СИСТЕМА ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОЙ ОТРАЖАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ, ИМЕЮЩЕЙ МАССИВ КОНЦЕНТРАТОРОВ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
THERMAL CONTROL SYSTEM FOR CONTROLLING TEMPERATURE OF REFLECTING SURFACE HAVING ARRAY OF SOLAR ENERGY CONCENTRATORS

1. Область техники
[001] Раскрытые системы и способы относятся к массивам концентраторов солнечной энергии и, в частности, к системам и способам терморегулирования массивов концентраторов солнечной энергии.
2. Уровень техники
2
[002] Выработке электрической энергии солнечными или фотогальваническими элементами продолжает уделяться повышенное внимание. Солнечные элементы преобразуют световую энергию, поступающую обычно от Солнца, в электрическую энергию. Интенсивность света на солнечном элементе может быть выражена в количестве "Солнц", так что концентрация "в одно Солнце" соответствует стандартной освещенности 1 кВт/м на Земле.
[003] В имеющихся в настоящее время генераторах солнечной энергии на основе концентраторов используются плоские пластины, при этом фотогальванические элементы, называемые солнечными элементами в случаях преобразования солнечной энергии, размещают в виде двумерного массива (array) на расстоянии от групп отражателей или концентраторов. Солнечный свет отражается от отражателей и направляется на солнечные элементы, которые преобразуют световую энергию в электрическую энергию. Напряжение каждого солнечного элемента собирают на выходе напряжения массива концентраторов и подают на нагрузку. Величина электрической энергии, вырабатываемой массивом концентраторов, определяется коэффициентом полезного действия используемых солнечных элементов, а также площадью и плотностью массива концентраторов. Массивы концентраторов могут быть выполнены в виде блоков, имеющих определенное количество солнечных элементов и групп отражателей и расположенных вдоль плоскости с образованием более крупной панели для дополнительного увеличения мощности, которую можно получить от солнечной батареи. Крупные панели солнечных элементов обычно называются солнечными крыльями.
[004] Разработанные недавно солнечные батареи включают в себя отражатели, доступные в виде отражателей на основе микроэлектромеханических систем (МЭМС),при этом МЭМС-отражатели содержат миниатюрные зеркала и компоненты управления. Одна группа МЭМС-отражателей, выполненных с возможностью направления света к соответствующему солнечному элементу, может быть реализована в виде модуля. Солнечные элементы и миниатюрные МЭМС-отражатели, или микроконцентраторы, могут быть выполнены на массивах концентраторов, или массивах микроконцентраторов ("модулях микроконцентраторов"), с большими плотностями, чем солнечные элементы и отражатели в известных солнечных батареях.
[005] В настоящее время солнечные элементы и отражатели используются при решении различных задач. Одним из примеров таких задач является использование солнечных элементов в качестве источников электрического питания на космических летательных аппаратах. Другие задачи относятся к наземным источникам солнечной энергии.
[006] Недостаток использования солнечных элементов на космическом летательном аппарате заключается в том, что панели солнечных элементов могут перегреваться, когда они открыты воздействию слишком большого количества Солнечного света. Как правило, проблема заключается не в спутниках, положения которых относительно Солнца предсказуемы и, поэтому, могут быть рассчитаны так, чтобы при своем перемещении по орбите тепловое воздействие на них солнечного света было ограничено. Однако космические летательные аппараты, не имеющие спутников, такие как, например, зонды или другие межпланетные космические летательные аппараты, имеют траектории и датчики, создающие динамические среды, которые приводят к возможности перегрева панелей солнечных элементов, что может привести к повреждению панелей солнечных элементов.
[007] К сожалению, в настоящее время нет известных подходов к управлению динамически изменяющейся и очень изменчивой тепловой средой, воздействию которой подвергаются неорбитальные космические летательные аппараты, движущиеся через космическое пространство. На этих космических летательных аппаратах температура изменяется по всей площади солнечного крыла космического летательного аппарата, такое изменение основано на факторах, которые включают в себя расстояние космического летательного аппарата от Солнца и угол солнечного крыла относительно Солнца. Кроме того, структурный состав и положение компонентов в солнечном крыле также создают в нем различные температурные зоны. Кроме того, другие внешние конструкции (например, отражения от радиаторов, антенн или других выступов на космическом летательном аппарате) вокруг солнечного крыла могут создавать тени или чрезмерное освещение на солнечном крыле, что также способствует усложнению задачи терморегулирования.
[008] Общим решением является уменьшение заполненности этих областей на солнечном крыле и/или закрытие этой области белым терморегулирующим покрытием или оптическими зеркалами. Примеры таких подходов могут включать в себя использование пассивных терморегулирующих зеркал (например, радиолокационный зонд межпланетной станции "Магеллан"), термических покрывал, радиаторов и тентов из керамической ткани. Проблема с этими подходами заключается в том, что они приводят к уменьшению отношения мощности к массе солнечного крыла, и они являются фиксированными решениями без возможности динамического подстраивания. По существу, эти фиксированные решения могут быть неэффективными и могут привести к сокращению продолжительности космического полета.
[009] Таким образом, в данной области техники существует необходимость в системах и способах терморегулирования солнечных панелей, которые позволят решить по меньшей мере некоторые из вышеупомянутых проблем, а также любые другие возможные проблемы.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0010] Раскрыта система терморегулирования для управления температурой селективно отражающей панели. Селективно отражающая панель может быть зеркальной или солнечной панелью и может быть расположена на космическом летательном аппарате. Система терморегулирования может включать в себя массив концентраторов солнечной энергии, датчик температуры и контроллер. Массив концентраторов солнечной энергии расположен в селективно отражающей панели и имеет множество отражателей, размещенных в группах отражателей. Датчик температуры выполнен с возможностью отслеживания температуры селективно отражающей панели в месте расположения датчика температуры (т.е. локальной температуры селективно отражающей панели). Контроллер сообщается с возможностью передачи сигналов с датчиком температуры и массивом концентраторов солнечной энергии. Контроллер выполнен с возможностью отслеживания локальной температуры селективно отражающей панели с использованием датчика температуры и исходя из этого формирования сигнала управления, отправляемого на массив концентраторов солнечной энергии. Сигнал управления управляет массивом концентраторов солнечной энергии для размещения выбранного количества отражателей на решетке концентраторов в отводящем положении исходя из отслеживания, осуществляемого датчиком температуры, при этом выбранное количество отражателей определено для управления локальной температурой селективно отражающей панели. В этом примере размещение выбранного количества отражателей в отводящем положении включает в себя размещение выбранного количества отражателей в частично отводящем положении или полностью отводящем положении, при этом может быть множество частично отводящих положений. Массив концентраторов солнечной энергии выполнен с возможностью приема сигнала управления и исходя из этого размещения выбранного количества отражателей в отводящем положении для управления локальной температурой селективно отражающей панели с управлением, таким образом, температурой солнечной панели.
[0011] В этом примере контроллер может включать в себя процессор и некратковременный компьютерочитаемый носитель для хранения информации, хранящий исполняемые инструкции, которые при их исполнении процессором обеспечивают возможность отслеживания локальной температуры селективно отражающей панели с помощью датчика температуры и формирования сигнала для размещения выбранного количества отражателей на решетке концентраторов в отводящем положении исходя из отслеживания, осуществляемого датчиком температуры.
[0012] По существу, при работе система терморегулирования реализует способ, который включает в себя: отслеживание температуры селективно отражающей панели с помощью датчика температуры; формирование в контроллере сигнала управления для размещения выбранного количества отражателей на решетке концентраторов в отводящем положении исходя из принимаемого сигнала, который соответствует отслеживаемой локальной температуре, при этом выбранное количество отражателей определено для управления локальной температурой селективно отражающей панели; и прием сигнала управления на решетке концентраторов солнечной энергии и исходя из этого размещение выбранного количества отражателей в отводящем положении для управления локальной температурой селективно отражающей панели с управлением, таким образом, температурой солнечной панели.
[0013] Другие устройства, конструкции, системы, способы, признаки и преимущества настоящего изобретения будут или станут очевидными для специалиста в данной области при изучении следующих фигур чертежей и раздела "Осуществление изобретения". Предполагается, что все такие дополнительные системы, способы, признаки и преимущества включены в данное описание, находятся в пределах объема настоящего изобретения и защищены прилагаемой формулой изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0014] Раскрытие может быть лучше понято со ссылкой на следующие чертежи. Компоненты на чертежах не обязательно представлены в масштабе, вместо этого делается упор на графическое изображение принципов раскрытия настоящего изобретения. На чертежах одинаковые ссылочные позиции обозначают соответствующие части на разных видах.
[0015] На ФИГ. 1 показан перспективный вид примера осуществления космического летательного аппарата в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
[0016] На ФИГ. 2А показан перспективный вид примера массива концентраторов солнечной энергии в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
[0017] На ФИГ. 2В показано схематическое изображение примера солнечного источника питания для подачи электрической энергии на космический летательный аппарат в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
[0018] На ФИГ. 3 показана блок-схема примера осуществления системы терморегулирования в соответствии с раскрытием настоящего изобретения в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
[0019] На ФИГ. 4А в разрезе показан пример солнечного элемента и соответствующих отражателей в положении подачи энергии на солнечные элементы в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
[0020] На ФИГ. 4В в разрезе показан пример солнечного элемента и соответствующих отражателей в положении, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы, в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
[0021] На ФИГ. 4С в разрезе показан пример солнечного элемента и соответствующих отражателей в положении подачи энергии на солнечные элементы, когда солнечный свет не проходит по нормали к солнечному источнику питания в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
[0022] На ФИГ. 4D в разрезе показан еще один пример осуществления солнечного элемента и соответствующих отражателей в положении, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы, когда солнечный свет не проходит по нормали к солнечному источнику питания в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
[0023] На ФИГ. 4Е в разрезе показан пример солнечного элемента и соответствующих отражателей, при этом выбранные отражатели находятся в положении подачи энергии на солнечные элементы, а другие отражатели находятся в положении, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы, в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
[0024] На ФИГ. 5 показана структурная схема, иллюстрирующая работу примера способа управления выходной мощностью от массива концентраторов в соответствий с раскрытием настоящего изобретения.
[0025] На ФИГ. 6 показана структурная схема, иллюстрирующая работу примера способа изменения коэффициента концентрации для космического летательного аппарата, движущегося от Солнца, в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
[0026] На ФИГ. 7 показана структурная схема, иллюстрирующая работу примера способа изменения коэффициента концентрации для космического летательного аппарата, движущегося по направлению к Солнцу, в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
[0027] На ФИГ. 8 показана структурная схема, иллюстрирующая пример работы способа управления температурой солнечной панели, имеющей массив концентраторов солнечной энергии с системой терморегулирования в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
[0028] На ФИГ. 9 показана блок-схема примера солнечного источника питания, иллюстрирующая один пример способа подачи энергии на солнечные элементы с использованием коэффициента концентрации в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
[0029] На ФИГ. 10 показана блок-схема примера солнечного источника питания, иллюстрирующая еще один пример способа подачи энергии на солнечные элементы с использованием коэффициента концентрации в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
[0030] На ФИГ. 11 показан график, иллюстрирующий сравнение выходной мощности от солнечного источника питания, который изменяет коэффициент концентрации, с выходной мощностью солнечного источника питания с неизменным коэффициентом концентрации в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
[0031] На ФИГ. 12 показан перспективный вид примера еще одного осуществления космического летательного аппарата, имеющего зеркальную секцию с использованием системы терморегулирования в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
[0032] На ФИГ. 13А в разрезе показан пример зеркала, показанного на ФИГ. 12, и соответствующих отражателей в зеркале в отводящем положении в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
[0033] На ФИГ. 13В в разрезе показан пример зеркала, показанного на ФИГ. 12, и соответствующих отражателей в неотводящем положении в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
[0034] На ФИГ. 14 показана структурная схема, иллюстрирующая пример работы способа управления температурой космического летательного аппарата, показанного на ФИГ. 12, с системой терморегулирования в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0035] Раскрыта система терморегулирования для управления температурой селективно отражающей панели. Селективно отражающая панель может быть зеркальной или солнечной панелью и может быть расположена на космическом летательном аппарате. Система терморегулирования может включать в себя массив концентраторов солнечной энергии, датчик температуры и контроллер. Массив концентраторов солнечной энергии расположен в селективно отражающей панели и имеет множество отражателей, размещенных в группах отражателей. Датчик температуры выполнен с возможностью отслеживания температуры селективно отражающей панели в месте расположения датчика температуры (т.е. локальной температуры селективно отражающей панели). Контроллер сообщается с возможностью передачи сигналов как с датчиком температуры, так и с массивом концентраторов солнечной энергии. Контроллер выполнен с возможностью отслеживания локальной температуры селективно отражающей панели с использованием датчика температуры и исходя из этого формирования сигнала управления, отправляемого на массив концентраторов солнечной энергии. Сигнал управления управляет массивом концентраторов солнечной энергии для размещения выбранного количества отражателей на решетке концентраторов в отводящем положении исходя из отслеживания, осуществляемого датчиком температуры, при этом выбранное количество отражателей определено для управления локальной температурой селективно отражающей панели. В этом примере размещение выбранного количества отражателей в отводящем положении включает в себя размещение выбранного количества отражателей в частично отводящем положении или полностью отводящем положении, при этом может быть множество частично отводящих положений. Массив концентраторов солнечной энергии выполнен с возможностью приема сигнала управления и исходя из этого размещения выбранного количества отражателей в отводящем положении для управления локальной температурой селективно отражающей панели с управлением, таким образом, температурой солнечной панели. Как раскрыто ранее, селективно отражающая панель может быть зеркальной или солнечной панелью. Если селективно отражающая панель является солнечной панелью, массив концентраторов солнечной энергии включает в себя множество фотогальванических элементов и указанное множество отражателей размещены в группах отражателей, соответствующих указанному множеству фотогальванических элементов.
