Die Erfindung betrifft einen flexiblen, faltbaren Solargenerator für Raumflug- körper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der-tige Solargeneratoren werden als große und leichte Trägerstrukturen konzipiert, die vorzugsweise nur noch aus flexiblen, harmonikaartig-gefalteten Foliensubstraten bestehen und in der Umlaufbahn durch teleskopartige Mecha- nismen großflächig aufgespannt werden.

Da diese Folienflächen mit einem sehr geringen Abstand von ca. nur 2 mm aufeinandergefaltet werden müssen, um geringen Stauraum zu erreichen, sind die einzelnen, großflächigen modularen Tragerfoliensektionen des Solargene- rators mit einem elektrischen Stromleiterbahnensystem ausgerüstet, welches geeignet ist, die einzelnen Sektionen untereinander auf einfache und für die Weltraumfahrt qualifizierte Weise zu verbinden. Das elektrische Stromleiter- bahnensystem muß ganz allgemein den hohen Anforderungen in der Raumfahrt genügen, wie hohen thermischen Wechselbeanspruchungen, resultierend aus Sonne und Erdschatten, sowie höchsten Zuverlässigkeitsanforderungen über die gesamte Missionsdauer. Daneben müssen die elektrischen Verbindungs- eiemente so gestaltet sein, daß diese jederzeit frei von Zugbeanspruchungen bleiben. Außerdem gilt es das Problem zu lösen, zwecks Austausch und Reparatur von ganzen Solargeneratorsektionen mehrmals zerstörungsfreies Lösen und Wiederverbinden zu ermöglichen.

Aus der DE 3210312 C3 ist ein Solargenerator für Raumnugkörper bekannt, der aus einzelnen Trägerfohensektionen zusammengesetzt ist. Die einzelnen Sektionen sind mittels klavierbandartigen Schanieren miteinander verbunden.

Das Ausgangsmaterial fur die Trägerfolien ist eine Polyimidfolie mit einseitiger, erforderlichenfalls auch doppelseitiger Kupferkaschierung.

Die Rückseite des Solargenerators weist ein aus der Kupferkaschierung im Fotoresist-Ätzverfahren ausgebildetes elektrisches Stromleiterbahnen- system auf. Ausgehend von der äußeren Trägerfoliensektion werden die einzeinen Stromleiterbahnen fur den aus den Solarzellen gewonnenen elektrischen Strom so weit wie möglich innen über die gesamte Lange des Solargenerators zu Anschlußsteckern am Satelliten geführt. Die Stromleiterbahnen der nächsten Trägerfoliensektion verlaufen nach der Zuführung zur Mitte ab dieser eng neben denen der äußeren Trägerfolien- sektion usw. so daß sich insgesamt eine tannenbaumartige, nach innen zunehmende Belegung der Rückseite mit ausgeätzten Leiterbahnen ergibt.

Sämtliche Stromleiterbahnen beginnen an positiven bzw. negativen Anschlußstellen der Solarzellenmodule. Diese werden über Faltlinien mit Fatten-Leiterbahnenübergängen und über die Gelenkachsen an den Sektionsenden mit Sektions-Leiterbahnenübergängen gefbhrt. Ein derar- tiges Stromleiterbahnensystem ist kostenaufwendig in Material und Her- stellung und trägt merklich zum Gewicht des Solargenerators bei und führt zu einer Erhöhung der Startkosten des Raumflugkörpers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen kostengünstigen, flexiblen, faltbaren Solargenerator zum Einsatz an Raumflugkörpern zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung verwendet in vorteilhafter Weise eine besondere Ausfüh- rung bei der Verschaltung der Solarzellen, die es ermöglicht, innerhalb der Arrayfläche auf Stromleiterbahnen vollständig zu verzichten.

Von besonderem Vorteil ist neben der Kosteneinsparung bei der Fertigung und beim Material das geringere Gewicht durch Wegfall des Stromleiter- bahnensystems in der Arrayfläche und der Wegfall von Durchkontaktie- rungen, die zu Betriebsausfallen neigen.

Ein Ausführungsbeispie) der Erfindung ist anhand der Figuren dargestellt.

Diese zeigen Fig. i eine Übersichtszeichnung eines Arrays, Fig. 2 ein Prinzipbild zu Solarzellenreihenschaltungen des Arrays, Fig. 3 ein Blanket des Arrays mit dem inneren Stromleiterbahnensystem, Fig. 4 ein Blanket des Arrays mit dem äußeren Stromleiterbahnensystem Fig. 5 ein Solarzellen-Minimodul des Arrays und Fig. 6 die Ausführung der Scharnier-und Leiterverbindung zwischen aneinandergrenzenden Blankets Das als Beispiel in Fig. 1 gezeigte Array I besteht aus dreiunddreißig Solar- zellen tragende Blankets 2-von denen in Fig. 1 aus Gründen der Übersicht- lichkeit nur vier gezeigt sind-, einem inneren Stromleiterbahnensystem 4, einem äußeren Stromleiterbahnensystem 5, Scharnieren 6, den zu Minimo- dulen 3 verschweißten Solarzellen 7, verschweißten Endkontakten 14 zwischen den Minimodulen, einer Basisplatte 11 und einer Anpreßplatte 12.

