パーカーソーラープローブの太陽電池2018年10月21日 16:17

パーカーソーラープローブの太陽電池
パーカーソーラープローブの太陽電池


水星探査機は、昨日無事に上がった様だ。

やれやれ・・・。

まあ、これから7年以上に渡るミッションだからな。

始まったばかりで、これからが本番ということになる。

いろいろ資料のページを読みながら、水星に行くのが大変なこと、特に、熱の管理に苦労することが分かってきた。

太陽に近づくというのは、探査機にとっては至難の業ということになる。

太陽といえば、パーカーソーラープローブ(PSP:以前の名称は、ソーラープローブプラスであることに留意)が、最初の金星フライバイを行ったらしい。

(Parker Solar Probe Successfully Performs Venus Flyby)
http://parkersolarprobe.jhuapl.edu/News-Center/Show-Article.php?articleID=105

「10月3日、パーカーソーラープローブは、最初の金星重力支援ミッションの間に約1,500マイルの距離で金星の飛行を成功裏に完了しました。」(自動翻訳のまま:以下同じ)

計7回も金星フライバイをしながら、近日点高度を下げていくわけだ。

ちなみに、遠日点高度は金星軌道よりも太陽からは遠い。

この探査機のことについては、このブログでも少し書いた。

(恒星探査機)
http://kfujito2.asablo.jp/blog/2018/01/01/8759768

「NASAが言う通り、人類初の恒星への接近といっていいだろう。」

大した記事ではない。

で、ちょとっと調べて気になったことがあった。

(パーカー・ソーラー・プローブ)
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%91%E3%83%BC%E3%82%AB%E3%83%BC%E3%83%BB%E3%82%BD%E3%83%BC%E3%83%A9%E3%83%BC%E3%83%BB%E3%83%97%E3%83%AD%E3%83%BC%E3%83%96

「電源には二組一対の太陽電池アレイが使われる。第1太陽電池アレイは太陽から0.25 AU以遠で使われ、その間は第2太陽電池アレイは耐熱シールドの後ろに格納されている。第2太陽電池アレイは太陽への近接時に使われ、光入射強度が強いことからサイズは小さく抑えられている。」

「ポンプで冷却用の流体を流すことで運用温度を維持するようになっている」

イラストを見ると、確かにメインの太陽電池パネルのほかに、小型の太陽電池パネルが描かれている。

ははあ、なかなか凝ったことをするもんだなと感心して、ちょっと調べてみようと思った。

日本語版のウィキのリンクが切れていたので、英語版の該当箇所を当たる。

(Solar Power System Design for the Solar Probe+ Mission)
https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20090004577.pdf

これを見ると、確かに小さなスライド式の太陽電池パネルを出し入れして太陽近傍の発電を行い、液冷システムによって温度管理をするような感じだ。

メインの太陽電池は、その間、畳まれていることもわかる。

切り替えの際には、びみょーなことになりそうだが、まあ、その辺はうまくやるんだろう。

エビデンスのページがもう一つあったので、それを当たる。

(Traveling to the Sun: Why won’t Parker solar probe melt?)
https://www.techexplorist.com/traveling-sun-parker-solar-probe-melt/15586/

「熱シールドの影の後ろに収まる太陽電池アレイは、太陽の強い光線にさらされた小さなセグメントだけを残します。」

「ソーラーアレイは、驚くほどシンプルな冷却システムを備えています。発射時に冷却液を凍らせないようにする加熱タンク、冷却液を凍らせないようにする2つのラジエーター、冷却面を最大化するアルミフィン、および冷却液を循環させるポンプ。冷却システムは、平均的な大きさのリビングルームを冷やすのに十分強力であり、太陽の熱の中でソーラーアレイと計測器を冷たく機能させます。」

この記事の中には、2系統あるはずの太陽電池パネルのことは記載されていない。

「太陽の強い光線にさらされた小さなセグメント」が何を指すのかは不明だしな。

あれっ?、と思って更に調べる。

(Decked Out: Solar Array Cooling System Coming Together on Solar Probe Plus:Posted on 04/19/2017)
http://parkersolarprobe.jhuapl.edu/News-Center/Show-Article.php?articleID=24

「Solar Probe Plusのソーラーアレイ冷却システムは、NASAの宇宙船のソーラーアレイを焼却から保護し、太陽の輝かしい雰囲気の中を移動する重要な仕事を1つ持っています。」

このページでは、9枚の短冊状の放熱板からできたラジエーターが、2個ずつ組になって、断熱版の下の、向かい合わせの2か所に分かれて設置されているのが分かる。

真ん中のスリットの上部に、切り欠きがあるのとないのとで、向きが分かる。

(Solar Power: Parker Solar Probe Tests Its Arrays:Posted on 05/07/2018)
http://parkersolarprobe.jhuapl.edu/News-Center/Show-Article.php?articleID=77