[0036] В этом примере контроллер может включать в себя процессор и некратковременный компьютерочитаемый носитель для хранения информации, хранящий исполняемые инструкции, которые при их исполнении процессором обеспечивают возможность отслеживания локальной температуры селективно отражающей панели с помощью датчика температуры и формирования сигнала управления для размещения выбранного количества отражателей на решетке концентраторов солнечной энергий в отводящем положении исходя из отслеживания, осуществляемого датчиком температуры.
[0037] По существу, при работе система терморегулирования реализует способ, который включает в себя: отслеживание температуры селективно отражающей панели с помощью датчика температуры; формирование в контроллере сигнала управления для размещения выбранного количества отражателей на решетке концентраторов в отводящем положении исходя из принимаемого сигнала, который соответствует отслеживаемой локальной температуре, при этом выбранное количество отражателей определено для управления локальной температурой селективно отражающей панели; и прием сигнала управления на решетке концентраторов солнечной энергии и исходя из этого размещение выбранного количества отражателей в отводящем положении для управления локальной температурой селективно отражающей панели с управлением, таким образом, температурой селективно отражающей панели.
[0038] На ФИГ. 1 показан перспективный вид примера осуществления космического летательного аппарата 100. Космический летательный аппарат 100 может представлять собой космический зонд, который включает в себя пару солнечных панелей 102 и 104, антенну 106 с высоким коэффициентом усиления, антенну 108 с низким коэффициентом усиления, основной корпус 110 космического летательного аппарата и навигационную систему 112. В этом примере каждая из показанных солнечных панелей 102 и 104 является примером реализации селективно отражающей панели. Кроме того, космический летательный аппарат 100 включает в себя систему терморегулирования (не показано) для управления температурой солнечных панелей 102 и 104. Солнечные панели 102 и 104 выполнены с возможностью приема солнечного света 114, излучаемого от Солнца (не показано).
[0039] В этом примере солнечные панели 102 и 104 могут включать в себя множество массивов концентраторов солнечной энергии (не показано) и датчики температуры (не показано). Массивы концентраторов солнечной энергии расположены в солнечных панелях 102 и 104, а датчики температуры могут находиться внутри солнечных панелей 102 и 104 или в контакте с ними. Один или более контроллеров (не показано) могут быть расположены в основном корпусе 110 космического летательного аппарата, в его солнечных панелях 102 и 104, в других местах на космическом летательном аппарате 100, связанных с солнечными панелями 102 и 104, или комбинации их этих местоположений.
[0040] Контроллер (или контроллеры) может быть любым модулем, устройством или системой на основе процессора, выполненным или выполненной с возможностью приема данных температуры от указанного множества датчиков температуры и исходя из этого формирования множества сигналов управления (не показано), отправляемых на массивы концентраторов солнечной энергии. Контроллер может быть частью компьютера управления полетом для космического летательного аппарата 100. Сигналы управления посылаются на указанное множество массивов концентраторов солнечной энергии и управляют массивами концентраторов солнечной энергии с размещением каждого из выбранного количества отражателей на соответствующей решетке концентраторов в отводящем положении исходя из отслеживания локальной температуры солнечной панели 102 или 104 в таком положении на солнечной панели, которое соответствует датчику температуры и соответствует положению массива концентраторов солнечной энергии. В этом примере контроллер определяет выбранное количество отражателей на соответствующей решетке концентраторов солнечной энергии для управления локальной температурой солнечной панели 102 или 104 в указанном положении массива концентраторов солнечной энергии на солнечной панели 102 или 104. В этом примере размещение выбранного количества отражателей в отводящем положении включает в себя размещение выбранного количества отражателей в частично отводящем положении или полностью отводящем положении, при этом может быть множество частично отводящих положений. Специалистам в данной области техники понятно, что выражение "отводящее положение" означает направление от массивов концентраторов солнечной энергии и/или космического летательного аппарата 100.
[0041] Система терморегулирования включает в себя указанные один или более датчиков температуры на солнечных панелях 102 или 104, контроллер (или контроллеры) и одну или более массивов концентраторов солнечной энергии, при этом контроллер сообщается с возможностью передачи сигналов как с указанными одним или более датчиками температуры, так и с указанными одним или более массивами концентраторов солнечной энергии. Как раскрыто ранее, каждый массив концентраторов солнечной энергии выполнен с возможностью приема сигнала управления от контроллера и исходя из этого положения выбранного количества отражателей в отводящем положении для управления локальной температурой солнечной панели 102 или 104 с управлением, таким образом, температурой солнечной панели 102 или 104.
[0042] На ФИГ. 2А показан перспективный прозрачный вид примера осуществления модуля 200 концентраторов солнечной энергии для выработки электрической энергии из принимаемого солнечного света 114. Модуль 200 концентраторов солнечной энергии расположен в одной из солнечных панелей 102 или 104 космического летательного аппарата 100 и включает в себя массив 202 концентраторов солнечной энергии. Массив 202 концентраторов солнечной энергии включает в себя покровное стекло 204, определяемое необходимостью множество фотогальванических элементов 206, подложку 208 и множество отражателей или концентраторов 210. Модуль 200 концентраторов солнечной энергии также включает в себя модуль 212 управления. В этом примере термины "отражатели" и "концентраторы" могут быть использованы взаимозаменяемо, поскольку оба они описывают устройства одного и того же типа, но в целом,
термин "концентраторы" будет использован в отношении модулей концентраторов солнечной энергии или массивов, которые включают в себя фотогальванические элементы (т.е. солнечные элементы) для производства энергии, а
термин "отражатели" может быть использован для модулей концентраторов солнечной энергии или массивов, которые не имеют фотогальванических элементов и модулей концентраторов солнечной энергии или массивов, реализующих эти функции.
[0043] В целом, модуль 200 концентраторов солнечной энергии может быть использован для выработки электрической энергии из солнечного света 114, когда тепловая температура модуля 200 концентраторов солнечной энергии находится в допустимом рабочем диапазоне, который определен конструкцией солнечных панелей 102 и 104. Приемлемым рабочим диапазоном может быть заданный диапазон тепловой температуры, который обеспечивает возможность работы модуля 200 концентраторов солнечной энергии и/или солнечной панели 102 или 104, не вызывая повреждения модуля 200 концентраторов солнечной энергии и/или солнечной панели 102 или 104. Если, в качестве альтернативы, модуль 200 концентраторов солнечной энергии не содержит каких-либо фотогальванических элементов, модуль 200 концентраторов солнечной энергии может быть использован исключительно для регулирования тепловой температуры, создаваемой солнечным светом 114, с тем чтобы способствовать поддержанию тепловой температуры модуля 200:концентраторов солнечной энергии в допустимом рабочем диапазоне, который определен конструкцией модуля 200 концентраторов и соответствущей структуры, к которой относится модуль 200 концентраторов, который в частном случае может не являться солнечной панелью.
[0044] В случае, когда модуль концентраторов солнечной энергии имеет множество фотогальванических элементов, в этом примере фотогальванические элементы 206 могут быть размещены на покровном стекле 204 в виде массива 5×5 с получением в общей сложности двадцати пяти фотогальванических элементов 206, содержащихся в решетке 202 концентраторов солнечной энергии. Однако для специалистов в данной области техники очевидно, что массив 202 концентраторов солнечной энергии может включать в себя любое количество фотогальванических элементов 206. Отражатели 210 могут быть размещены в группах 214 отражателей, каждый из которых назначен соответствующим фотогальваническим элементом 206. Каждый отражатель 210, содержащийся в группе 214 отражателей, может быть размещен относительно соответствующего фотогальванического элемента 206 так, чтобы фокусировать или отражать множество световых лучей 216, создаваемых солнечным светом 114, освещающим фотогальванический элемент 206.
[0045] В целом, модуль 200 концентраторов солнечной энергии может работать с источником света любого типа, который может быть излучательным источником энергии любого типа, таким как, например, искусственное освещение в здании, лазер или солнечный свет 114 от Солнца. Однако в этом примере источником света является солнечный свет 114, поскольку описывается модуль 200 концентраторов солнечной энергии, находящийся в солнечной панели 102 или 104 космического летательного аппарата 100. После прочтения этого раскрытия специалистам в данной области техники будет понятно, что модуль 200 концентраторов солнечной энергии может быть использован при решении задач, не относящихся к космическим аппаратам.
[0046] Обращаясь к указанному множеству отражателей 210 в группах 214 отражателей, каждый отражатель 210 может быть выполнен с возможностью выборочного наклона таким образом, что если положение солнечного света 114 изменяется, каждый отражатель 210, расположенный в соответствующей группе 214 отражателей, может быть наклонен соответственно для отслеживания изменившегося положения Солнца и соответствующего солнечного света 114 относительно соответствующего фотогальванического элемента 206. Отражатель, ориентированный для направления солнечного света 114 к фотогальваническому элементу, находится в положении подачи энергии на фотогальванические элементы. Положение подачи энергии на фотогальванические элементы может изменяться и постоянно обновляться. Например, поскольку солнечный свет 114 излучается Солнцем, каждый отражатель 210, размещенный в соответствующей группе 214 отражателей, может быть наклонен соответственно для отслеживания изменения положения Солнца в течение дня. Схожим образом, отражатель, ориентированный для направления солнечного света 114 от фотогальванического элемента, находится в положении отсутствия подачи энергии на фотогальванические элементы.
[0047] Как и в предыдущем случае, модуль 200 концентраторов солнечной энергии быть использован для любого применения, в котором световая энергия может быть преобразована в электрическую энергию. Однако, как указывалось ранее, поскольку модуль 200 концентраторов солнечной энергии в этом раскрытии описывается как часть солнечной панели 102 или 104 космического летательного аппарата 100, примеры вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, относятся в первую очередь к использованию модуля концентраторов солнечной энергии для преобразования солнечной энергии и терморегулирования. На ФИГ. 1А показан один модуль 200 концентраторов, который может быть использован для относительно компактных устройств, таких как, например, низкопрофильный портативный карманный генератор энергии. При этом, один модуль 200 концентраторов может быть электрически соединен или сопряжен с другими модулями концентраторов для создания двумерной или мозаичного массива из множества модулей концентраторов (не показано), используемых в крупных генераторах солнечной энергии. Такие генераторы солнечной энергии могут быть использованы в в таких устройствах, как, например, наземный портативный генератор энергии, беспилотное воздушное транспортное средство (unmanned aerial vehicle, UAV), спутник или неорбитальный космический летательный аппарат 100.
[0048] Покровное стекло 204 может быть выполнено из любого прозрачного материала, который позволяет лучам 216 света пройти через такие материалы, как, например, стекло, пластик или диоксид кремния. Подложка 208 может быть использована для поддержки или монтажа отражателей 210. В одном неограничивающем примере подложка 208 может быть выполнена из плавленого кварца.
[0049] Модуль 212 управления обеспечивает для модуля 200 концентраторов функции управления и телеметрии. Модуль 212 управления может включать в себя обрабатывающие средства, такие как процессор (например, процессор 242 модуля управления) и устройства хранения (например, запоминающее устройство 244 модуля управления) для хранения данных и инструкций для реализации запрограммированных функций. Модуль 212 управления включает в себя функции для управления положением и ориентацией отражателей 210, как описано более подробно ниже. В примерах различных вариантов осуществления модуль 212 управления может управлять некоторым количеством отражателей 210 или групп 214 отражателей для направления света на соответствующие им фотогальванические элементы 206, при этом указанное количество групп 214 отражателей с таким управлением представляет собой коэффициент концентрации общего количества групп 214 отражателей на решетке 202 концентраторов солнечной энергии. Модуль 212 управления также может включать в себя интерфейс связи для приема сигналов или команд, например, от других вычислительных компонентов, таких как, например, полетный компьютер на космическом летательном аппарате. В этом примере модуль 212 управления может быть контроллером системы терморегулирования или устройством, модулем или системой, которая сообщается с возможностью передачи сигналов с контроллером (или контроллерами) системы терморегулирования.
[0050] В примерах различных вариантов осуществления, описанных ниже со ссылкой на ФИГ. 2В-8, примеры модуля 200 концентраторов солнечной энергии описаны в контексте солнечных источников питания, а более конкретно солнечных источников питания для использования на космическом летательном аппарате 100. Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено каким-либо конкретным применением или использованием, или конкретными формами устройств или способов. Кроме того, следующее ниже описание массивов концентраторов солнечной энергии относится к фотогальваническим элементам, таким как солнечные элементы. Следует отметить, что выражения "фотогальванический элемент" и "солнечный элемент" могут быть использованы взаимозаменяемо.