In dem gezeigten Ausfuhrungsbeispiel bestehen die Blankets 2 aus einer Kap- tonfolie mit einer Glasfaserlaminatbeschichtung und weisen jeweils eine Abmessung von 3352 mm x 285 mm auf. Jedes Blanket 2 ist auf einer seiner Oberflächen mit den Solarzellen 7 bestückt, von denen je zehn in einem Minimodul 3 zusammengefaßt sind. Aufjedem Blanket 2 sind achtzehn Mini- module 3 direkt nebeneinander so angeordnet, daß die Richtung der Solar- zellenreihenschaltungen parallel zur kürzeren Ausdehnung der Blankets 2 vertaufen. Bei einer anderen Verschaltung der Solarzellen kann auch eine andere Anordnung auf den Blankets notwendig sein. An den beiden längeren Rändern der Blankets sind jeweils Halften eines sich über den gesamten Blanketrand erstreckenden, pianoformigen Scharniers 6 angebracht. Dabei sind die Scharnierhälften so ausgebildet, daß sie mit der Hälfte des jeweiligen benachbarten Blankets korrespondieren.

Der Abstand zwischen den einzelnen Minimodulen 3 eines Blankets 2 beträgt bis auf zwei Ausnahmen jeweils lmm. Die Ausnahmen sind 1,5 mm breite Abstandslücken 15, die zur Schwächung von Überschlagsfeldstärken zwischen Minimodulen mit hohen Potentialunterschieden dienen.

Die Stromleiterbahnensysteme sind ebenfalls auf flexiblen Blankets ausge- bildet, die in ihren Abmessungen den Solarzellen tragenden Blankets 2 ent- sprechen. Das innere Stromleiterbahnensystem 4, das dem Raumflugkörper direkt benachbart-innen-angeordnet ist, ist auf einer Längsseite mit der Basisplatte 1 und auf der gegenüberliegenden Längsseite über Scharniere 6 mit dem inneren Solarzellen tragenden Blanket mechanisch verbunden. Die elektrischen Leitungsverbindungen zwischen dem Stromleiterbahnensystem 4 und den Minimodulen 3 des inneren Blankets erfolgen in bekannter Weise mittels zusammengeschweißten Endkontakten des Stromleiterbahnensystems und der Minimodule. Das äußere Stromleiterbahnensystem 5, das sich in dem Array 1 an der am weitesten vom Raumflugkörper entfernten-äußeren- Position befindet ist entsprechend mit dem äußeren Solarzellen tragenden Blanket mechanisch und elektrisch verbunden. Die äußere Längsseite des Stromleiterbahnensystems 5 ist mit der Anpreßplatte 12 mechanisch verbunden.

Das in Fig. 2 gezeigte Prinzipbild zeigt für das Ausführungsbeispie) die Ausbildung und Anordnung von elektrisch parallelen Reihenschaltungen 8 der Solarzellen auf dem Array 1. Die Reihenschaltungen 8 bestehen im Prinzip jeweils aus einem Zweig al (bl,......hl,il) von elektrisch hinterein- andergeschalteten Solarzellen-ein Zweige ist in Fig. 2 jeweils nur verein- facht als Linie dargestellt-, einem zweiten Zweig a2 h2, i2) von elektrisch hintereinandergeschalteten Solarzellen mit im Vergleich zum ersten Zweig entgegengesetzter Polaritätsanordnung der Solarzellen, einer elek- trischen Leitung 10 auf dem äußeren Stromleiterbahnensystem 5, welche die beiden Zweige elektrisch hintereinanderschaltet, sowie aus zwei elektrischen Leitungen 9 auf dem inneren Stromleiterbahnensystem 4 zum Anschluß der Reihenschaltung 8 an das Energieaufbereitungssystem des Raumflugkörpers.

Die Zweige mit hintereinandergeschalteten Solarzellen erstrecken sich jeweils geradlinig über sämtliche Solarzellen tragende Blankets 2 in Entfaltungs- richtung des Arrays 1. Die Polaritatsrichtung der Solarzellen in den einzelnen Zweigen der Reihenschaltungen 8 ist in Fig. 2 jeweils mit einer Pfeilspitze an den Zweigen gekennzeichnet, die in Richtung zunehmenden Potentials in den Zweigen weist. In Fig. 2 ist die mit Solarzellen bestückte Flache des Arrays 1 vereinfacht ohne Darstellung der einzelnen Blankets 2 gezeichnet und mit dem Bezugszeichen F gekennzeichnet. Nach dem Vorhergesagten entstehen so aus den jeweils zwei mit der elektrischen Leitung 10 hintereinandergeschalteten Zweigen Reihenschaltungen 8, die eine U-Form aufweisen.

