TECHNOLOGIE DES VÉHICULES SPATIAUX SOURCES VOL. IV : DE PUISSANCE DANS L'ESPACE. Comptes rendus de la deuxième Ecole d'eté ESRO SP-12

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1 ESRO SP-12 Décembre 1966 TECHNOLOGIE DES VÉHICULES SPATIAUX VOL. IV : SOURCES DE PUISSANCE DANS L'ESPACE Comptes rendus de la deuxième Ecole d'eté du CERS-ESRO, Oxford, 1964 ORGANISATION EUROPÉENNE DE RECHERCHES SPATIALES EUROPEAN SPACE RESEARCH ORGANISATION 114, avenue de Neuilly, 92 Neuilly-sur-Seine (France)

2 TABLE DES MATIERES Conférence No. 34- LES SOURCES DE PUISSANCE DANS L'ESPACE 1. ENERGIES UTILISABLES DANS L'ESPACE: METHODES DE CONVERSION 2 2. ENERGIE CHIMIQUE 3 3. ENERGIE SOLAIRE, 4 4. ENERGIE NUCLEAIRE 6 REFERENCES 8 FIGURES 9 Conférence No. 35 LA CONVERSION DIRECTE DE L'ENERGIE CHIMIQUE EN ENERGIE ELECTRIQUE: BATTERIES ET PILES A COMBUSTIBLE 1. LES BATTERIES CHIMIQUES RECHARGEABLES Les batteries nickel-cadmium Les batteries argent-cadmium Comparaison des batteries Ni-Cd et Ag-Cd Amélioration possible : l'électrode auxiliaire LES PILES A COMBUSTIBLE Les piles dérivées de la pile de Bacon Les piles à membranes Courbe caractéristique, densité de puissance Rendement, puissance thermique à évacuer Les piles des missions GEMINI et APOLLO 29 REFERENCES 34 FIGURES 35 iv

3 Conférence No. 36 CONVERSION DE L'ENERGIE LUMINEUSE EN ENERGIE ELECTRIQUE: LES CELLULES PHOTOVOLTAIQUES AU SILICIUM 1. L'EFFET PHOTOVOLTAIQUE Caractéristique courant-tension d'une cellule photovoltaique Efficacité spectrale de collection: Calcul du courant de court-circuit Influence de l'épaisseur de la couche antérieure Rendement d'une cellule solaire FABRICATION DES CELLULES PHOTOVOLTAIQUES AU SILICIUM Tirage du monocristal Diffusion Réalisation des électrodes Finitions Performances d'une cellule solaire PROBLEMES PARTICULIERS RELATIFS A L'UTILISATION DES CELLULES SOLAIRES DANS L'ESPACE Influence de la puissance lumineuse incidente Influence de la température Action des électrons et des protons sur les cellules solaires au silicium NOTIONS ELEMENTAIRES SUR LE CALCUL D'UN GENERATEUR SOLAIRE Description générale du générateur Cas de panneaux orientés vers le soleil Cas d'un satellite non orienté Assemblage des cellules Quelques caractéristiques d'un générateur solaire 71 REFERENCES 72 FIGURES 73 v

4 LA CONVERSION DE L'ENERGIE THERMIQUE EN ENERGIE ELECTRIQUE Conférence No. 37 LA CONVERSION THERMODYNAMIQUE 1. LES CYCLES THERMODYNAMIQUES ENVISAGEABLES DANS L'ESPACE Le cycle de Rankine La machine Philips Le cycle de Brayton LE REACTEUR LE RADIATEUR Choix de la forme du radiateur, problème du blindage Protection contre les micrométéorites Température optimale de fonctionnement du radiateur, cas du cycle de Rankine LES GENERATEURS NUCLEAIRES AMERICAINS SNAP SNAP SNAP REFERENCES 108 FIGURES 109 Conférence No. 38 LES DIODES THERMOIONIQUES 1. INTRODUCTION GENERALITES SUR LA CONVERSION THERMOIONIQUE 118 vi

5 2.1 Schéma de principe de la diode thermoionique us 2.2 Emission électronique 11B 2.3 Les deux types de diodes LES DIODES A PLASMA DE CESIUM Emission électronique d'un métal en présence de vapeur de césium Utilisation du réseau de courbes Neutralisation de la charge d'espace Transition entre les deux mécanismes d'ionisation Forme théorique des caractéristiques ETUDE DU RENDEMENT Etude du rendement d'un convertisseur sans pertes Rendement d'un convertisseur réel REALISATION DES DIODES THERMOIONIQUES Matériaux émetteurs Etat actuel des réalisations LA CONVERSION THERMOIONIQUE ET LE REACTEUR NUCLEAIRE Conversion interne CONCLUSION REFERENCES FIGURES 148 Conférence No. 39 LA CONVERSION THERMOELECTRIQUE 1. LES PROCESSUS THERMOELECTRIQUES Force électromotrice de Seebeck Effet Peltier 168 vii

6 1.3 Effet Thomson RELATIONS DE KELVIN Bilan énergétique La variation d'entropie est nulle Loi du conducteur intermédiaire Pouvoirs thermoélectriques absolus Géométrie pratique des thermocouples RENDEMENT D'UN COUPLE THERMOELECTRIQUE Expression du rendement Optimisation du circuit d'utilisation Optimisation des thermocouples Optimisation du générateur CHOIX DES MATERIAUX Facteur de qualité d'un matériau Variation de 0, k, p avec le dopage Variation de 0, p, k et Z avec la température THERMOELEMENTS UTILISABLES DANS L'ESPACE ET MISE EN OEUVRE Influence des radiations QUELQUES EXEMPLES D'UTILISATION DANS L'ESPACE Générateurs isotopiques SNAP-10A 187 REFERENCES, 190 FIGURES 191 viii