[0051] На ФИГ. 2В показано схематическое изображение примера солнечного источника 200 питания для подачи электрической энергии на космический летательный аппарат 100 в соответствии с раскрытием настоящего изобретения. В этом примере солнечный источник 200 питания представляет собой эквивалентный источник питания, показанный для простоты, который включает в себя все компоненты, вырабатывающие энергию, (т.е. указанное множество модулей концентраторов солнечной энергии) либо первой солнечной панели 102, либо второй солнечной панели 104. Специалистам в данной области техники понятно, что (в этом примере) космический летательный аппарат 100 будет включать в себя другой солнечный источник питания (не показано), соответствующий другой солнечной панели 102 или 104. Однако в целях простоты иллюстрации показан только один солнечный источник 200 питания, соответствующий одной солнечной панели 102 или 104, при этом солнечная панель 102 или 104 может быть названа солнечным крылом.
out
out
[0052] В показанном примере солнечный источник 200 питания, имеет множество модулей 222a-222i концентраторов солнечной энергии (С mod), при этом каждый из модулей 222a-222i концентраторов солнечной энергии вырабатывает выходную мощность от массива 224 концентраторов солнечной энергии в каждом из модулей 222a-222i концентраторов солнечной энергии. Выводы питания каждого модуля 222a-222i концентраторов солнечной, энергии соединены вместе для обеспечения вывода V 226 питания массива концентраторов, который используется для подачи электрической энергии на космический летательный аппарат 100. Как и в предыдущем случае следует отметить, что для простоты иллюстрации показан только один солнечный источник 200 питания, поскольку второй такой солнечный источник питания (не показано) также может присутствовать во втором выводе питания массива концентраторов от второго солнечного источника питания, который может быть объединен с V 226 для питания космического летательного аппарата 100.
out
[0053] Космический летательный аппарат 100 также включает в себя контроллер 228, который сообщается с возможностью передачи сигналов с солнечным источником 200 питания и выполнен с возможностью приема V 226 от солнечного источника 200 питания. Контроллер 228 может быть контроллером системы терморегулирования или устройством, модулем или системой, которая сообщается с возможностью передачи сигналов с контроллером (или контроллерами) системы терморегулирования.
out
[0054] Контроллер 228 сообщается с возможностью передачи сигналов с выводом питания массива концентраторов (на выходе V 226) и выполнен с возможностью распределения электрической энергии от солнечного источника 200 питания на различные нагрузки (не показано) в космическом летательном аппарате 100. Контроллер 228 может также собирать данные от солнечного источника 200 питания и от космического летательного аппарата 100 и использовать собранные данные для управления солнечным источником 200 питания. Контроллер 228 может включать в себя процессор 230 и запоминающие средства 232 для выполнения функций, относящихся к управлению солнечным источником 200 питания. Например, запоминающие средства 232 могут включать в себя некратковременный компьютерочитаемый носитель информации для хранения исполняемых инструкций, которые при их исполнении процессором 230 обеспечивают возможность реализации функций, описанных в настоящем документе. Такие функции включают в себя этапы определения коэффициента концентрации и подачи сигнала на модули 222a-222i концентраторов солнечной энергии для размещения отражателей 210 в положении подачи энергии на солнечные элементы согласно коэффициенту концентрации посредством сигнала 234 управления.
[0055] В этом примере контроллер 228 является контроллером системы терморегулирования, а также сообщается с возможностью передачи сигналов с множеством датчиков 236a-236i температуры, которые расположены либо внутри, либо вдоль солнечной панели 102 или 104, соответствующей солнечному источнику 200 питания. Кроме того, в этом примере каждый датчик 236a-236i температуры расположен возле каждого модуля 222а-222i концентраторов солнечной энергии, с тем чтобы измерять "локальную" температуру солнечной панели (102 или 104) рядом с соответствующим модулем 222a-222i концентраторов солнечной энергии. По существу, контроллер 228 также выполнен с возможностью отслеживания локальной температуры солнечной панели 102 или 104 с использованием датчиков 236a-236i температуры и исходя из этого формирования другого сигнала 234 управления, отправляемого на массивы концентраторов солнечной энергии солнечного источника 200 питания на солнечной панели 102 или 104. Контроллер 228 отслеживает значения локальной температуры посредством приема значений локальной температуры от каждого из датчиков 234a-234i температуры посредством сигналов 238 температуры.
[0056] При отслеживании значений локальной температуры от каждого из датчиков 234a-234i температуры контроллер 228 формирует сигнал 234 управления, который управляет одной или более массивами концентраторов солнечной энергии (такими как, например, 224) в солнечном источнике 200 питания для размещения выбранного количества отражателей 210 на решетке концентраторов в отводящем положении исходя из отслеживания, осуществляемого датчиками 234a-234i температуры, при этом выбранное количество отражателей определено для управления локальной температурой солнечной панели 102 или 104. В этом примере размещение выбранного количества отражателей 210 в отводящем положении включает в себя размещение выбранного количества отражателей 210 в частично отводящем положении или полностью отводящем положении, при этом может быть множество частично отводящих положений. Массив концентраторов солнечной энергии (такая как, например, 224) выполнен с возможностью приема сигнала 234 управления и исходя из этого размещения выбранного количества отражателей 210 в отводящем положении для управления локальной температурой солнечной панели (102 или 104) с управлением, таким образом, температурой солнечной панели (102 или 104), соответствующей солнечному источнику 200 питания.
[0057] В этом примере операции терморегулирования контроллер 228 может включать в себя запоминающие средства 232, которые включают в себя некратковременный компьютерочитаемый носитель для хранения информации, хранящий исполняемые инструкции, которые при их исполнении процессором 230 обеспечивают возможность отслеживания локальной температуры солнечной панели 102 или 104 с помощью датчиков 236a-236i температуры и формирования сигнала 234 управления для размещения выбранного количества отражателей 210 на решетке концентраторов солнечной энергии (такой как, например, 224) в отводящем положении исходя из отслеживания, осуществляемого датчиками 236a-236i температуры. Эти и другие функции более подробно описаны ниже.
[0058] В другом приведенном в качестве примера варианте осуществления контроллер 228 может сообщаться с полетным компьютером (не показано) космического летательного аппарата 100 для обеспечения обрабатывающих и запоминающих средств. В этом примере полетный компьютер может использовать телеметрические сигналы, подаваемые контроллером 228, для подачи сигнала или отправки команды на модули 222a-222i концентраторов солнечной энергии для управления общей выходной мощностью солнечного источника 200 питания. Полетный компьютер может также обеспечивать подачу сигналов и команд на модули 222a-222i концентраторов солнечной энергии.
[0059] Следует отметить, что процессор 230 и запоминающее устройство 232, используемые при реализации функций управления электрической и тепловой энергией, описаны в настоящем документе как компоненты контроллера 228. Настоящее описание не предназначено для ограничения обрабатывающих средств для реализации описанных функций управления обрабатывающими средствами в контроллере 228 электрической или тепловой энергией. Как отмечено выше, космический летательный аппарат 100 может включать в себя полетный компьютер, который может быть использован для реализации части или всех функций управления, описанных в настоящем документе. Также следует отметить, что контроллер 228 может работать как независимый компонент аппаратных средств, содержащий свои собственные обрабатывающие средства и компоненты программного обеспечения, или как функциональный компонент, в рабочем порядке соединенный с полетным компьютером космического летательного аппарата 100 или другим обрабатывающим устройством, модулем или системой.
out
[0060] Как описано ранее, указанное множество модулей 222a-222i концентраторов солнечной энергии могут быть конструктивно встроены с образованием солнечного крыла, или солнечной панели, 102 или 104 солнечного источника 200 питания. Указанное множество модулей 222a-222i концентраторов солнечной энергии имеют соединенные выводы питания в отношении питания концентраторов солнечной энергии, сообщающихся с возможностью передачи сигналов с выходом V 226, который представляет общую выходную мощность всех модулей 222a-222i концентраторов в солнечном источнике 200 питания, который в этом примере соответствует одной из солнечных панелей 102 или 104. Как и в предыдущем случае каждый модуль 222a-222i концентраторов солнечной энергии включает в себя модуль 212 управления и массив концентраторов солнечной энергии (такую как, например, 224), как показано в модуле 222а концентраторов солнечной энергии на ФИГ. 2В.
[0061] Кроме того, каждый модуль 222a-222i концентраторов солнечной энергии выполнен, как описано выше со ссылкой на ФИГ. 2А. В качестве примера, массив 224 концентраторов солнечной энергии включает в себя множество блоков 240 солнечных ячеек и групп отражателей, изображенных на ФИГ. 2В в виде квадратов в решетке 224 концентраторов солнечной энергии. Модуль 212 управления в каждом модуле 222a-222i концентраторов солнечной энергии может включать в себя процессор 242 модуля управления, который может быть реализован в виде специализированной интегральной схемы ASIC (Application Specific Integrated Circuit) или программируемой пользователем вентильной матрицы FPGA (Field Programmable Gate Array). Модуль 212 управления также может включать в себя запоминающее устройство 244 модуля управления, которое включает в себя некратковременный компьютерочитаемый носитель информации, хранящий исполняемые инструкции, которые при их исполнении процессором 242 модуля управления обеспечивают возможность реализации функций модуля 222a-222i концентраторов солнечной энергии. Такие функции могут включать в себя, например, управление выбранным количеством отражателей 210 в положении подачи энергии на солнечные элементы согласно коэффициенту концентрации или размещение выбранного количества отражателей 210 в отводящем положении. Модуль 212 управления может включать в себя интерфейс управления блоками 240 солнечных ячеек и групп отражателей, через который реализуется управление отражателями 210 в группе отражателей.
[0062] Выходной мощностью солнечного источника 200 питания преимущественно можно управлять так, чтобы получить желаемый уровень выходной мощности между минимальным значением, необходимым для питания космического летательного аппарата 100, и максимальной доступной выходной мощностью согласно коэффициенту концентрации. Кроме того, локальная температура солнечной панели 102 или 104 может регулироваться посредством управления размещением отражателей 210 в группах отражателей посредством размещения отражателей 201 в изменяющихся отводящих положениях, которые отражают падающий солнечный свет 114 в направлениях от солнечной панели 102 или 104, которые предотвращают поглощение модулями 222a-222i концентраторов солнечной энергии падающего солнечного света 114 и обуславливаемый этим нагрев модулей 222a-222i концентраторов солнечной энергии, которые соответственно нагревают солнечную панель 102 или 104 в указанных положениях соответствующих модулей 222a-222i концентраторов солнечной энергии (т.е. выдают значения локальной температуры на солнечной панели 102 или 104).
[0063] Коэффициент концентрации может быть определен в любой момент времени путем определения доступной выходной мощности и потребной мощности космического летательного аппарата и регулировки коэффициента концентрации так, чтобы выходная мощность массивов концентраторов гарантированно не являлась избыточной, но достаточной для покрытия потребной мощности космического летательного аппарата 100, как показано в описании ниже со ссылкой на ФИГ. 6 и 7.
[0064] Еще в одном примере коэффициент концентрации может быть выдан в модуль 212 управления в качестве заданного коэффициента концентрации, принятого от наземных средств управления по системам связи наземных средств управления. Наземные средства управления могут отслеживать местоположение космического летательного аппарата 100 во время космического полета и определять, когда на интенсивность света 114 от Солнца влияет расстояние космического летательного аппарата 100 до Солнца в такой степени, что мощность, вырабатываемая солнечным источником 200 питания, является либо недостаточной, либо избыточной (в зависимости от направления космического летательного аппарата 100 относительно Солнца). Наземные средства управления определяют заданный коэффициент концентрации исходя из расстояния космического летательного аппарата 100 до Солнца и сообщают заданный коэффициент концентрации на космический летательный аппарат. Если космический летательный аппарат 100 выполнен с возможностью отслеживания положения космического летательного аппарата 100 относительно Солнца во время космического полета, космический летательный аппарат 100 может определять заданный коэффициент концентрации исходя из своего положения относительно Солнца.
[0065] Коэффициент концентрации может быть выражен в показателях соотношения общего количества отражателей или концентраторов, используемых для подачи энергии на солнечные элементы. Отдельные отражатели, или концентраторы солнечной энергии, могут находиться в положении подачи энергии на солнечные элементы для направления солнечного света 114 к солнечному элементу или в положении, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы, для направления солнечного света 114 от солнечного элемента. При подаче энергии на солнечный элемент он вырабатывает электрическую энергию в зависимости от интенсивности солнечного света 114, принимаемого солнечным элементом. Коэффициент концентрации общего количества отражателей в положении подачи энергии на солнечные элементы может приводить к подаче энергии на все солнечные элементы, но только таким количеством отражателей, которое меньше, чем общее количество отражателей, что приводит к получению меньшей выходной мощности, чем максимальная выходная мощность массива концентраторов солнечной энергии (такой как, например, 240).
[0066] Кроме того, в этом примере наземные средства управления могут определять, что уровень температуры вдоль солнечных панелей 102 и 104 становится слишком высоким и исходя из этого отправлять сигналы управления в контроллер 228, модули управления (такие как, например, 212) или как контроллер 228, так и в модули управления, что приводит к выбору количества отражателей в модулях 222a-222i концентраторов солнечной энергии, подлежащих размещению в изменяющихся отводящих положениях, которые отражают падающий солнечный свет 114 в направлениях от первой солнечной панели 102, второй солнечной панели 104 или как от первой солнечной панели 102, так и от второй солнечной панели 104, для предотвращения перегрева солнечных панелей 102 или 104.
[0067] Еще в одном примере коэффициент концентрации может быть выражен как количество солнечных элементов или соответствующих групп отражателей, которое меньше, чем их общее количество на солнечном источнике 200 питания, при этом все отражатели в этих группах отражателей находятся в положении подачи энергии на солнечные элементы. Все отражатели в остальных группах отражателей будут находиться в положении, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы. Еще в одном примере коэффициент концентрации может быть выражен как количество массивов концентраторов (такой как, например, 240) (при условии, что все модули 222a-222i концентраторов включают в себя массивы концентраторов солнечной энергии с одинаковым количеством солнечных элементов), которое меньше, чем общее количество массивов концентраторов солнечной энергии в солнечном источнике 200 питания.
2
2
[0068] Еще в одном примере коэффициент концентрации может быть выражен в показателях площади. Солнечный источник 200 питания может включать в себя равномерно распределенные модули 222a-222i концентраторов солнечной энергии, на каждом из которых имеются равномерно распределенные блоки 240 солнечных ячеек и групп отражателей, так что солнечные элементы равномерно распределены на солнечном источнике 200 питания и соответственно на солнечной панели 102 или 104. Учитывая такое равномерное распределение, коэффициент концентрации также может быть определен как часть общей площади панели, образующей солнечный источник 200 питания. Например, массив 224 концентраторов солнечной энергии может иметь площадь 30 квадратных дюймов (194 см) с 30 квадратными солнечными элементами. Каждый солнечный элемент, на который подана энергия, может вырабатывать одну тридцатую (1/30) часть общей мощности. Коэффициент концентрации величиной  может относиться к половине массива 224 концентраторов, имеющей площадь в 30 квадратных дюймов (194 см), так что на 15 солнечных элементов, охватываемых половиной площади массива 224 концентраторов, будет подана энергия, а на другие 15 солнечных элементов энергия подана не будет.
