De hoogspanningsbehoeften van satellieten van de volgende generatie aangepakt

Er is een sleepringcombinatie ontwikkeld die de operationele spanning van nieuwe generatie hoogspanningssatellieten meer dan kan verdrievoudigen.

De huidige hausse in ruimteverkenning betekent niet alleen meer satellieten, maar ook verbeterde satellieten met een hogere stroombehoefte en minder elektrische verliezen. Dit betekent onder meer dat de elektronica en voortstuwing hogere spanningen gaan vragen.

Om de stroom die door zonnepanelen wordt opgewekt te gebruiken, zijn satellieten uitgerust met een ‘slip ring assembly’, een onderdeel dat is ontworpen om elektrische stroom over te brengen naar elektrische stroomsystemen aan boord. De sleepring doet dit door middel van glijdende elektrische contacten: een roterende ring en een stationaire borstel – de ‘wiper’. Terwijl het systeem in een satelliet draait, glijdt de ‘wiper’ langs het oppervlak van de ring, waarbij elektrische stroom op lage spanning wordt overgedragen.

Nu hebben onderzoekers van EPFL en Beyond Gravity een sleepringassemblage ontwikkeld die hogere spanningen in satellieten mogelijk maakt, waardoor het bereik van de huidige 28-100 volt naar 300-600 volt wordt verhoogd.

De SPC-onderzoekers waren niet alleen gericht op het voldoen aan de groeiende behoefte aan hogere spanningen in satellieten, maar ook om de uitdagingen van het gebruik van een sleepringsamenstel in de ruimte het hoofd te bieden, waardoor het risico op elektrische storingen werd weggenomen, namelijk het genereren van een schadelijk plasma dat de satelliet zou kunnen beschadigen.

In feite heeft een van de problemen die moeten worden overwonnen te maken met de grote drukveranderingen die een satelliet ondergaat, van de atmosferische druk bij de lancering tot het diepe vacuüm van de ruimte. Dit is een al lang bestaand probleem omdat de isolatie van elektrische componenten in satellieten meestal afhankelijk is van vacuümomstandigheden, in afwezigheid van enige gasdruk. Voorgestelde oplossingen omvatten tot nu toe steeds complexere configuraties van elektrische circuits die de functie van de satelliet in de weg kunnen staan. Een andere uitdaging is het aantal omwentelingen dat de ring per dag moet maken, wat na een bepaalde tijd nadelige gevolgen kan hebben voor zijn functie.

De nieuwe sleepring functioneert binnen 400-500 Volt (en 8 A) van zeer lage drukken (10-5 mbar) tot de meest kritische drukwaarden (~1 mbar), met een resulterend overgedragen vermogen tot 40 kW. Het handhaafde deze output zelfs na 25.000 beurten. Ter vergelijking: de sleepringassemblage van een geostationaire satelliet zal na 30 jaar gebruik ongeveer 11.000 omwentelingen maken.

Het nieuwe sleepringontwerp zal de komende jaren in een baan om de aarde worden getest.