Test af rumbatterier for renere himmelstrøg

Ingeniører faldt ned i bunkers for at teste rumbatterier til ødelæggelse - gennem overophedning, overopladning, kortslutninger og endda ved at skyde dem med kugler. Den treårige testkampagne hjælper med at vurdere risikoen for, at forladte satellitter eksploderer i kredsløb på grund af katastrofale batteriereaktioner.

Ekstrem "misbrug" -test af den nuværende generation af lithium-ion-batterier til rum fandt sted i testbunkerne i Frankrigs Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA).

Målet var at udvikle retningslinjer for at sikre, at batterier ombord på satellitter forbliver sikkert inaktive efter afslutningen af ​​en rummission, hjælper med at undgå satellitbrud, en vigtig kilde til rumrester.

"Af mere end 250 kendte satelliteksplosioner, der har fundet sted i kredsløb, omkring 10 skyldes batterier, "forklarer ESA -energisystemingeniør François Bausier, overvåge projektet.

"Alle batterieksplosioner tidligere var fra ældre teknologier, der ikke længere bruges til nye ESA -missioner.

"Nuværende lithium-ion-batterier til rummet er aldrig blevet observeret for at bryde op under flyvning, men de kan godt eksplodere, hvis de er termisk, elektrisk eller mekanisk misbrugt. Derfor har vi udsat dem for ekstremt hårde forhold for at simulere, hvad batterierne kan støde på, når en rummission afsluttes, og en satellit efterlades i drift i kredsløb. "

Finder sted som en del af ESA's Clean Space -initiativ, testen kom ud af et større fokus på at gøre satellitter sikre, når deres mission ender ved at slukke dem helt.

Mere end 200 misbrugstest fandt sted på forskellige typer battericeller og moduler - hvilket betyder flere celler forbundet. Disse celler var enten helt nye eller havde været udsat for simuleret rumstråling og ladet og afladet mange gange for at ældes.

Testene omfattede fokus på funktionen af ​​interne beskyttelsessystemer i cellerne selv under ekstreme forhold, såsom interne afbrydere eller udluftningsmekanismer i tilfælde af overtryk.

Destruktionsmetoder omfattede eksterne og interne kortslutninger, fejl, der kan opstå på grund af isoleringsproblemer, strukturelle fejl eller produktionsfejl; andre tests omfattede overopladning, der førte til overophedning og også direkte overophedningstest.

Der blev også udført "overladnings" -test for at undersøge, om en sådan afladningsmetode faktisk kunne bruges til sikkert at "passivere" batterierne ved deres levetid.

Batteriets høje temperaturer - f.eks. Dem, der kan støde på, når en drivende satellit svinder i orbital sollys - kan udløse meget hurtige reaktioner, nogle gange for hurtigt til, at beskyttelsessystemer kan sparke ind.

"En anden misbrugsmetode var at simulere et strejke af et mikrometeoroid eller genstand for rumrester, "tilføjer Francois." Orbitale hastigheder kan overstige 20 km/s; vi var ikke i stand til at nå denne hastighed på jorden, så besluttede at bruge en større kugle i stedet - 8 mm i stedet for 0,8 mm. Med denne konfiguration blev den samme samlede energi opnået. "

De fleste test fandt sted i en inert atmosfære, mangler ilt, at matche det orbitale miljø. Men denne mangel på ilt betyder ikke nødvendigvis, at reaktionerne er så meget mindre voldsomme, da cellerne selv indeholder både brændstof og oxidator til forbrænding.

De resulterende satellitpassiveringsanbefalinger omfatter, at batterier skal aflades så meget som muligt ved afslutningen af ​​deres mission, og være fuldstændigt afbrudt fra solcelleanlæggene for at undgå yderligere opladning eller overopladning. Desuden skal batterierne opbevares inden for sikre temperaturer. Disse anbefalinger bør ideelt set overvejes tidligt i missionens designfase.

ESA batterispecialist Maria Nestoridi støttede dette projekt. "Det er vigtigt at forstå, at anbefalingerne fra denne aktivitet er baseret på test udført på nuværende rumkvalificerede lithiumionceller. Tærskler for nye celledesign skal naturligvis defineres i fremtiden af ​​de respektive batteriproducenter."

Passivation er et vigtigt spørgsmål for alle satellitter, men især for dem i stærkt trafikerede lavjordbaner under 2000 km højde, hvor internationale regler kræver deorbiting efter mission inden for 25 år, og for at disse satellitter forbliver sikkert inaktive i mellemtiden.