[0069] В качестве примера, солнечный источник 200 питания может вырабатывать максимальную мощность величиной 25 кВт с помощью в общей сложности сотни солнечных элементов для космического летательного аппарата 100, которому для работы требуется мощность величиной 1 кВт. Коэффициент концентрации может быть обозначен в показателях выходной мощности так, что коэффициент концентрации 25:1 соответствует всем отражателям, ориентированным с занятием положения подачи энергии на солнечные элементы. Коэффициент концентрации устанавливают на начальное значение величиной 1/25 мощности, когда космический летательный аппарат 100 работает у Земли или возле нее. При этом начальном коэффициенте концентрации космический летательный аппарат 100 будет управлять солнечным источником питания, чтобы поместить 1/25 общего количества отражателей в положение подачи энергии на солнечные элементы для выработки 1 кВт электрической мощности.
[0070] Коэффициент концентрации изменяют во время космического полета, чтобы обеспечить выработку солнечным источником 200 питания необходимую, но не избыточную выходную мощность. Например, космический летательный аппарат 100, которому для работы требуется мощность 1 кВт с использованием солнечного источника питания, вырабатывающего максимальную мощность 25 кВт, будет начинать космический полет к Юпитеру (на расстояние 5 а.е.) от Земли (на расстоянии 1 а.е.) с начальным коэффициентом концентрации 1/25. По мере перемещения космического летательного аппарата 100 от Земли (и Солнца) интенсивность света уменьшается, приводя к уменьшению выходной мощности от солнечных элементов, на которые подана энергия. Следовательно, по мере перемещения космического летательного аппарата 100 от Земли коэффициент концентрации увеличивается, вызывая работу увеличивающегося количества солнечных элементов для выработки электроэнергии. К тому времени, когда космический летательный аппарат 100 достигнет Юпитера, коэффициент концентрации составит 25:1 с подачей энергии на все из доступных солнечных элементов для выработки необходимого 1 кВт для работы космического летательного аппарата 100.
[0071] Солнечный источник 200 питания космического летательного аппарата 100, место назначения которого ближе к Солнцу, чем Земля, также может управляться с использованием коэффициента концентрации. Например, космический летательный аппарат 100, совершающий космический полет к Венере и получающий питание от массива концентраторов солнечной энергии с максимальной мощностью величиной 1 кВт на Земле, может начать космический полет на Земле с подачи энергии на все солнечные элементы. Коэффициент концентрации затем может быть уменьшен по мере приближения космического летательного аппарата 100 к Венере. Так, по мере приближения космического летательного аппарата 100 к Венере, количество солнечных элементов, на которые подают энергию для питания космического летательного аппарата 100, уменьшается.
[0072] Кроме того, по мере перемещения космического летательного аппарата 100 ближе к Солнцу во время космических полетов к Венере, Меркурию или другим местам в Солнечной системе, которые находятся ближе к Солнцу, чем Земля, количество тепла, вырабатываемого на космическом летательном аппарате 100, увеличивается по мере увеличения интенсивности солнечного света 114. Это тепло будет особенно сконцентрировано на солнечной панели 102 и 104 и поверхности основного корпуса 110 космического летательного аппарата. Посредством управления положением отражателей 210 в указанном множестве модулей концентраторов солнечной энергии (таких как, например, 200), часть солнечного света 114, падающего на солнечные панели 102 и 104, может быть отражена от солнечных панелей 102 и 104 с уменьшением, таким образом, количества тепла, вырабатываемого солнечным светом 114, падающим на солнечные панели 102 и 104. С помощью этого процесса значения локальной температуры, соответствующие положению модулей концентраторов солнечной энергии, могут быть уменьшены, и ими можно управлять (т.е. осуществлять терморегулирование) контроллером 228, который отслеживает значения локальной температуры с использованием соответствующего датчика 236a-236i температуры, определяет, какие отражатели 210 в соответствующих массивах концентраторов солнечной энергии (таких как, например, 224) должны быть перемещены в отводящее положение, в котором происходит отражение части, или всего, солнечного света 114, падающего на массивы концентраторов солнечной энергии.
[0073] Как отмечено выше, коэффициент концентрации изменяют во время космического полета, поскольку доступная выходная мощность солнечного источника 200 питания изменяется по мере перемещения космического летательного аппарата 100 к Солнцу или дальше от Солнца. В приведенном в качестве примера варианте осуществления коэффициент концентрации может быть определен процессором 230 и выдан в каждый модуль 222a-222i концентраторов солнечной энергии посредством сигнала 234 управления от контроллера 228 в каждый модуль управления (такой как, например, 106) каждого модуля 222a-222i концентраторов солнечной энергии. Каждый модуль 222a-222i концентраторов солнечной энергии применяет коэффициент концентрации путем определения выбранного количества отражателей с занятием положения подачи энергии на солнечные элементы, при этом выбранное количество отражателей соответствует коэффициенту концентрации отражателей из общего количества отражателей в каждом модуле 222a-222i концентраторов солнечной энергии.
[0074] Коэффициент концентрации также может быть определен и использован процессором 230 для вычисления количества отражателей в массиве 224 концентраторов солнечной энергии с занятием положения подачи энергии на солнечные элементы из общего количества отражателей. Затем контроллер 228 может выполнить подачу сигнала на каждый модуль управления (такой как, например, 212) каждого модуля 222a-222i концентраторов солнечной энергии с указанным количеством отражателей для ориентирования в положение подачи энергии на солнечные элементы.
[0075] Подобным образом, при решении задач терморегулирования процессор 230 может определять количество отражателей в массиве 224 концентраторов солнечной энергии из общего количества отражателей для ориентирования в отводящем положении. Затем контроллер 228 может отправить сигнал в каждый модуль управления (такой как, например, 212) каждого модуля 222a-222i концентраторов солнечной энергии с указанным количеством отражателей для ориентирования с занятием отводящего положения.
[0076] На ФИГ. 3 показана блок-схема примера осуществления системы 300 терморегулирования в соответствии с раскрытием настоящего изобретения. Как описано ранее, в этом примере система 300 терморегулирования включает в себя массив концентраторов солнечной энергии (такую как, например, 222а), датчик температуры (такой как, например 236а) и контроллер (такой как, например, 228). Для простоты иллюстрации, только первая солнечная панель 102 показана имеющей солнечный источник питания (такой как, например 220), при этом солнечный источник 200 питания включает в себя модуль управления (такой как, например 212) и массив концентраторов солнечной энергии (такую как, например 224), а вторая солнечная панель 104 показана имеющей массив 302 концентраторов солнечной энергии и датчик 304 температуры со вторым источником 306 питания. Тем не менее, следует отметить, что один и тот же тип компонентов, модуля, устройства и систем также будет присутствовать в солнечном источнике 306 питания второй солнечной панели 104. В этом примере показано, что второй солнечный источник 306 питания содержит массив 302 концентраторов солнечной энергии и датчик 304 температуры, схожие с массивом 224 концентраторов солнечной энергии и датчиком 236а температуры. Как и в предыдущем случае, как раскрыто ранее, хотя это не показано на ФИГ. 3, специалистам в данной области техники будет понятно, что второй массив 302 концентраторов солнечной энергии будет частью модуля концентраторов солнечной энергии (не показанного, но схожего с модулем 222а концентраторов солнечной энергии) и будет управляться модулем управления (не показанного, но схожего с модулем 212 управления). Кроме того, следует отметить, что контроллер 228 управляет как первым модулем 222а концентраторов солнечной энергии, так и вторым модулем концентраторов солнечной энергии (не показано), в солнечном источнике 306 питания второй солнечной панели 104, который включает в себя второй массив 302 концентраторов солнечной энергии. Кроме того, следует отметить, что для целей иллюстрации показаны только две солнечные панели 102 и 104, при этом первая солнечная панель 102 включает в себя больше деталей, нежели вторая солнечная панель 104; однако космический летательный аппарат 100 может включать в себя множество солнечных панелей (не показано) вплоть до любого количества, определяемого конструкцией космического летательного аппарата 100. В этом примере каждая солнечная панель (такая как, например, обе солнечные панели 102 и 104) будет сконфигурирована с помощью одного и того же типа устройств, компонентов и модулей таким образом, что, например, солнечный источник 306 питания также будет включать в себя модуль концентраторов солнечной энергии (не показано), который будет устройством, компонентом или модулем такого же типа, что и модуль 222а концентраторов солнечной энергии, содержащий второй массив 302 концентраторов солнечной энергии, который будет устройством, компонентом или модулем такого же типа, что и решетка 224 концентраторов солнечной энергии и модуль управления (т.е. второй модуль управления), которая будет устройством, компонентом или модулем такого же типа, что и модуль 212 управления, сообщающийся с возможностью передачи сигналов с контроллером 228. В этих примерах модули управления (такие как, например, первый модуль 212 управления и второй модуль управления во втором солнечном источнике 306 питания), как правило, не сообщаются друг с другом, но будут принимать сигналы 324 и 322 управления, соответственно, от контроллера 228, который будет определять, как массивы 224 и 302 концентраторов солнечной энергии должны реагировать на прием данных 312 и 318 с информацией о температуре, соответственно, от первого датчика 236а температуры и второго датчика 304 температуры.
[0077] В этом примере система 300 терморегулирования выполнена с возможностью управления температурой первой солнечной панели 102, второй солнечной панели 104 или первой и второй солнечных панелей 102, 104. Система 300 терморегулирования включает в себя по меньшей мере первый массив 224 концентраторов солнечной энергии (в модуле 222а концентраторов солнечной энергии), первый датчик 236а температуры и контроллер 228, причем в этом примере модуль 222а концентраторов солнечной энергии и первый датчик 236а температуры являются частью солнечного источника 200 питания в первой солнечной панели 102. Система 300 терморегулирования также может включать в себя дополнительное множество массивов концентраторов солнечной энергии на солнечном источнике 200 питания, первой солнечной панели 102, выполненных в составе множества модулей 222a-222i концентраторов солнечной энергии (как показано на ФИГ. 2В) и дополнительное множество датчиков 236b-236i температуры (также показано на ФИГ. 2В). Кроме того, система 300 терморегулирования также может включать в себя одну или более массивов концентраторов солнечной энергии (включая второй массив 302 концентраторов солнечной энергии) в составе одного или более модулей концентраторов энергии (не показано) и одного или более датчиков температуры (включая датчик 304 температуры). В этом примере указанные один или более массивов концентраторов солнечной энергии и датчики температуры также расположены на втором солнечном источнике 306 питания второй панели 104, схожей с первой солнечной панелью 102. Как описано ранее, каждый из массивов концентраторов солнечной энергии (включая массивы 224 и 302 концентраторов солнечной энергии) можете иметь множество фотогальванических элементов и множество отражателей, размещенных в группах отражателей, соответствующих указанному множеству фотогальванических элементов. В качестве альтернативы, в примере, не относящемся к получению энергии от Солнца, каждый (или некоторые) из массивов концентраторов солнечной энергии может (могут) не иметь фотогальванических элементов и использоваться исключительно для терморегулирования без выработки электроэнергии. Кроме того, каждый из датчиков температуры (включая датчики 234а и 304 температуры) выполнен с возможностью отслеживания температуры солнечных панелей 102 и 104 для значений локальной температуры в месте расположения датчиков температуры которые, как правило, находятся рядом с местами расположения указанного множества концентраторов солнечной энергии на обеих солнечных панелях 102 и 104.
[0078] Контроллер 228 сообщается с возможностью передачи сигналов как с первым солнечным источником 200 питания, так и с вторым солнечным источником 306 питания посредством сигнальных каналов 308, 310, 312, 314, 316 и 318, соответственно. В частности, в этом примере контроллер 228 сообщается с возможностью передачи сигналов с модулем 212 управления (который может быть назван первым модулем 212 управления, поскольку второй массив 302 концентраторов солнечной энергии будет включать в себя второй модуль управления (не показано)) и массив 224 концентраторов солнечной энергии модуля 222а концентраторов солнечной энергии посредством сигнальных каналов 308 и 310, соответственно. Датчик 236а температуры имеет сигнальное сообщение с контроллером 228 посредством сигнального канала 312. Второй солнечный источник 306 питания сообщается с возможностью передачи сигналов с контроллером 228 посредством сигнальных каналов 314, 316 и 318, при этом контроллер 228 имеет сигнальное сообщение со вторым модулем контроллера (не показано) и второй массивом 302 концентраторов солнечной энергии посредством сигнальных каналов 314 и 316, соответственно, и с датчиком 304 температуры посредством сигнального канала 318.
[0079] В этом показанном примере контроллер 228 включает в себя процессор 230 и запоминающее устройство 232, при этом запоминающее устройство 2232 может включать в себя некратковременный компьютерочитаемый носитель для хранения информации (т.е. некратковременный компьютерочитаемый носитель модуля управления для хранения информации), хранящий исполняемые инструкции, которые при их исполнении процессором 230 обеспечивают возможность отслеживания по меньшей мере одной температуры солнечных панелей 102 и 104 с помощью датчиков 234а и 304 температуры и формирования по меньшей мере одного сигнала (322, 324 или 322 и 324) управления для размещения выбранного количества отражателей на первой решетке 224 концентраторов солнечной энергии и первой решетке 302 концентраторов солнечной энергии, соответственно, в отводящем положении исходя из отслеживания, осуществляемого датчиками 234а и 304 температуры, при этом выбранное количество отражателей определено для управления температурой солнечных панелей 102 и 104.
