Wie werden die Ausrichtungen der acht unabhängigen Solarzellen der ISS optimiert?

Der grundlegende Wunsch wäre, alle acht Arrays senkrecht zur Sonne zu halten. Aufgrund anderer, detaillierterer Anforderungen ist es jedoch etwas komplizierter.

In nicht allzu ferner Vergangenheit veranstaltete die NASA eine Codierungsherausforderung , um genau dieses Problem anzugehen. Hier sind die Anforderungen aus dieser Herausforderung:

Die von jedem SAW erzeugte Strommenge hängt von seiner Ausrichtung in Bezug auf die Sonne und von etwaigen Schatten auf den Sonnenkollektoren ab. Code zur Berechnung der bei einer bestimmten Ausrichtung erzeugten Leistung wird den Teilnehmern im Offline-Tester/Visualizer zur Verfügung gestellt. Neben der Maximierung der Gesamtleistung gibt es einige Einschränkungen für die möglichen Bewegungen:

• Jeder SARJ und BGA ist auf eine maximale Winkelgeschwindigkeit und eine maximale Winkelbeschleunigung begrenzt.

• Jede SAW muss mindestens eine gewisse Mindestdurchschnittsleistung über der Umlaufbahn erzeugen (die für jede SAW unterschiedlich ist).

• Die Abfolge der Positionen muss zyklisch sein, damit sie auf der nächsten Umlaufbahn wiederholt werden kann.

• Die maximale Menge an BGA-Rotation ist nicht begrenzt, aber das Überschreiten eines Schwellenwerts führt zu einer Punktestrafe.

• Einige tragende Elemente des SAW-Mastes (Longerons genannt) haben Beschränkungen, wie sie beschattet werden können.

Longerons sind die vier langen Komponenten des SAW-Mastes. Wenn ein Längsträger eine Zeit lang beschattet wird, kühlt er ab und schrumpft. Wenn einige Längsträger schrumpfen, während andere dies nicht tun, kann dies die Längsträger belasten und sie schwächen. Diese Schwächung würde schließlich zum Versagen des Mastes führen, was unbedingt vermieden werden muss.

Akronymologie:

SARJ = S olar A rray (oder A lpha) R otary Joint (das Gelenk zwischen dem zentralen ISS-Traversen und den äußeren Traversensegmenten, aus denen die Solar-Arrays sprießen)

BGA = B eta G imbal A ssembly (das Gelenk zwischen dem Array und der Traverse – ermöglicht dem Array, sich um seine Längsachse zu drehen)

SAW = Solar Array W ing _

Die Solaranlagen können auch an bestimmte Positionen bewegt werden, um die Belastungen durch das An- und Abdocken von Fahrzeugen zu mindern - dies ist der Grund für die ziemlich seltsame Positionierung, die auf den Fotos von Besuchsfahrzeugen zu sehen ist.

Hier ist eine eher technische Diskussion solcher Einschränkungen aus diesem Papier :

Einschränkungen für Solaranlagen

Beschränkungen für Solaranlagen fallen in die folgenden Kategorien: Leistung, Belastung (Anlage und SARJ werden getrennt behandelt), Verschmutzung und längere Schattenbildung. Die Stromverfügbarkeit aufgrund eines Arrays ist maximal, wenn es automatisch der Sonne nachgeführt wird, aber dies ist nicht immer ein sicherer Betriebsmodus. Wenn die Stromverfügbarkeit zu niedrig wird, müssen einige Subsysteme der ISS abgeschaltet werden. Wie zuvor beschrieben, muss die Lage der Station periodisch geändert werden, um verschiedenen Ereignissen Rechnung zu tragen, indem eine Kombination verschiedener Triebwerke gezündet wird, was wiederum strukturelle Belastungen auf die Solarfelder sowie die Gelenke, insbesondere die SARJs, auferlegt. Darüber hinaus können die Triebwerksfahnen und Wasserdeponien eine Verunreinigung der Anordnungen verursachen, wodurch ihre Stromerzeugung verringert wird.

Zusätzlich übt eine unterschiedliche Schattierung von Längsträgern, die Strukturelemente sind, die die Array-Decken unter Spannung halten, Spannungen auf die Arrays aus, wobei die Größe der Spannungen von einem komplexen Satz von Berechnungen abhängt. Die Längsträger eines Arrays können von seiner eigenen Decke oder denen eines benachbarten Arrays beschattet werden, wobei das Ausmaß der Beschattung vom Sonnen-Beta (der Höhe der Sonne relativ zur Umlaufbahnebene der ISS) und den Ausrichtungen der benachbarten Arrays abhängt. Dieselben Faktoren wirken sich auch auf die Stromerzeugung durch die Solaranlagen aus; Um die Leistung zu verbessern, sollten die Arrays nicht abgeschattet werden, aber um zu verhindern, dass die Arrays einander oder die Längsträger abschatten, sind sie nicht länger in einer Ausrichtung zum Erzeugen maximaler Leistung.