Задача 3
Вокруг звезды с радиусом 0.64 радиуса Солнца и температурой 3850 К по круговой орбите с радиусом 0.3 а.е. обращается кубический космический аппарат, одна грань которого представляет собой квадратную солнечную батарею с длиной стороны 40 см, ее КПД равен 15%. Аппарат должен был двигаться так, чтобы батарея всегда располагалась перпендикулярно направлению на звезду, обеспечивая максимальное энерговыделение. Однако в некоторый момент времени система ориентирования аппарата сбилась. При каком максимальном угле поворота оси батареи относительно правильного положения аппарат еще сможет функционировать, если для работы его приборов необходима мощность 20 Вт?
Решение
Показать решение
Определим, какая энергия падает ежесекундно на солнечную батарею. Для этого оценим освещенность на расстоянии 0.3 а.е. от звезды:
При этом сначала необходимо определить светимость звезды. Воспользуемся законом Стефана-Больцмана:
Теперь оценим освещенность:
Если бы солнечная батарея была ориентирована перпендикулярно направлению на звезду, через нее за секунду проходила бы энергия, равная
С учетом КПД, на функционирование аппаратуры оставалось бы Дж. Таким образом, при правильной ориентации КА в пространстве его приборы получали бы Вт мощности и могли бы работать. Если ось аппарата отклонится на угол , мощность работы батареи уменьшится до . Остается определить предельный угол , при которой мощность уменьшится до граничного значения 20 Вт: