рассматривается возможность применения в составе ОТЗС турбогенераторной СЭС на базе параболоцилин-дрического солнечного концентратора (ТСЭСП), предложенного Щегловым Г.А. и Поповым А.С. и защищённого патентом № 2298738 от 27.12.2002, и турбогенераторного агрегата, в котором вместо обычной паровой турбины используется винтовая расширительная машина, обеспечивающая высокий к.п.д. проточной части в широком диапазоне параметров пара, в т. ч. — и влажного пара (0.7-0.9, в данном случае — 0,82). Основным элементом данной ТСЭСП является энергоблок на основе параболоцилиндрического концентратора, обладающий следующими характеристиками:

1) для заданных габаритов концентратора (10х40 м) расчётная максимальная электрическая мощность может составить 167 кВт при использовании в качестве теплоносителя воды и термодинамического цикла с двумя ступенями промежуточного перегрева пара (что обеспечивается трёхтрубным коллектором-испарителем Щеглова Г.А.), благодаря чему энергоблок имеет три турбогенератора электрической мощностью 50, 50 и 100 кВт, вырабатывающих в выбранном режиме 41, 43 и 83 кВт электроэнергии соответственно;

2) для охлаждения генераторов и конденсатора используется газообразный азот, охлаждаемый в специальном теплообменнике ожижительного модуля испарившимся водородом на его пути к ожижителю;

3) наличие в составе ТСЭСП машинного преобразователя позволит производить электроэнергию как постоянного, так и переменного тока, что может обеспечить большую живучесть и надежность ОТЗС.

16 таких энергоблоков (сгруппированных в 4 сборки по 4 блока, расположенных на радиальных торцевых фермах кормовой части каркаса ОТЗС) вырабатывают мощность 2672 кВт > 2000 кВт.