「Parker Solar Probeは2つのソーラーアレイを搭載しており、総面積はわずか17平方フィート(1.55平方メートル)です。彼らは、宇宙船が太陽に近いときに熱保護システム(熱シールド)の後ろの表面のほぼすべてを収縮させる電動アームに取り付けられています。」

この記事のどこを読んでも、小型の太陽電池パネルのことは書かれていない。

写真では分かり辛いが、太陽電池パネルの先端部分に角度が付いている事が分かる。

また、その部分の電池(セル)の長手方向のサイズが、先端に向かって徐々に小さくなっているのも分かる。

ちなみに、最先端の両端の部分は、さらに幅も小さくなっていて、赤く輝かせて性能をチェックしている写真では、この部分が機能していない事が分かる。

ひょっとして、太陽に接近している時の発電は、この角度が付いている部分で行うのではないかと思われる。

(Launch Week Begins for Parker Solar Probe:Posted on 08/08/2018)http://parkersolarprobe.jhuapl.edu/News-Center/Show-Article.php?articleID=90

このページの写真では、高利得アンテナの位置を参考にして、両側の太陽電池パネルの根元の辺りの造作を見ることが出来るが、どちらのパネルの根元にも、太陽接近時にだけ使われる小型太陽電池パネルの仕掛けは見られない。

(Parker Solar Probe’s Solar Array Cooling System Fully Activated:Posted on 09/14/2018)
http://parkersolarprobe.jhuapl.edu/News-Center/Show-Article.php?articleID=100

「9月13日、Parker Solar Probeの初の水冷ソーラーアレイ冷却システム(またはSACS)が完全に運用されました。SACSは、太陽の激しい熱から宇宙船に電力を供給するためのパーカーソーラープローブのソーラーアレイを保護します。」

水冷ラジエーターがうまく機能した記事だが、その対象は2枚の太陽電池パネルに限られている。

(In First for a Spacecraft, Parker Solar Probe Autonomously Manages Heat Load on Solar Arrays:Posted on 10/17/2018)
http://parkersolarprobe.jhuapl.edu/News-Center/Show-Article.php?articleID=106

余程ネタがないのか、太陽電池パネルの冷却と角度、発電量についての蘊蓄が披露されている。

つまり、太陽電池パネルの角度を、発電量を最大にしつつ、熱的要件の範囲内に収めるためのアルゴリズムを開発したという自慢話だ(そうなのかあ?)。

「電力と熱の適切なバランスを管理することは宇宙船には不可欠です。遠く離れているため、地球環境や厳しい環境下で動作するため、Parker Solar Probeは自力で処理する必要があります。」

つまりPSPには、日米のウィキに記載されているような太陽接近時にのみ使用されるスライド式の太陽電池などはないのだ。

概念設計時には、確かにそういう仕掛けが構想されていたようだが、どこかの時点で太陽電池パネルを電気的に制御し、最適な角度に開閉するシステムに代わっていたというわけだ。

その方が合理的だしな。

賢いやり方を考えたものだ。

先端部分に角度を付けて、ちょこっと開いた時には、その部分だけが日傘(!)の陰から少しだけ顔を出して、強烈な日光を浴びて発電できるようになっているわけだ。

うーん、水星探査機のみおのように、4秒に1回回るという芸のなさとは大違いだな(まあ、あっちはスキャンしたりするから、回転運動が欲しかったわけで、一石二鳥ではある)。

ダイナミックにコントロールされた太陽電池パネルがパタパタと開閉して、最適な発電量を得、かつ、熱的にも保護されるという合わせ技だ。

座布団、2枚だな(ソーラーパネルも2枚だからな)。

その仕掛けで、重量的、コスト的メリットがどれだけあったかは分からない。

人類初の恒星探査機という振れ込みだからな。

ギミックとしては、悪くない。

仕掛け的にもユニークだ。

ジョンズホプキンス大学の応用物理研究所(APL)の面目躍如というところか。

さて、この記事を書きながら、浮沈子はふと、最近報道された情けないニュースを思い出した。

(九州電力、13日に太陽光発電抑制 国内初の実施を決定)
https://www.asahi.com/articles/ASLBD46BDLBDTIPE017.html

「原発4基を再稼働させていることもあり、増える太陽光の電力を受け入れきれないと判断した。」

「好天が予想され太陽光の発電量が伸びるとみられる。一方、工場の稼働が減り、秋の過ごしやすい気温で冷房などの電力の使用量は落ち込むことが想定される。そのため電力の需要と供給のバランスをとるのが難しくなると考えた。」

「電力はためることが難しく、常に需要と供給を一致させる必要がある。このバランスが崩れると、電力の周波数が乱れ、故障を防ぐために発電所が停止し大規模な停電につながるとされる。」

報道によれば、今日も4回目の抑制を行っているんだそうだ。

やれやれ・・・。

PSPの爪の垢でも貰っといた方が良かったんじゃね・・・。