[0080] В этом примере модуль 212 управления (т.е. первый модуль 212 управления, поскольку второй массив 302 концентраторов будет иметь второй модуль управления) выполнен с возможностью приема сигнала 324 управления от контроллера 228 и исходя из этого формирования сигнала 325 первого модуля управления для размещения выбранного количества отражателей на решетке 224 концентраторов солнечной энергии в отводящем положении по приему первого сигнала 324 управления от контроллера 228. Кроме того, в этом примере модуль 212 управления включает в себя процессор 242 модуля управления и запоминающее устройство 244 модуля управления, при этом запоминающее устройство 244 модуля управления может включать в себя некратковременный компьютерочитаемый носитель для хранения информации (т.е. некратковременный компьютерочитаемый носитель модуля управления для хранения информации), хранящий исполняемые инструкции, которые при их исполнении процессором 212 модуля управления, выполнены с возможностью формирования сигнала 325 первого модуля управления.
out
out
[0081] Как описано ранее, массивы 224 и 302 концентраторов солнечной энергии выполнены с возможностью размещения выбранного количества отражателей в каждой решетке 224 или 302 концентраторов солнечной энергии в отводящем положении для управления температурой солнечных панелей 102 и 104. Следует отметить, что в этом примере массивы 224 и 302 концентраторов солнечной энергии имеют фотогальванические элементы, каждый из которых выдает выходной сигнал питания, вырабатываемый массивом концентраторов и передаваемый на контроллер 228 посредством сигнальных каналов 310 и 316, соответственно. Вывод 326 питания массива концентраторов от массива 224 концентраторов солнечной энергии может быть скомбинирован с отдельным выводом питания от других массивов концентраторов солнечной энергии в других модулях 222b-222i концентраторов солнечной энергии для получения выходного сигнала V 226 питания, вырабатываемого массивом концентраторов, показанной на ФИГ. 2 В. Выходной сигнал V 226 питания, вырабатываемый массивом концентраторов, затем может быть скомбинирован с выводом питания массивов концентраторов (не показано) от всех модулей концентраторов солнечной энергии (не показано) во втором источнике 306 питания для получения комбинированного выходного сигнала 328 питания, вырабатываемого решетками концентраторов и передаваемого на контроллер 228 посредством сигнала 320, который сообщается с возможностью передачи сигналов с обоими сигнальными каналами 310 и 316.
[0082] Специалистам в данной области техники понятно, что схемы, компоненты, модули и/или устройства космического летательного аппарата 100, солнечных источников 220 и 306 питания, контроллера 228 и системы 300 терморегулирования или связанные с космическим летательным аппаратом 100, солнечными источниками 220 и 306 питания, контроллером 228 и системой 300 терморегулирования, описаны как сообщающиеся друг с другом с возможностью передачи сигналов, при этом сообщение с возможностью передачи сигналов относится к любому типу связи и/или соединению между схемами, компонентами, модулями и/или устройствами, обеспечивающей или обеспечивающему для схемы, компонента, модуля и/или устройства возможность прохождения и/или приема сигналов и/или информации от других схем, компонента, модуля и/или устройства. Сообщение и/или соединение может осуществляться по любому сигнальному каналу между схемами, компонентами, модулями и/или устройствами, обеспечивающему возможность прохождения сигналов и/или информации от одной схемы, компонента, модуля и/или устройства к другому такому элементу и включает в себя беспроводные или проводные сигнальные каналы. Сигнальные каналы могут быть физическими, такими как, например, проводящие провода, электромагнитные волноводы, кабели, прикрепленные и/или электромагнитно или механически соединенные терминалы, полупроводниковые или диэлектрические материалы или устройства или другие аналогичные физические соединения или связи. Кроме того, сигнальные каналы могут быть нефизическими, такими как свободное пространство (в случае электромагнитного распространения) или информационными трактами через цифровые компоненты, где информация связи передается от одной схемы, компонента, модуля и/или устройства к другому такому элементу в различных цифровых форматах без пропускания через прямое электромагнитное соединение.
[0083] На ФИГ. 4А в разрезе показан пример блока 400 солнечных ячеек и групп отражателей, которые могут быть использованы в массиве 224 концентраторов на ФИГ. 3В. В этом примере массив концентраторов солнечной энергии включает в себя фотогальванический элемент (т.е. солнечный элемент) для выработки электроэнергии. Блок 400 солнечных ячеек и групп отражателей на ФИГ. 4А включает в себя солнечный элемент 402, установленный на первой плоской подложке 404, предпочтительно выполненной из стекла или какого-либо другого подходящего прозрачного материала, как описано выше со ссылкой на ФИГ. 3А. Соответствующая группа отражателей включает в себя множество отражателей, установленных на второй плоской подложке 408, расположенных на расстоянии от первой плоской подложки 404 и параллельно ей, так что солнечный элемент 402 находится прямо напротив отражатели 406 в группе отражателей. Первая и вторая подложки 404 и 408 ориентированы так, что солнечный свет 114 падает на панель в первой плоской подложке 404. Хотя солнечный свет 114 на ФИГ. 4А показан направленным к первой плоской подложке 404 по существу под прямым углом падения, отражатели 406 могут быть отрегулированы так, чтобы сохранять направление света на солнечный элемент 402, когда угол падения солнечного света 114 смещен от прямого, как описано ниже со ссылкой на ФИГ. 4С. В этом примере солнечный свет 114 проходит через прозрачную первую плоскую подложку 404 по направлению к отражателям 406 в группе отражателей. Отражатели 406. отражают и направляют отраженный и направленный солнечный свет 410 обратно к солнечному элементу 402 на первой плоской подложке 404.
[0084] В примерах различных вариантов осуществления, описанных в настоящем раскрытии, солнечный элемент 402 может быть любым подходящим электронным компонентом, который принимает свет и вырабатывает электрический сигнал, характеризующий интенсивность света. Соответствующие отражатели 406 включают в себя зеркала, размещенные для отражения света назад по направлению к солнечному элементу 402. В примере указанных различных реализаций отражатели 406 могут быть реализованы в виде микроэлектромеханических компонентов (МЭМС), включающих миниатюрные зеркала и компоненты управления для увеличения плотности блоков 400 солнечных ячеек и групп отражателей на массиве концентраторов. Каждый отражатель 406 может управляться приводом 412, который выполнен с возможностью ориентирования отражателя 406 путем поворота зеркала относительного одного или более измерений. Привод 412 также может обеспечивать ориентирование с поступательным перемещением посредством перемещения отражателя ближе к солнечному элементу 402 или дальше от солнечного элемента 402. Привод 412 может принимать сигналы от модуля 212 управления, которые приводят к перемещению отражателей 406 согласно командам, выдаваемым модулем 212 управления.
[0085] Путем управления ориентацией каждого отражателя модуль 212 управления может управлять интенсивностью солнечного света 114, направленного к солнечному элементу, соответствующему отражателю. Например, модуль 212 управления может посылать сигналы на каждый отражатель 406 в группе отражателей для направления отраженного и направленного солнечного света 410 к солнечному элементу 402, как показано на ФИГ. 4А. Это положение каждого отражателя 406 на ФИГ. 4А может быть названо положением подачи энергии на солнечные элементы, которое является положением или ориентацией отражателя 406, обеспечивающим или обеспечивающей для отражателя 406 возможность направления света к солнечному элементу 402.
[0086] На ФИГ. 4В в разрезе показан блок 400 солнечных ячеек и групп отражателей с отражателями 406, ориентированными с занятием положения, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы. Модуль 212 управления может посылать сигналы на приводы 412 для ориентирования отражателей 406 с направлением отраженного солнечного света 414 от солнечного элемента 402 (в отличие от отраженного и направленного солнечного света 410, направленного к солнечному элементу 402). Когда отражатели 406 направляют отраженный солнечный свет 414 так, что отраженный солнечный свет 414 не сообщает энергию солнечному элементу 402, солнечный элемент 402 не вырабатывает электрический сигнал и не вносит вклада в электрическую выходную мощность модуля 222a-222i концентраторов (на ФИГ. 2В). В этом примере отражатели 406 на ФИГ. 4В показаны ориентированными для направления отраженного солнечного света 414 назад вдоль угла падения солнечного света 114. Положение, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы, может, однако, быть любым положением или ориентацией отражателей 406, обеспечивающим или обеспечивающей для отражателя 406 возможность направления света в любом направлении, которое не направлено к солнечному элементу 402.
[0087] Схожим образом, положение, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы, также соответствует отводящему положению для терморегулирования, поскольку отражаемый солнечный свет 414 не поглощается блоком 400 групп отражателей и отражается назад во внешнее пространство и от космического летательного аппарата 100. По существу, это отводящее положение (которое также соответствует положению, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы) приводит к уменьшению локальной температуры солнечной панели 102 или 104 в указанном положении блока 400 групп отражателей в солнечной панели 102 или 104.
[0088] Как отмечено выше, коэффициент концентрации может быть выражен в показателях количества групп отражателей, которое меньше, чем общее количество групп отражателей, в которых все отражатели находятся в положении подачи энергии на солнечные элементы. На ФИГ. 4А и 4В показано, как коэффициент концентрации, выраженный таким образом, может быть использован для управления выходной мощностью массива 224 концентраторов солнечной энергии. Если все отражатели 406 в каждом блоке 240 солнечных ячеек и групп отражателей ориентированы с занятием положения подачи энергии на солнечные элементы, как показано на ФИГ. 4А, каждый солнечный элемент 402 вырабатывает по существу максимальную электрическую мощность, соответствующую интенсивности падающего света. Если все отражатели 406 в каждом блоке 240 солнечных ячеек и групп отражателей ориентированы с занятием положения, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы, как показано на ФИГ. 4 В, от каждого соответствующего солнечного элемента 402 по существу не будет выхода мощности. Увеличение коэффициента концентрации приводит к увеличению количества групп отражателей со всеми отражателями в положении подачи энергии на солнечные элементы, что приводит к более высокой выходной мощности. Уменьшение коэффициента концентрации приводит к уменьшению количества групп отражателей со всеми отражателями в положении, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы, (также соответствующему отводящему положению), что приводит к более низкой выходной мощности и уменьшает количество тепла, вырабатываемого на массиве 224 концентраторов солнечной энергии, посредством направления отраженного солнечного света 414 от массива 224 концентраторов солнечной энергии без сбора какого-либо солнечного света 114 на солнечном элементе 402.
[0089] Положение подачи энергии на солнечные элементы может изменяться во время работы космического летательного аппарата 100. Как отмечено выше, угол падения света на закрывающую панель солнечного источника 200 питания может изменяться по существу от 90°. Космический летательный аппарат 100 может включать в себя компоненты аппаратных средств и программного обеспечения, которые управляют ориентацией и положением солнечного источника 200 питания для сохранения угла падения величиной по существу 90° при перемещении космического летательного аппарата 100 в космосе. Космический летательный аппарат 100 не всегда может поддерживать величину 90° для угла падения света на солнечный источник 200 питания. Если угол падения света величиной по существу 90° не может быть сохранен, отражатели 406 в группах отражателей, подающих энергию на солнечные элементы 402, могут быть отрегулированы так, чтобы сохранять максимальную интенсивность на солнечных элементах 402, на которые подается энергия. По существу, положение отражателей 406, обеспечивающее подачу энергии на солнечные элементы, изменяют при изменении ориентации солнечного источника 200 питания.
[0090] На ФИГ. 4С в разрезе показаны солнечный элемент 402 и соответствующие отражатели 406 в положении подачи энергии на солнечные элементы, когда солнечный свет 114 не проходит по нормали к солнечному источнику 200 питания (ФИГ. 2В). Угол падения солнечного света 114 в примере, показанном на ФИГ. 4С, не составляет по существу 90° в отличие от угла падения солнечного света 114, показанного в примерах на ФИГ. 4А и 4В. Поскольку угол падения меняется от нормального направления, модуль 212 управления (на ФИГ. 2В) управляет отражателями 406 посредством подачи сигналов на приводы 412 на размещение отражателей 406 для сохранения направления отражаемого солнечного света 410 к солнечному элементу 402. Соответственно, положение отражателей 406, обеспечивающее подачу энергии на солнечные элементы, изменяется в зависимости от отражателя и угла падения солнечного света 114. Схожим образом, отводящее положение отражателей 406 для отражения падающего солнечного света 114 и управления локальной температурой возле массива 224 концентраторов солнечной энергии также изменяется в зависимости от отражателя и угла падения солнечного света 114.
[0091] На ФИГ. 4D в разрезе показан еще один пример осуществления солнечного элемента 402 и соответствующих отражателей 406 в положении, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы, когда солнечный свет 114 не проходит по нормали к солнечному источнику 200 питания. Аналогично примеру, показанному на ФИГ. 4В, в этом примере модуль 212 управления может посылать сигналы на приводы 412 для ориентирования отражателей 406 с направлением отраженного солнечного света 414 от солнечного элемента 402 (в отличие от отраженного и направленного солнечного света 410, направленного к солнечному элементу 402). Как и в предыдущем случае, когда отражатели 406 направляют отраженный солнечный свет 414 так, что отраженный солнечный свет 414 не сообщает энергию солнечному элементу 402, солнечный элемент 402 не вырабатывает электрический сигнал и не вносит вклада в электрическую выходную мощность модуля 222а-222i концентраторов (на ФИГ. 2В). В этом примере отражатели 406 на ФИГ. 4В показаны ориентированными в отводящем положении для направления отраженного солнечного света 414 под косым углом относительно угла падения солнечного света 114. Поскольку отражаемый солнечный свет 414 не освещает солнечный элемент 402, солнечный элемент находится в положении, в котором нет выработки электроэнергии, и блок 400 групп отражателей не поглощает тепловую энергию от солнечного света 114, поскольку она отражается назад во внешнее пространство и от космического летательного аппарата 100. По существу, это отводящее положение также приводит к уменьшению локальной температуры солнечной панели 102 или 104 в указанном положении блока 400 групп отражателей в солнечной панели 102 или 104.
