Специалисты Института электродвижения МФТИ разработали аккумуляторную батарею для пилотируемого транспортного корабля «Орел». Проект реализуется в рамках договора университета с ракетно-космической корпорации «Энергия». Аккумуляторная батарея относится к классу сверхлегких и весит всего 30 кг. Для сравнения: аналогичные по мощности и конструкции накопители энергии имеют массу около 43 кг.
ПТК «Орел» предназначен для доставки людей и грузов на космические станции к околоземной орбите, а также является одним из ключевых элементов существующей российской лунной программы. Он должен прийти на смену пилотируемым кораблям серии «Союз». По данным РКК «Энергия», космический корабль сможет до года находиться в составе орбитальной станции на низкой околоземной орбите (НОО), а также до 180 суток — в составе окололунной станции. В автономном полете модификация для НОО способна пробыть до 30 суток, а лунная — до 10.
В процессе реализации проекта в Институте электродвижения МФТИ создан опытный образец аккумуляторной батареи ПТК «Орел». Для определения облика накопителя энергии инженеры использовали технологии компьютерного моделирования с разработкой цифрового двойника изделия. Применение этой технологии позволило существенно сократить сроки и снизить стоимость проведения лабораторных отработочных испытаний.
Аккумуляторная батарея для пилотируемого транспортного корабля «Орел». Фото: Пресс-служба МФТИ
«Внутри аккумуляторной батареи установлено 48 параллельно-последовательно соединенных литий-ионных аккумуляторов с высокой удельной энергией, которые были специально разработаны для использования в составе этой батареи. Эти аккумуляторы устойчивы к внешним воздействующим факторам космического пространства — вакууму и перепадам температур. Кроме блока аккумуляторов, внутри батареи расположен блок электроники. Внешний корпус обеспечивает стойкость к механическим нагрузкам», — поясняет главный конструктор изделия Олег Архипенков.
Главный конструктор батареи для космического корабля, сотрудник Института электродвижения МФТИ Олег Архипенков. Фото: Пресс-служба МФТИ
Созданный в МФТИ накопитель энергии на 10% превосходит по соотношению емкости к массе зарубежные аналоги компании SpaceX. Несмотря на это, команда инженеров МФТИ не намерена останавливаться на достигнутом — планируется довести это превосходство по удельной энергии приблизительно до 30% относительно аналогичных батарей для аппарата Dragon V2 компании Илона Маска.
Разработчики подчеркивают: уменьшение массы никак не отразилось на прочности и энергоэффективности батареи, но при этом внесло свой вклад в общее снижение массы космического корабля. Накопитель энергии рассчитан минимум на четыре полета в космос с подзарядкой после каждого из них.
«Когда мы сравнили характеристики нашей батареи с техническими характеристиками аналогичной батареи от SpaceX, то по удельной энергии мы пока превосходим их на 10%, но в рамках поэтапной работы над проектом по этому показателю мы обгоним их почти на треть. Удельная энергия — это соотношение энергии, которая запасена в батарее, к ее массе. Она измеряется в ватт-часах, поделенных на килограмм. Разработанная нашим институтом батарея для космического корабля запасает 4930 ватт-часов. Следовательно, при массе в 30 кг ее удельная энергия составляет 164 ватт-часов на килограмм», — уточняет Олег Архипенков.
В этом году сотрудники МФТИ планируют закончить цикл наземной отработки аккумуляторной батареи. После этого опытные образцы передадут заказчику для проведения комплексных испытаний в составе макета пилотируемого транспортного корабля «Орел».
Для проведения подготовительных и проверочных операций, в том числе обслуживания батареи между полетами на космодроме «Восточный», разработана и изготовлена контрольно-испытательная аппаратура, которая также позволяет имитировать батареи для долгосрочных проверок всего космического корабля.
