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歐空局通過炸毀電池測試來對抗太空碎片

歐空局通過炸毀電池測試來對抗太空碎片

2019-03-13 Comments 0 Comment

這似乎是一個悖論,歐空局(ESA)工程師為了清理太空碎片而一直在炸毀電池。在法國原子能和替代能源委員會(CEA)測試掩體的一系列嚴重“濫用”測試中,為太空衛星設計的鋰離子電池受到“折磨”,作為清潔空間計劃三年項目的一部分,以更好地了解災難性電池故障並防止廢棄航天器中的電池爆炸。

space-batteries-4.jpg

太空碎片是威脅我們在地球軌道運行的能力的一個主要問題,製造此類碎片的關鍵因素之一是安裝在現已不存在的衛星中的電池。根據歐空局電力系統工程師François Bausier的說法,已有超過250個已知的衛星爆炸,其中大約10個是由電池引起的。

space-batteries-1.jpg

問題是電池通過電化學反應發電,舊電池,特別是舊設計,如果它們受到過度應力或衝擊等就會爆炸。如果電池爆炸,它可以摧毀衛星,將其送入新的軌道,或者直接排出粒子,雖然很小,但是當它們以高超音速行進時會危及其他航天器。雖然鋰離子電池比其他電池更安全,但它們並不百分百安全。

space-batteries-2.jpg

“目前從未觀察到太空中的鋰離子電池在飛行中會破裂,但如果受到熱、電或機械濫用,它們可能會爆炸,”Bausier說。“因此,我們已經讓他們受到極端惡劣的條件來模擬一旦太空任務結束並且衛星在軌道上漂移,電池會遇到什麼。”

對各種類型的電池進行了200多次破壞測試,包括電池和多電池模塊。這些電池中的一些是新的,其他電池被反复充電和放電以人工老化它們。此外,測試還包括其他組件,包括內部斷路器和通風系統。這些測試是在惰性氣體條件下進行的,以模擬太空的真空。但歐空局表示,衛星本身通常提供各種形式的氧化劑,可以支持破壞性反應。

space-batteries-3.jpg

測試有多種形式。這些包括短路電池以模擬電路和結構故障,過度充電,過熱和過度放電,以確定這是否可以使電池“被動”或更安全。

“另一種濫用方法是模擬微流星體或空間碎片物的撞擊,”Bausier表示。“軌道速度可能超過20 km / s。我們無法在地面上達到這個速度,因此[我們]決定使用更大的子彈–8 mm而不是0.8 mm。使用這種配置,相同的總能量已實現。 ”

space-batteries-5.jpg

根據這些測試,歐空局建議退役衛星上的電池應在退役前完全放電並與太陽能電池板斷開,並且應配置以使電池盡可能保持均勻的溫度。此外,新電池應更好地設計用於處理太空條件和為避免爆炸而建造的衛星。

space-batteries-6.jpg

根據國際規定,在低於200公里(125英里)的軌道下運行的退役航天器必須設計成在停用後25年內脫軌,並且必須保持關閉直至重新進入。

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