Текущее состояние и актуальные направления развития космической фотоэнергетики

Наиболее распространённым и востребованным первичным источником энергии для космическихаппаратов (КА) является солнечная батарея (БС). На сегодняшний день на орбите Землифункционирует 1800 КА различного назначения, суммарная мощность БС которых составляет 15МВт, а масса 160 тонн. [1]Важнейшими требованиями при проектировании БС являются: повышение начальнойэнергоэффективности (КПД, удельная мощность по площади Вт/м2), обеспечение стойкости кфактором космического пространства, минимизация массы (кг/м2), минимизация объёмаконструкции БС в сложенном состоянии при выведении на орбиту, минимизация стоимости.Следуя выполнению таких требований и, главным образом, благодаря выравниванию стоимостифотопреобразователей (ФП) на основе арсенид-галлия (GaAs) по сравнению с ФП на основе кремния(Si), в течение последний 10 лет в коммерческих и федеральных проектах произошёл массовыйпереход с Si ФП на GaAs ФП, благодаря чему удельная мощность по массе увеличилась с 75 Вт/кг до190 Вт/кг, по площади с 130 Вт/м2 до 280 Вт/м2.Очевидно, что в будущем потребуется расширить спектр задач, выполняемых космическимигруппировками. Одним из факторов выполнения таких требований является разработка и применениенового поколения ФП с КПД 38-39% при меньшей массе. На сегодня имеются лабораторные образцытаких элементов. Дорожные карты развития в Мире показывают, что ФП с указаннымихарактеристиками будут доступны к использованию уже в 2025 году. [2]Разработка ФП является очень сложным научно-инженерным и технологически ёмким процессом.В отечественной фотоэнергетике начиная с 2000-х годов пройдён путь от использования покупныхимпортных фотопреобразователей при минимальной доле собственных работ в цикле производстваБС, до производства с использованием отечественных германиевых подложек и самостоятельноговыращивания ФП на импортном оборудовании.Но процесс изготовление отечественных космических ФП начат «с конца». Производствопроходит по воспроизведению имеющейся структуры, а не по самостоятельно разработанной. Такимобразом мы подошли к той стадии, где необходимы более глубокие академические знания и помощьфундаментальной науки.Учитывая вышесказанное, для отечественной космической фотоэнергетики наиболее актуальнымизадачами являются: разработка структуры перспективного ФП, технологии производства, созданиеопытно-промышленной линии производительностью 400 м2/год и внедрение её на промышленныепредприятия. Немаловажным является создание научной технологической школы по разработкеперспективных ФП для космического применения в обеспечении постоянного совершенствованияхарактеристик.На данном этапе возлагаются большие надежды на плодотворное сотрудничество междупроизводством и российской академической наукой с целью выполнения поставленных задач,повышения конкурентоспособности и качества продукции космического назначения.