New approaches to creating ultralight solar arrays for ultrasmall spacecrafts

Authors

DOI:

https://doi.org/10.30837/rt.2024.4.219.10

Keywords:

conditionally flexible ultralight solar module, lightweight carbon fiber panel, the battery on a lightweight carbon fiber panel

Abstract

New approaches to selecting design-technological solutions of improved relatively flexible ul-tralight solar modules based on aluminium-polyimide boards using the most novel thin multi-junction GaAs solar cells of a new generation with an efficiency of 30% – 32% were developed in this work. The developed approaches confirm principal possibility of manufacturing ultralight solar modules with an area of about 250 cm2 with specific power per area about 336 – 364 W/m2 and significantly increased specific power per mass not less than 309 – 453 W/kg (for solar cells 30% and 32% efficiency respectively) at BOL for solar arrays of ultra-small CubeSat-class spacecrafts, as well as for solar modules for solar arrays of stratospheric drone (quasi-satellites).

The technology proposed by the authors’ team is used for manufacturing reliably protected solar arrays on carbon-plastic ultralight panels and relatively flexible aluminium-polyimide solar modules based on thin 3G30C – Advanced solar cells 80 microns thick with efficiency 30% from AZUR SPACE Solar Power company for CubeSat – 3U class spacecrafts. The developed new approaches allow manufacturing solar arrays with their total thickness up to 840 microns and mass no more than 42 g, what is 2,5 times less than for domestic ultra-small CubeSat – 3U spacecraft "GS-1" type from Yuzhnoye design office. At the same time, the estimated specific energy efficiency of such solar arrays at BOL for AM0 conditions, T = 25ºС over the area can be about 336 W/m2. The estimated specific energy efficiency of the arrays by mass can be at least 200 W/kg with a specific mass of the solar arrays by area about 1,55 kg/m2.

References

Храмов Д.А. Мініатюрні супутники стандарту CubeSat // Космічна наука і технологія. 2009. Т. 15. № 3. С. 21–31.

Науково-технічні засади розробки, виготовлення та експлуатації систем електропостачання космічних апаратів : моногр. / К.В. Безручко, В.М. Борщов, М.В. Замірець, О.М. Лістратенко та ін. Харків : Нац. аерокосм. ун-т ім. Н. Є. Жуковського «ХАІ», 2011. 218 с.

CubeSat Solar Panels https://www.isispace.nl/product/isis-cubesat-solar-panels // офіційний сайт.

Clyde Space Ltd. Small Satellite Solar Panels // High Efficiency Solar Arrays For all Types Small Satellites and CubeSats, http://www.clyde-space.com. // офіційний сайт.

CubeSat Solar Panels, http://dhvtechnology.com/pages/products/ cubesat-solar-panel // офіційний сайт.

CubeSat Solar Panels, https://www.endurosat.com/cubesat-category/cubesat-solar-panels // офіційний сайт

Борщов В.М., Лістратенко А.М., Проценко М.А., Тимчук І.Т. та ін. Сучасні комплектуючі та матеріали для вітчизняних сонячних батарей (СБ) космічного призначення // Радіотехніка. 2019. Вип. 199. С.12–28.

Сучасні технології малих космічних апаратів https://www.nasa.gov/smallsat-institute/sst-soa-2020/power.

Сонячні батареї автоматичних космічних апаратів (компонування на КА, конструкція вузлів, проектні розрахунки) / К.В. Безручко, В.Ф. Гайдуков, С.В. Губін, В.І. Драновський та ін. : навч. посіб. для техн. вишів і спец. аерокосм. профілю. Харків : Нац. аерокосм. ун-т, 2001. 276 с.

Strobl G.F.X., Fuhrmann D., Guter W., Khorenko V., Köstler W. and Meusel M. About AZUR’s 3G30-advanced Space Solar Cell and next Generation Product // Proc. of the 27th EUPVSEC, Frankfurt, p. 1BO10.3, 2012.

Strobl G.F.X, Ebel L., Fuhrmann D., Guter W., Kern R., Khorenko V., Köstler W., Meusel M. Development of lightweight space solar cells with 30 % efficiency at end of life // Proc. of the 40th IEEE PVSC Conference, Denver/Colorado, June 8-13, 2014.

Борщев В.Н., Антонова В.А., Лістратенко А.М., Тимчук І.Т. Модуль фотоперетворювачів на основі поліімідного носія для сонячних батарей космічного застосування // Технологія приладобудування. 2002. №1. С.19–21.

Патент України на винахід № 85333 “Спосіб виготовлення гнучкого модуля сонячної батареї”/Борщов В.М., Лістратенко О.М., Антонова В.А., Тимчук І.Т., Буєров Г.В., Костишин Я.Я., Проценко М.А. Дата реєстрації 12.01.2009 р.

CESI Patent 0001356624- 3/3/2009.

Коваленко В.А. Фундаментальні характеристики полімерних композиційних матеріалів та їхній вплив на показники якості конструкцій ракетно-космічної техніки // Відкриті інформаційні та комп’ютерні інтегровані технології : зб. наук. пр. Нац. аерокосм. ун-ту ім. М.Є. Жуковського «ХАІ». Вип. 51. Харків : ХАІ, 2011.С. 66–74.

Гаврилко В.В., Коваленко В.А., Кондрат`єв О.В., Потапов О.М. Розробка макетного зразку та технології виготовлення тестової панелі сонячної батареї космічного апарату // Питання проектування та виробництва конструкцій літальних апаратів : зб. наук. пр. Нац. аерокосм. ун-ту ім. М.Є. Жуковського «ХАІ». Вип. 3 (71). Харків : ХАІ, 2012. С. 110–117.

Strobl G.F.X., Fuhrmann D., Guter W., Khorenko V., Köstler W. and Meusel M. About AZUR’s 3G30-advanced Space Solar Cell and next Generation Product // Proc. of the 27th EUPVSEC, Frankfurt, p. 1BO10.3, 2012.

Strobl G.F.X., L. Ebel, Fuhrmann D., Guter W., R. Kern, Khorenko V., Köstler W., Meusel M. Development of lightweight space solar cells with 30 % efficiency at end of life.

Заявка на корисну модель України № u 2024 01467 «Спосіб виготовлення гнучкого теплопровідного лакофольгового поліімідного матеріалу». Дата реєстрації 19.03.2024 р. Винахідники: Нікітський Г.І., Лістратенко О.М., Кравченко О.В., Борщов І.В.

Published

2025-03-16

How to Cite

Borshchov, V., Listratenko, O., Protsenko, M., Tymchuk, I., Kravchenko, O., Bilousov, K., & Perekopskyi, I. (2025). New approaches to creating ultralight solar arrays for ultrasmall spacecrafts. Radiotekhnika, (219), 92–103. https://doi.org/10.30837/rt.2024.4.219.10

Issue

Section

Articles