Студентка Института новых материалов Александра Феклистова разработала методику, при помощи которой возможно смоделировать воздействие радиации на солнечные батареи (СБ) космических аппаратов и рассчитать срок эксплуатации. Разработка позволит упростить и в перспективе удешевить процесс наземной отработки СБ. С этим проектом Александра выиграла конкурс от благотворительного фонда «Система» и цифровой экосистемы МТС и получила стипендию 125 тысяч рублей на развитие полноценного приложения.
Солнечные батареи — главный источник энергии для спутников и других космических устройств. Но под воздействием ионизирующего излучения деградирует как бортовая электроника летательного аппарата, так и СБ, основа которых — фотоэлектрические преобразователи. Последние работают по принципу фотоэффекта: полупроводник поглощает кванты света, генерирует электронно-дырочные пары, которые создают электрический ток.
Чтобы спрогнозировать износ батарей, разработчики моделируют их работу в условиях, максимально приближенных к космическим. Первый этап расчета: определение исходных параметров целевой орбиты — получение информации о типах ионизирующего излучения на ней. Далее разработчики создают компьютерные модели, которые позволяют предсказывать ухудшение электрических параметров солнечных батарей в условиях радиации. Результаты помогают понять, какие материалы оптимальны для использования в заданных условиях.
Недостаток аналогичных ПО в том, что в основном они анализируют восприимчивость к ионизирующему излучению бортовой аппаратуры, которая находится внутри корпуса космического аппарата, тогда как ФЭП не защищены ничем, кроме оптически-прозрачного радиационно-стойкого стекла. Это требует отдельного подхода и технического решения. Алгоритм Александры обладает отличительной особенностью — выдаёт результат о воздействии излучения на вольт-амперную характеристику ФЭП, из которой можно рассчитать его максимальную мощность, КПД, коэффициент заполнения и прочие параметры.
«Потребителями ПО могут быть исследовательские лаборатории, научные институты и предприятия, исследующие различные планарные приборы электронной компонентной базы, в том числе диоды, транзисторы, фотодиоды на основе кремния. Моделируя выходные характеристики после воздействия излучения, можно сократить временные и денежные затраты на проведение натурных экспериментов», — прокомментировала Александра.
Сейчас под руководством научного руководителя, доцента кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ МИСИС Наргизы Вагаповой разработана основная методика расчета. Благодаря консультациям и наставничеству ведущего научного сотрудника АО «НПП «Квант» Марии Рябцевой методика опробована на этом предприятии. В дальнейшем Александра планирует перенести решение в формат компьютерного кода на современном языке программирования и получить патент.