[0092] Как отмечено выше, коэффициент концентрации может быть выражен в показателях общего количества отражателей в массиве концентраторов или в солнечном источнике питания. Это может привести к применению коэффициента концентрации к этому отражателю в группе отражателей. На ФИГ. 4Е в разрезе показан пример солнечного элемента 402 и соответствующих отражателей, в котором выбранные отражатели 406 находятся в положении подачи энергии на солнечные элементы, а другие отражатели 416 находятся в положении, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы. Когда выбранное количество отражателей 406, ориентированных с занятием положения подачи энергии на солнечные элементы, меньше, чем все отражатели в группе отражателей, солнечный элемент 402 вырабатывает меньше, чем максимальное количество электрической энергии. Некоторые отражатели 406 в группе отражателей будут размещены в положении подачи энергии на солнечные элементы, а другие отражатели 416 в той же группе отражателей будут размещены в положении, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы, как показано на ФИГ. 4Е. Общее количество выбранных отражателей 406, размещенных в положении подачи энергии на солнечные элементы в массиве концентраторов, может соответствовать коэффициенту концентрации общего количества отражателей в массиве концентраторов. В этом примере отражатели 416 находятся в отводящем положении относительно других отражателей 406, которые находятся в неотводящем положении, т.к. отражатели 416 направляют отражаемый солнечный свет 414 от блока 400 групп отражателей во внешнее пространство, в то время как другие отражатели 406 направляют отраженный солнечный свет 410 к солнечному элементу 402. По существу, отражатели 416 в отводящем положении также уменьшают локальную температуру в блоке 400 групп отражателей и управляют ею.
[0093] Использование коэффициента концентрации для управления выходной мощностью массива 224 концентраторов солнечной энергии обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что потребная мощность космического летательного аппарата 100 покрывается без выработки избыточной мощности. В качестве примера, космический летательный аппарат 100, которому требуется мощность 1 кВт для перемещения от Земли к Юпитеру, устанавливает начальный коэффициент концентрации меньшим, чем максимальный коэффициент концентрации, достаточный для выработки мощности 1 кВт, и увеличивает коэффициент концентрации до тех пор, пока возле Юпитера не будет достигнут максимальный коэффициент концентрации для выработки такой же мощности 1 кВт. Схожим образом, космический летательный аппарат 100, которому требуется мощность 1 кВт для перемещения от Земли к Венере, устанавливает начальный коэффициент концентрации на максимальное значение, достаточный для выработки мощности в 1 кВт, и уменьшает коэффициент концентрации до минимального значения, необходимого для выработки такой же мощности 1 кВт при достижении Венеры. Кроме того, коэффициента концентрации также может быть использован для терморегулирования локальной температуры модулей концентраторов солнечной энергии.
[0094] На ФИГ. 5-7 показаны структурные схемы, иллюстрирующие способы управления выходной мощностью массива концентраторов солнечной энергии с использованием коэффициента концентрации. Следует отметить, что способы, показанные на ФИГ. 5-7 предполагают, что коэффициент концентрации основан на отслеживании доступной выходной мощности и потребной мощности космического летательного аппарата 100. Как отмечено выше, коэффициент концентрации может быть определен с использованием других способов, например, без ограничения, основанных на расстоянии до Солнца. В следующем описании способов по ФИГ. 5-7 делается ссылка на компоненты, показанные на ФИГ. 2В, если не указано иное. Способы по ФИГ. 5-7 могут быть реализованы в виде компонентов программного обеспечения, содержащих инструкции, исполняемые компьютером и хранящиеся в запоминающем устройстве, и исполняемые процессором в модуле 212 управления или в другом вычислительном устройстве на космическом летательном аппарате 100.
[0095] На ФИГ. 5 показана структурная схема, иллюстрирующая работу первого примера способа 500 управления выходной мощностью, поступающей от массива 224 концентраторов солнечной энергии. В приведенном в качестве примера неограничивающем варианте осуществления, показанном на ФИГ. 2В, контроллер 228 определяет коэффициент концентрации и сообщает информацию, относящуюся к коэффициенту концентрации (или сам коэффициент концентрации), в модуль 212 управления. На этапе 502 модуль 212 управления принимает сигнал или команду на размещение выбранного количества отражателей в положении подачи энергии на солнечные элементы, при этом выбранное количество отражателей представляет собой коэффициент концентрации отражателей на массиве 224 концентраторов солнечной энергии.
[0096] На этапе 504 модуль 212 управления размещает выбранное количество отражателей на массиве 224 концентраторов солнечной энергии в положении подачи энергии на солнечные элементы для выработки выходной мощности массивом 224 концентраторов солнечной энергии. Модуль 212 управления размещает отражатели посредством подачи сигналов на приводы, соответствующие указанному выбранному количеству отражателей.
[0097] Как отмечено выше, коэффициент концентрации предпочтительно может быть скорректирован для космического летательного аппарата 100, движущегося от Солнца, и для космического летательного аппарата 100, движущегося по направлению к Солнцу. На ФИГ. 6 показана структурная схема, иллюстрирующая работу примера способа 600 изменения коэффициента концентрации для космического летательного аппарата, движущегося от Солнца. Способ 600 на ФИГ. 6 может быть реализован контроллером 228 для определения коэффициента концентрации для подачи сигнала в модули 212 управления в каждых модулях 222a-222i концентраторов солнечной энергии. В альтернативном примере солнечный источник 200 питания может быть реализован с использованием одного модуля 222a-222i концентраторов солнечной энергии с модулем 212 управления, который выполняет операции, описанные в настоящем документе, для контроллера 228.
[0098] На этапе 602 определяют начальный коэффициент концентрации, который меньше, чем максимальный коэффициент концентрации. В приведенном выше примере для космического летательного аппарата, движущегося к Юпитеру и имеющего потребную мощность величиной 1 кВт, а также общую максимальную выходную мощность величиной 25 кВт, начальный коэффициент концентрации может быть установлен на величину 1/25 для выработки необходимой мощности 1 кВт при нахождении по существу возле Земли. Количество групп отражателей, соответствующих величине 1/25, выбирают и ориентируют с занятием положения подачи энергии на солнечные элементы. На этапе 604 контроллер 228 может оценивать нагрузку на бортовую электрошину для определения потребной мощности космического летательного аппарата. На этапе 606 измеряют выходную мощность, доступную от массива или массивов 224 концентраторов солнечной энергии. Как отмечено выше, выходная мощность будет уменьшаться по мере перемещения космического летательного аппарата 100 дальше от Солнца вследствие уменьшения интенсивности солнечного света 114.
[0099] В блоке 608 принятия решения доступную выходную мощность сравнивают с потребной мощностью космического летательного аппарата 100. Если доступная выходная мощность выше, чем потребная мощность космического летательного аппарата 100 (ветвь ДА), коэффициент концентрации может быть оставлен неизменным. Если доступная выходная мощность меньше, чем потребная мощность космического летательного аппарата 100 (ветвь НЕТ), коэффициент концентрации может быть увеличен на этапе 610. Следует отметить, что может быть применено пороговое значение, когда доступная выходная мощность должна поддерживаться на уровне потребной мощности космического летательного аппарата плюс пороговое значение.
[00100] Управление согласно способу 600 переходит от блока 608 принятия решения и этапа 610 к этапу 604 для непрерывного отслеживания потребной мощности космического летательного аппарата 100, а затем к этапу 606 для непрерывного отслеживания доступной выходной мощности.
[00101] На ФИГ. 7 показана структурная схема, иллюстрирующая работу примера способа 700 изменения коэффициента концентрации для космического летательного аппарата, движущегося по направлению к Солнцу. Способ 700 на ФИГ. 7 может быть реализован контроллером 228 для определения коэффициента концентрации для подачи сигнала в модули 212 управления в каждых модулях 222a-222i концентраторов солнечной энергии. В альтернативном примере солнечный источник 200 питания может быть реализован с использованием одного модуля 222a-222i концентраторов солнечной энергий с модулем 212 управления, который выполняет операции, описанные в настоящем документе, для контроллера 228.
[00102] На этапе 702 определяют начальный коэффициент концентрации, который больше, чем минимальный коэффициент концентрации в начальном положении. В приведенном выше примере для космического летательного аппарата, движущегося к Венере и имеющего потребную мощность 1 кВт, а также общую максимальную выходную мощность 1 кВт, начальный коэффициент концентрации может быть установлен на значение 10:1 для выработки необходимой мощности 1 кВт при нахождении по существу в начальном положении, которым является Земля. Количество групп отражателей, соответствующих коэффициенту 10:1, или все группы отражателей, выбирают и ориентируют с занятием положения подачи энергии на солнечные элементы. На этапе 704 контроллер 228 может оценивать нагрузку на бортовую электрошину для определения необходимой мощности от массива 224 концентраторов. На этапе 706 измеряют доступную выходную мощность от массива или массивов 224 концентраторов солнечной энергии. Как отмечено выше, выходная мощность будет увеличиваться по мере перемещения космического летательного аппарата 100 к Солнцу вследствие увеличившейся интенсивности солнечного света 114 по мере приближения космического летательного аппарата 100 к Солнцу.
[00103] В блоке 708 принятия решения доступную выходную мощность сравнивают с потребной мощностью космического летательного аппарата. Если доступная выходная мощность меньше, чем потребная мощность космического летательного аппарата (ветвь НЕТ) плюс пороговое значение, коэффициент концентрации может быть оставлен неизменным. Если доступная выходная мощность превосходит потребную мощность космического летательного аппарата плюс пороговое значение (ветвь ДА), коэффициент концентрации может быть уменьшен на этапе 710. Следует отметить, что пороговое значение может быть подходящей величиной, характеризующей уровень мощности, считающийся избыточным.
[00104] Управление согласно способу 700 переходит от блока 708 принятия решения и этапа 710 к этапу 704 для непрерывного отслеживания потребной мощности космического летательного аппарата 100, а затем к этапу 706 для непрерывного отслеживания доступной выходной мощности.
[00105] На ФИГ. 8 показана структурная схема, иллюстрирующая пример работы способа 800 управления температурой солнечной панели, имеющей массив концентраторов солнечной энергии с системой 300 терморегулирования в соответствии с раскрытием настоящего изобретения. В этом примере система 300 терморегулирования реализует процесс управления температурой солнечной панели, имеющей массив концентраторов солнечной энергии, при этом решетка концентраторов солнечной энергии имеет множество фотогальванических элементов и множество отражателей, размещенных в группах отражателей, соответствующих указанному множеству фотогальванических элементов. Способ 800 включает в себя отслеживание 802 температуры солнечной панели (102 или 104) с помощью датчика температуры (такого как, например, 236а), сообщающегося с возможностью передачи сигналов с контроллером 228. Датчик температуры формирует значение локальной температуры солнечной панели возле модуля концентраторов солнечной энергии (такого как, например, 222а), находящегося возле датчика температуры, и отправляет данные датчика (которые включают в себя данные измеренной локальной температуры) в контроллер 228. Затем контроллер 228 принимает 804 данные измеренной локальной температуры от датчика температуры и определяет (на этапе 806 принятия решения), нуждается ли локальная температура солнечной панели в регулировке. Если локальная температура солнечной панели не нуждается в регулировке, процесс возвращается к этапу 802, где датчик температуры продолжает отслеживание локальной температуры солнечной панели в указанном положении датчика температуры, и процесс повторяется.
[00106] Если, напротив, локальная температура солнечной панели нуждается в регулировке, контроллер 228 отправляет сигнал 808 управления в модуль концентраторов солнечной энергии, соответствующий датчику температуры, для регулировки положения выбранного количества отражателей на решетке концентраторов солнечной энергии (соответствующих модулю концентраторов солнечной энергии, такому как, например, 224) с занятием отводящего положения, с тем чтобы уменьшить количество тепла, вырабатываемого падающим солнечным светом 114 на этой части солнечной панели. Модуль концентраторов солнечной энергии принимает сигнал управления от контроллера 228 и исходя из этого размещает 810 выбранное количество отражателей на решетке концентраторов солнечной энергии в отводящем положении. Затем процесс возвращается к этапу 802, где датчик температуры продолжает отслеживание локальной температурой солнечной панели в указанном положении датчика температуры, и процесс повторяется.
[00107] В этом примере сигнал управления принимают модулем управления (таким как, например, 212) в модуле концентраторов солнечной энергии, и контроллер 228, модуль управления или контроллер 228 и модуль управления определяют выбранное количество и положение отражателей, которые должны быть помещены в отводящее положение для управления локальной температурой солнечной панели, при этом модуль управления управляет регулировкой выбранных отражателей. В этом примере другой процессор или контроллер на космическом летательном аппарате 100 также может быть использован в сочетании с контроллером 228 и модулем управления для определения выбранного количества и положения отражателей, которые должны быть помещены в отводящее положение для управления локальной температурой солнечной панели. В этом примере посредством размещения выбранного количества отражателей в отводящем положении для управления локальной температурой солнечной панели контроллером 228, модулем управления или контроллером 228 и модулем управления управляют температурой солнечной панели.
