Transmisión de energía para la exploración espacial: estudio eléctrico y mecánico de un convertidor de energía...

Área de la Ciencia:

• La ingeniería espacial es la ingeniería espacial.
• Ciencia de los materiales ciencia de los materiales.
• La energía fotovoltaica es fotovoltaica.

Sus antecedentes:

• La transmisión de energía láser (LPT) es clave para alimentar las misiones lunares, especialmente en regiones permanentemente sombreadas.
• Asegurar la alimentación continua requiere una conversión de energía eficiente y la estabilidad del material en condiciones espaciales extremas.

Objetivo del estudio:

• Investigar la eficiencia de conversión de energía y la estabilidad termomecánica de los convertidores de energía fotónica (PPC) basados en InAlGaAs en condiciones lunares simuladas.
• Evaluar el rendimiento del PPC y la integridad del material para aplicaciones confiables de energía lunar de larga duración.

Principales métodos:

• Se midió la foto-respuesta dependiente de la temperatura de los PPC bajo iluminación láser de 980 nm y 1064 nm en una cámara de vacío criogénica.
• Utilizó COMSOL Multiphysics para simular la transferencia de calor y el estrés mecánico bajo los ciclos lunares de día y noche.
• Incorporó factores ambientales lunares realistas como la radiación solar y el enfriamiento radiativo en las simulaciones.

Principales resultados:

• Los PPC lograron más del 40% de eficiencia entre 190-250 K bajo iluminación láser de 1064 nm.
• A 77 K, la iluminación de 980 nm produjo una mayor eficiencia de PPC que 1064 nm debido a la ampliación de la brecha de banda.
• La tensión de indio simulada alcanzó 1,5-5 MPa, acercándose a su tensión de rendimiento de 6,1 MPa.

Conclusiones:

• Los PPC basados en inAlGaAs demuestran una eficiencia viable para el LPT en entornos lunares.
• La tensión termomecánica en los componentes de indio requiere una cuidadosa consideración para el diseño del sistema y la selección de materiales.
• Los datos experimentales y de simulación combinados apoyan el desarrollo de sistemas LPT robustos para la exploración extraterrestre.