[00108] В этом примере этап размещения первого выбранного количества отражателей в отводящем положении может включать в себя размещение первого выбранного количества отражателей в частично отводящем положении или полностью отводящем положении. Кроме того, этап размещения первого выбранного количества отражателей в отводящем положении может включать в себя регулировку положения и угла каждого отражателя из первого выбранного количества отражателей множеством приводов в первом модуле микроконцентраторов (МСМ). Кроме того, этап приема первого сигнала управления от контроллера может включать в себя прием первого сигнала управления в первом модуле управления, а этап размещения первого выбранного количества отражателей в отводящем положении может включать в себя размещение первого выбранного количества отражателей в решетке концентраторов солнечной энергии в отводящем положении с помощью первого модуля управления по приему первого сигнала управления. Кроме того, способ также может включать в себя: отслеживание второй локальной температуры селективно отражающей панели с помощью второго датчика температуры, сообщающегося с возможностью передачи сигналов с контроллером; прием второго сигнала управления от контроллера для размещения второго выбранного количества отражателей на второй решетке концентраторов солнечной энергии в отводящем положении исходя из принимаемого второго сигнала управления, который соответствует отслеживаемой второй локальной температуре, причем второе выбранное количество отражателей определено для управления второй локальной температурой селективно отражающей панели; и размещение второго выбранного количества отражателей в отводящем положении для управления второй локальной температурой селективно отражающей панели. Кроме того, способ также может включать в себя: прием данных второй температуры от второго датчика температуры в контроллере; определение второго выбранного количества отражателей на второй решетке онцентраторов солнечной энергии, подлежащих размещению в отводящем положении исходя из принимаемых в контроллере данных второй температуры; и формирование в контроллере второго сигнала управления исходя из определения второго выбранного количества отражателей, подлежащих размещению в отводящем положении. Прием второго сигнала управления от контроллера может включать в себя прием второго сигнала управления во втором модуле управления, а размещение второго выбранного количества отражателей в отводящем положении может включать в себя размещение второго выбранного количества отражателей в решетке концентраторов солнечной энергии в отводящем положении с помощью второго модуля управления по приему второго сигнала управления.
[00109] Как описано выше, коэффициент концентрации может быть применен к выбранному количеству отражателей по отдельности или в группах отражателей. На ФИГ. 9 показана блок-схема приведенной в качестве примера космической системы 600, получающей питание от Солнца и размещенной в космическом летательном аппарате 100, получающем питание от солнечного источника 902 питания, с иллюстрацией подачи энергии на группы отражателей согласно коэффициенту концентрации. Солнечный источник 902 питания включает в себя множество модулей 904a-904i микроконцентраторов (МСМ), при этом каждый модуль 904a-904i микроконцентраторов включает в себя модуль 906 управления и массив 908 микроконцентраторов. Массив 908 микроконцентраторов на ФИГ. 9 включает в себя солнечные элементы и соответствующие группы МЭМС-отражателей. Модули 904а-904i микроконцентраторов являются примерами модулей 200 и 222a-222i концентраторов, описанных выше со ссылкой на ФИГ. 2А и 2В. Массив 908 микроконцентраторов является примером массива 224 и 224 концентраторов солнечной энергии, описанным выше со ссылкой на ФИГ. 2А и 2В. Солнечный источник 902 питания также может включать в себя множество датчиков 910a-910i температуры, которые соответствуют датчикам температуры в указанных положениях модулей 904a-904i микроконцентраторов, соответственно.
,
out
[00110] Модуль 906 управления в решетке 904а микроконцентраторов на ФИГ. 9 может реализовывать способы 500 и 800, описанные выше со ссылкой на ФИГ. 5 и 8. В этом примере модуль 906 управления может представлять собой процессор, как описано ранее, или специализированную интегральную схему ASIC (Application Specific Integrated Circuit), цифровой сигнальный процессор DSP (digital signal processor), программируемую пользователем вентильную матрицу FPGA (Field Programmable Gate Array) или другое аналогичное устройство или другой аналогичный компонент. Количество отражателей согласно коэффициенту концентрации может быть выбрано в группах отражателей. Таким образом, выбранное количество отражателей представляет собой коэффициент концентрации общего количества групп отражателей, являющегося количеством солнечных элементов. Все отражатели в каждой из выбранного количества групп отражателей ориентированы с занятием положения подачи энергии на солнечные элементы, как показано на ФИГ. 3А. На ФИГ. 9 показана первая совокупность групп 912 отражателей в виде групп отражателей, не выбранных для подачи энергии на солнечные элементы, соответствующие первой совокупности групп 912 отражателей. Следует отметить, что указанные конфигурации приведены для целей иллюстрации. Вторая совокупность групп 914 отражателей, обозначенная на ФИГ. 9А серыми квадратами, представляет собой выбранное количество групп отражателей, соответствующее коэффициенту концентрации величиной выбранных для подачи энергии на солнечные элементы, соответствующие каждой из второй совокупности групп 914 отражателей. Пример на ФИГ. 9 иллюстрирует выбор коэффициента концентрации солнечных элементов для подачи энергии для выдачи максимальной мощности каждого солнечного элемента. Общая выходная мощность массива 904а микроконцентраторов представляет собой коэффициент концентрации общей выходной мощности массива 904а микроконцентраторов. Как и ранее, контроллер 916 может принимать данные локальной температуры от датчиков 910a-912i температуры и выходное напряжение V 920 от модулей 904a-904i микроконцентраторов и исходя из этого формировать сигналы управления, которые могут быть отправлены на указанное множество модулей 904a-904i микроконцентраторов (МСМ) для управления положением отражателей в солнечных элементах и решетке 908 микроконцентраторов. В этом примере контроллер 916 может представлять собой процессор, как описано ранее, или схему ASIC, процессор DSP, матрицу FPGA или другое аналогичное устройство или другой аналогичный компонент.
[00111] На ФИГ. 10 показана блок-схема приведенной в качестве примера космической системы 1000 для подачи питания на космический летательный аппарат 100 с использованием солнечной батареи 1002. Солнечная батарея 1002 включает в себя множество модулей 1004 микроконцентраторов и 1006, при этом каждый модуль 1004 и 1006 микроконцентраторов выполнен в виде модулей 904a-904i микроконцентраторов по ФИГ. 9. В примере, показанном на ФИГ. 10, космический летательный аппарат 100 может определять коэффициент концентрации выбирать несколько модулей 1008 микроконцентраторов, соответствующих коэффициенту концентрации, а затем сообщить энергию всем группам отражателей на выбранных модулях 1008 микроконцентраторов для ориентирования с занятием положения подачи энергии на солнечные элементы. На ФИГ. 10 показана солнечная батарея 1002 с первой совокупностью модулей 1004 микроконцентраторов в виде серых квадратиков, представляющих модули 1004 микроконцентраторов, выбранные для выработки максимальной выходной мощности 1010 модулей 1008 микроконцентраторов. В первой совокупности модулей 1004 микроконцентраторов каждая группа отражателей, соответствующая каждому солнечному элементу в каждой решетке 908 микроконцентраторов (на ФИГ. 9) в каждом модуле 1004 микроконцентраторов;" ориентирована с занятием положения подачи энергии на солнечные элементы, как, например, показано ориентацией отражателей 406 на ФИГ. 4А. Вторая совокупность модулей 1006 микроконцентраторов, показанных в виде белых квадратиков, представляют модули 1006 микроконцентраторов, не выбранные для выработки электроэнергии. Во второй совокупности модулей 1006 микроконцентраторов каждая группа отражателей, соответствующая каждому солнечному элементу в каждой решетке 908 микроконцентраторов (на ФИГ. 9) в каждом модуле 1006 микроконцентраторов, ориентирована с занятием положения, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы, (соответствующего отводящему положению), как, например, показано ориентацией отражателей 406 на ФИГ. 4В.
[00112] На ФИГ. 11 показан график 1100, иллюстрирующий сравнение выходной мощности от приведенного в качестве примера варианта осуществления солнечного источника 200 питания на ФИГ. 2 В, имеющего модули 222a-222i концентраторов солнечной энергии, в которых коэффициент концентрации солнечной энергии изменяется во время космического полета, выходной мощности от известного солнечного источника питания, имеющего массивы концентраторов солнечной энергии, в которых не реализуется изменение коэффициента концентрации. График 1100 на ФИГ. 11 имеет две вертикальных оси. Вертикальная ось 1102 справа ("мощность массива") представляет нормализованную выходную мощность, так что значение 1 представляет потребную мощность космического летательного аппарата, а значение 20 представляет двадцатикратную потребную мощность космического летательного аппарата. Вертикальная ось 1104 слева ("Концентрация") представляет значения коэффициента концентрации, который может быть использован посредством приведенного в качестве примера варианта осуществления солнечного источника 200 питания на ФИГ. 2В. Горизонтальная ось 1105 представляет расстояние от Солнца в а.е.
[00113] На графике 1100 показана первая кривая 1106, представляющая выходную мощность известного солнечного источника питания. Первая кривая 1106 использует вертикальную ось справа ("мощность массива ") для показа падения выходной мощности по мере увеличения расстояния до Солнца. Выходная мощность, показанная первой кривой 1106, падает от значения выходной мощности на расстоянии 1 а.е. (на Земле), которое составляет примерно двадцатипятикратную потребную мощность космического летательного аппарата, до значения выходной мощности примерно один на расстоянии Юпитера от Солнца величиной 5 а.е. Падение выходной мощности происходит вследствие уменьшения интенсивности света при перемещении космического летательного аппарата дальше от Солнца.
[00114] На ФИГ. 11 показана вторая кривая 1108, представляющая выходную мощность приведенного в качестве примера варианта осуществления солнечного источника 200 питания на ФИГ. 2 В, который изменяет коэффициент концентрации для модулей 222а-222i концентраторов. Вторая кривая 1108 также использует вертикальную ось справа ("мощность массива ") для показа выходной мощности, остающейся по существу во время космического полета по мере перемещения космического летательного аппарата дальше от Солнца.
[00115] На ФИГ. 11 третьей кривой 1110 показано соотношение между коэффициентом концентрации и выходной мощностью приведенного в качестве примера варианта осуществления солнечного источника 200 питания. Третья кривая 1110 использует вертикальную ось 1104 ("Концентрация") и показывает увеличение коэффициента концентрации по мере перемещения космического летательного аппарата 100 дальше от Солнца для поддержания уровня выходной мощности, как обозначено второй кривой 1108. Как описано выше, низкий коэффициент концентрации в начале космического полета приводит к тому, что часть отражателей в каждом модуле микроконцентраторов ориентированы с занятием положения подачи энергии на солнечные элементы, а остальные отражатели ориентированы с занятием положения, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы. Коэффициент концентрации увеличивается по мере перемещения космического летательного аппарата дальше от Солнца, как обозначено третьей кривой 1110. Увеличение коэффициента концентрации приводит к постепенному увеличению количества отражателей, ориентированных с занятием положения подачи энергии на солнечные элементы во время космического полета, до тех пор, пока все отражатели не окажутся в положении подачи энергии на солнечные элементы на расстоянии примерно 5 а.е. Выходная мощность остается по существу на одном уровне в течение космического полета.
[00116] Приведенные в качестве примера варианты осуществления систем и способов управления выходной мощностью массивов концентраторов с использованием концентраторов для фокусирования света на фотогальванических элементах для выработки электрической энергии. Следует отметить, что отдельные отражатели в группе отражателей могут быть ориентированы с занятием положения, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы, для реализации функций, не относящихся к управлению распределением электрической энергии. Как раскрыто выше в отношении терморегулирования, положение, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы,. также соответствует отводящему положению для управления температурой солнечного элемента. Кроме того, для терморегулирования, например, космический летательный аппарат 100 может быть открыт воздействию внезапного выброса световой энергии, достаточной для повреждения космического летательного аппарата. Такое воздействие может быть следствием лазерной атаки со стороны объекта, намеревающегося разрушить или повредить космический летательный аппарат 100, или следствием обладающего высокой интенсивностью всплеска излучения света от природных или иных искусственных источников.
[00117] Внезапный выброс разрушительной световой энергии может быть обнаружен космическим летательным аппаратом 100. Например, во время космического полета контроллер 228 может непрерывно отслеживать доступную выходную мощность. При отслеживании доступной выходной мощности контроллер 228 может воспринимать импульсный или внезапный выброс мощности, который вряд ли будет вызван солнечным светом, падающим на массив 224 концентраторов солнечной энергии. Исходя из импульсного или внезапного выброса мощности контроллер 228 может определить, что космический летательный аппарат 100 подвергается атаке в виде внезапного выброса световой энергии, достаточной, чтобы вызвать повреждение. В качестве реакции на это может быть произведено управление массивом 224 концентраторов солнечной энергии, чтобы сориентировать выбранное количество групп отражателей с занятием отводящего положения (т.е. положения, в котором нет подачи энергии на солнечные элементы) для направления света лазера от космического летательного аппарата 100. Аналогично ситуации терморегулирования, выбранное количество может представлять собой все группы отражателей, которые отключают подачу электрической энергии на космический летательный аппарат 100, или количество, достаточное для отражения энергии лазерного излучения от космического летательного аппарата 100. Такая реакция может быть запрограммирована автономно в программных средствах управления или передана в виде предварительных команд с Земли, чтобы упредить известную угрозу.
[00118] На ФИГ. 12 показан перспективный вид примера еще одного осуществления космического летательного аппарата 1200 в соответствии с раскрытием настоящего изобретения. В этом примере космический летательный аппарат 1200 включает в себя селективно отражающую панель, которая является зеркалом, имеющим зеркальную секцию 1202 на корпусе 1204 космического летательного аппарата 1200, которые используют систему терморегулирования (не показано) для управления температурой корпуса 1204 космического летательного аппарата 1200, когда на корпус 1204 космического летательного аппарата 1200 падает солнечный свет 114. Кроме того, космический летательный аппарат 1200 также включает в себя две солнечные панели 1206 и 1208, которые также могут включать в себя систему терморегулирования (не показано) в каждой солнечной панели 1206 и 1208, как описано ранее. При наличии, система терморегулирования в каждой солнечной панели 1206 и 1208 может включать в себя модуль концентраторов солнечной энергии, как описано ранее в отношении ФИГ. 2А-11. Однако система терморегулирования в зеркальной секции 1202 не будет включать в себя тот же тип модулей концентраторов солнечной энергии, как описано ранее. Вместо этого, система терморегулирования в зеркальной секции 1202 не будет использовать никаких солнечных элементов (таких как, например, солнечный элемент 402). Система терморегулирования может использовать множество отражателей (не показано) либо для "отключения", либо для "подключения" зеркальной секции 1202 посредством размещения отражателей в отводящем положении для подключения зеркальной секции 1202 или размещения отражателей в неотводящем положении для отключения зеркальной секции 1202.
[00119] В частности, на ФИГ. 13А в разрезе приведен пример зеркальной секции 1202 (показанной на ФИГ. 12) и соответствующих отражателей 1300 в зеркальной секции 1202 в отводящем положении в соответствии с раскрытием настоящего изобретения. Если зеркальная секция 1202 использует массив концентраторов солнечной энергии, где отражатели 1300 являются блоками групп отражателей на решетке концентраторов солнечной энергии, то этот пример схож с примером, показанным на ФИГ. 4А-4Е, за исключением того, что в этом примере зеркальная секция 1202 не включает в себя солнечный элемент (такой как солнечный элемент 402), поскольку зеркальная секция 1202 является не солнечной панелью, а простым зеркалом, выполненным с возможностью отражения солнечного света 114, когда отражатели (не показано) находятся в отводящем положении. Посредством отражения солнечного света 114 система терморегулирования уменьшает количество тепла на корпусе 1204 космического летательного аппарата 1200.
[00120] В этом примере для зеркальной секции 1202 предполагается использование множества массивов концентраторов солнечной энергии (не показано), схожих с модулем 200 концентраторов солнечной энергии, за исключением того, что множество массивов концентраторов солнечной энергии в этом примере не будет иметь солнечных элементов и будет использовано системой терморегулирования либо для поглощения, либо для отражения солнечного света 114.
[00121] Аналогично предыдущему описанию, в этом примере система терморегулирования включает в себя указанные один или более датчиков температуры на зеркальной секции 1202, контроллер (или контроллеры) и один или более массивов концентраторов солнечной энергии, при этом контроллер сообщается с возможностью передачи сигналов как с указанными одним или более датчиками температуры, так и с указанными одним или более массивами концентраторов солнечной энергии. Как раскрыто ранее, каждый массив концентраторов солнечной энергии выполнен с возможностью приема сигнала управления от контроллера и исходя из этого размещения выбранного количества отражателей в отводящем положении для управления локальной температурой зеркальной секции 1202 с управлением, таким образом, температурой корпуса 1204 космического летательного аппарата 1200.
[00122] По существу, возвращаясь к ФИГ. 13А, в разрезе показаны зеркальная секция 1202 и блок 1302 групп отражателей с отражателями 1300, ориентированные в отводящем положении, которое обеспечивает отражение всего солнечного света 114, падающего на блок 1302 групп отражателей. Аналогично примеру, показанному на ФИГ. 2А, модуль концентраторов солнечной энергии также может включать в себя модуль управления (не показано), при этом модуль управления выполнен с возможностью отправки сигналов на приводы 1304 для ориентирования отражателей 1300 с направлением отраженного солнечного света 1306 от блока 1302 групп отражателей. Как и в предыдущем случае, модуль управления обеспечивает для модуля концентраторов солнечной энергии функции управления и телеметрии. Модуль управления может включать в себя вычислительные ресурсы, такие как процессор, и средства хранения для хранения данных и инструкций для реализации запрограммированных функций. Модуль управления включает в себя функции управления положением и ориентацией отражателей 1300. Модуль управления может управлять несколькими отражателями 1300 или группами отражателей для направления света от блока 1302 групп отражателей и других блоков групп отражателей. Модуль управления также может включать в себя интерфейс связи для приема сигналов или команд, например от других вычислительных компонентов, таких как, например, полетный компьютер на космическом летательном аппарате 1200. Как описано ранее, в этом примере модуль управления может быть контроллером системы терморегулирования или устройством, модулем или системой, который или которая сообщается с возможностью передачи сигналов с контроллером (или контроллерами) системы терморегулирования.
[00123] Когда отражатели 1300 направляют отражаемый солнечный свет 1306 так, что отраженный солнечный свет 1306 не поглощается блоком 1302 групп отражателей, блок 1302 групп отражателей и, соответственно, зеркальная секция 1202 и корпус 1204 космического летательного аппарата 1200 не увеличивают температуру, поскольку энергия от солнечного света 114 отражается от космического летательного аппарата 1200. В этом примере отражатели 1300 показаны ориентированными перпендикулярно углу падения солнечного света 114 так, чтобы направлять отражаемый солнечный свет 414 назад вдоль угла падения солнечного света 114. При этом отводящим положением может быть любое положение или любая ориентация отражателей 1300, которая позволяется направлять свет отражателем 1300 в любом направлении от блока 1302 групп отражателей и космического летательного аппарата 1200.
[00124] По существу, отводящее положение отражателей 1300 способствует терморегулированию космического летательного аппарата 1200, поскольку отражаемый солнечный свет 414 не поглощается блоком 1302 групп отражателей, а отражается назад во внешнее пространство и от космического летательного аппарата 1200. В результате, отводящее положение приводит к уменьшению локальной температуры зеркальной секции 1202 в указанном положении блока 1302 групп отражателей в зеркальной секции 1202.
[00125] В этом примере, аналогичном примерам, описанным в отношении ФИГ. 2А-4Е, блок 1302 групп отражателей включает в себя первую плоскую подложку 1308, предпочтительно выполненную из стекла, пластика, диоксида кремния или какого-либо другого подходящего прозрачного материала (как описано выше со ссылкой на ФИГ. 3А), и указанное множество отражателей 1300, установленных на второй плоской подложке 1310 на расстоянии от первой плоской подложки 1308 и параллельно ей. Первая и вторая подложки 1308 и 1310 ориентированы так, что солнечный свет 114 падает на блок 1302 групп отражателей на первую плоскую подложку 1308. Хотя солнечный свет 114 на ФИГ. 13А показан направленным к первой плоской подложке 1308 по существу под прямым углом падения, отражатели 1300 могут быть отрегулированы с занятием положения для отражения падающего солнечного света 114, когда угол падения солнечного света 114 смещен от прямого. В этом примере солнечный свет 114 проходит через прозрачную первую плоскую подложку 1308 по направлению к отражателям 1300 в блоке 1302 групп отражателей. Отражатели 1300 отражают и направляют отражаемый солнечный свет 1306 через первую плоскую подложку 1308 и от космического летательного аппарата 1200. Кроме того, в этом примере вторая подложка 1310 может быть изготовлена из плавленого кварца или другого аналогичного материала. Вторая подложка 1310 может быть выполнена с возможностью увеличения температуры при воздействии на нее падающего солнечного света 114, или блок 1302 групп отражателей может включать в себя слой 1312 энергопоглощающего материала, который расположен возле и на верхней части поверхности второй подложки 1310.
[00126] На ФИГ. 13В в разрезе показан пример блока 1302 групп отражателей и соответствующих отражателей 1300 в неотводящем положении в соответствии с раскрытием настоящего изобретения. Аналогично примеру, показанному на ФИГ. 13А, в этом примере модуль управления может посылать сигналы на приводы 1304 для ориентирования отражателей 1300 и их направления от солнечного света 114 так, что солнечный свет не отражается от блока 1302 групп отражателей отражателями 1300 и, наоборот, падает либо на слой 1312 энергопоглощающего материала, либо на вторую подложку 1310. Таким образом, слой 1312 энергопоглощающего материала, вторая подложка 1310 или слой 1312 энергопоглощающего материала и вторая подложка 1310 поглощают часть или большую часть энергии от падающего солнечного света 114 и вырабатывают тепло в блоке 1302 групп отражателей, которое приводит к увеличению локальной температуры зеркальной секции 1202 рядом с местом расположения блока 1302 групп отражателей. В результате, посредством использования отражателей 1300 в блоке 1302 групп отражателей система терморегулирования может регулировать локальную температуру зеркальной секции 1202 посредством перемещения отражателей либо в отводящее положение (т.е. положение отражения солнечного света 114), либо неотводящее положение (т.е. положение поглощения солнечного света 114).
[00127] На ФИГ. 14 показана структурная схема 1400, иллюстрирующая пример работы способа управления температурой космического летательного аппарата 1200 с помощью системы терморегулирования в соответствии с раскрытием настоящего изобретения. В этом примере селективно отражающая панель является зеркальной секцией 1202 (по ФИГ. 12-13В).
[00128] Способ включает в себя отслеживание 1402 первой локальной температуры селективно отражающей панели (т.е. зеркальной секции 1202) с помощью первого датчика температуры, сообщающегося с возможностью передачи сигналов с контроллером и прием 1404 первого сигнала управления от контроллера для размещения первого выбранного количества отражателей на решетке концентраторов солнечной энергии в отводящем положении исходя из принимаемого первого сигнала управления, который соответствует отслеживаемой первой локальной температуре, причем первое выбранное количество отражателей определено для управления первой локальной температурой селективно отражающей панели. Затем система терморегулирования определяет 1406 (исходя из принимаемых данных первой температуры от первого датчика температуры в контроллере), нуждается ли локальная температура на датчике температуры в регулировке. Если локальная температура на датчике температуры не нуждается в регулировке, способ возвращается к этапу 1402 и способ повторяет этапы 1402-1406.
[00129] Если, напротив, локальная температура на датчике температуры не нуждается в регулировке, система терморегулирования определяет первое выбранное количество отражателей на решетке концентраторов солнечной энергии, подлежащих размещению в отводящем положении, исходя из принимаемых данных первой температуры в контроллере и формирует в контроллере первый сигнал управления исходя из определения первого выбранного количества отражателей, подлежащих размещению в отводящем положении. Сигнал управления затем отправляют 1408 в модуль концентраторов солнечной энергии, соответствующий датчику температуры, для регулировки положения выбранного количества отражателей в решетке концентраторов солнечной энергии с занятием отводящего положения, с тем чтобы уменьшить количество тепла, вырабатываемого падающим солнечным светом 114 на этой части зеркальной секции 1202. В качестве реакции на это массив концентраторов солнечной энергии размещает 1410 первое выбранное количество отражателей в отводящем положении для управления первой локальной температурой селективно отражающей панели с управлением, таким образом, температурой селективно отражающей панели. Затем способ возвращается к этапу 1402, при этом этапы 1402-1410 повторяются.
[00130] В этом примере этап размещения первого выбранного количества отражателей в отводящем положении может включать в себя размещение первого выбранного количества отражателей в частично отводящем положении или полностью отводящем положении. Кроме того, этап размещения первого выбранного количества отражателей в отводящем положении может включать в себя регулировку положения и угла каждого отражателя из первого выбранного количества отражателей множеством приводов в первом модуле микроконцентраторов (МСМ). Кроме того, этап приема первого сигнала управления от контроллера может включать в себя прием первого сигнала управления в первом модуле управления, а этап размещения первого выбранного количества отражателей в отводящем положении может включать в себя размещение первого выбранного количества отражателей в решетке концентраторов солнечной энергии в отводящем положении первым модулем управления по приему первого сигнала управления. Кроме того, способ также может включать в себя: отслеживание второй локальной температуры селективно отражающей панели с помощью второго датчика температуры, сообщающегося с возможностью передачи сигналов с контроллером; прием второго сигнала управления от контроллера для размещения второго выбранного количества отражателей на второй решетке концентраторов солнечной энергии в отводящем положении исходя из принимаемого второго сигнала управления, который соответствует отслеживаемой второй локальной температуре, при этом второе выбранное количество отражателей определено для управления второй локальной температурой селективно отражающей панели; и размещение второго выбранного количества отражателей в отводящем положении для управления второй локальной температурой селективно отражающей панели. Кроме того, способ также может включать в себя: прием данных второй температуры от второго датчика температуры в контроллере; определение второго выбранного количества отражателей на второй решетке концентраторов солнечной энергии, подлежащих размещению в отводящем положении исходя из принимаемых данных второй температуры в контроллере; и формирование в контроллере второго сигнала управления исходя из определения второго выбранного количества отражателей, подлежащих размещению в отводящем положении. Прием второго сигнала управления от контроллера может включать в себя прием второго сигнала управления во втором модуле управления, а размещение второго выбранного количества отражателей в отводящем положении может включать в себя размещение второго выбранного количества отражателей в решетке концентраторов солнечной энергии в отводящем положении вторым модулем управления по приему второго сигнала управления.
[00131] Следует понимать, что различные аспекты или детали раскрытия изобретения могут быть изменены без отхода от объема раскрытия изобретения. Он не является исчерпывающим и не ограничивает заявленное раскрытие изобретения точной раскрытой формой. Кроме того, приведенное выше описание приведено только для целей иллюстрации, а не для целей ограничения. В свете приведенного выше описания возможны модификации и вариации, которые могут быть получены в результате практической реализации раскрытия изобретения. Объем раскрытия изобретения определен его формулой и признаками, эквивалентными ей.
[00132] Структурные схемы и блок-схемы в различных изображенных примерах иллюстрируют архитектуру, функциональность и работу некоторых возможных вариантов осуществления устройств и способов в иллюстративном примере. В связи с этим, каждый блок в структурных схемах или блок-схемах может представлять модуль, сегмент, функцию, часть операции или этапа, некоторую их комбинацию.
[00133] В некоторых альтернативных вариантах осуществления иллюстративного примера функция или функции, обозначенная или обозначенные в блоках, могут быть реализованы в порядке, отличном от показанного на чертежах. Например, в некоторых случаях два блока, показанные последовательно, могут быть выполнены по существу одновременно, или блоки могут иногда выполняться в обратном порядке в зависимости от задействованной функциональности. Кроме того, другие блоки могут быть добавлены в дополнение к блокам, показанным в структурной схеме или блок-схеме.
[00134] Описание различных иллюстративных примеров представлено в целях иллюстрации и описания, оно не является исчерпывающим или ограниченным примерами в раскрытой форме. Многие модификации и вариации окажутся очевидны специалистам в данной области техники. Кроме того, различные иллюстративные примеры могут обеспечить различные функции по сравнению с другими желательными примерами. Пример или примеры выбраны и описаны для того, чтобы наилучшим образом объяснить принципы примеров, практическое применение и дать возможность другим обычным специалистам в данной области техники понять раскрытие различных примеров с различными модификациями, которые подходят для конкретного рассматриваемого применения.