Im Ausfiihrungsbeispiel sind auf dem Array l neun Reihenschaltungen 8 angeordnet, von denen aber in Fig. 2 der besseren Übersichtlichkeit wegen nur vier Reihenschattungen 8 dargestellt sind. Die Zweige al,..., i2 der Reihenschaltungen 8 des Ausfuhrungsbeispieles bestehen jeweils aus zwei elektrisch parallel geschatteten Reihen mit je einhundertfünfundsechzig hintereinandergeschatteten Solarzellen 7, so daß eine Reihenschaltung 8 jeweils sechshundertsechzig Solarzellen 7 umfaßt. Andere Verschaltungen der Solarzellen sind in Abhängigkeit der Leistungsanforderungen an den Solargenerator moglich.

Fig3. zeigt das innere Stromleiterbahnensystem 4 mit den auf dem Blanket aufgebrachten elektrischen Leitungen 9.

Die Zweige der Reihenschaltungen 8 sind in dem hier beschriebenen Aus- führungsbeispiei in einer bestimmten Zuordnung auf dem Array 1 angeordnet.

Diese Zuordnung ist so gewählt, daß nur an zwei Stellen auf dem Array 1 maximale Potentialdifferenzen zwischen den Solarzellen benachbarter Zweige auftreten. In Fig. 3 ist diese Zuordnung an den Schnittstellen der elektrischen Leitungen 9 zu den-hier nicht dargestellten-Zweigen durch die Bezugszeichen al,..., i2 der Zweige aufgezeigt. Die Zweige sind der Reihe nach wie folgt auf dem Array I angeordnet : al-bl-cl-dl-e2-2-g2- -h2-i2-a2-b2-c2-d2-e 1-fl-g I-h I-i I. Mit dieser Reihenfolge treten nur zwischen den Zweigpaaren dl und e2 sowie zwischen den Zweigpaaren d2 und el zum"inneren"Rand der mit Solarzellen bestückten Fläche F hin maximale Potentialdifferenzen auf. Die Minimodule 3 dieser Zweigpaare sind auf den Blankets 2 jeweils mit der Abstandslücke 15 untereinander beabstandet, die 1,5 mm beträgt.

Ein weiteres Merkmal der Reihenfolge besteht darin, daß die Zweige a2,.., i2 nebeneinander angeordnet sind, so daß wegen der Potentialgleich- heit die elektrischen Leitungen 9 dieser neun Zweige auf zwei Sammellei- tungen 16 zusammengefaßt dem Energieaufbereitungssystem des Raumflug- korpel s zugefiihrt sind. Dieses ist aber nicht zwingend notwendig.

Fig. 4 zeigt das äußere Stromleiterbahnensystem 5, daß bis auf die Gestalt der elektrischen Leiter, in seiner Ausfuhrung dem inneren Stromleiterbahnen- system 4 entspricht. Die elektrischen Leiter 10 verbinden jeweils zwei der Zweige a),..., i2, die zusammen eine U-formige Reihenschaltung 8 bilden.

Dazu sind jeweils die folgenden Zweigpaare zusammengefaßt : a 1 und a2, bl und b9,., hl und h2, il unci i9. Die Zuordnung der elektrischen Leitungen 10 zu den Zweigen a I,...., i2 des Arrays 1 sind in Fig. 4 mit den Bezugszeichen der nicht dargestellten Zweige aufgezeigt.

In Fig. 5 ist der Aufbau eines Minimodu) s 3 gezeigt. Im Ausführungsbeispie) sind jeweils zehn Solarzellen 7 über Solarzellenverbinder 13 zu einem Minimodul verschweißt und mit einem gemeinsamen Deckglas verklebt.

Die Solarzellen 7 sind in dem Minimodu) 3 in zwei nebeneinanderiiegenden Reihen zu je funf hintereinandergeschalteten Solarzellen angeordnet. Die Enden der beiden Reihen sind mit Endkontakten 14 verbunden. Die End- kontakte 14 sind so ausgebitdet, so daß in dem Minimodul 3 eine Parallel- schaltung der beiden Reihen vorliegt. Bei anderer elektrischer Auslegung des Solargenerators konnen die Endkontakte auch nur als Serienschaltung dienen.

Mit den Endkontakten 14 wird die Hintereinanderschaltung benachbarter Minimodule 3 von angrenzenden Blankets 2 in bekannter Weise wie in Fig. 6 gezeigt ausgeführt. Die Lange eines Minimoduls 3 stimmt mit der kurzen Kantenlänge der Blankets 2 überein, so daB die Verbindung der End- kontakte 14 an den Faltlinien des Arrays 1 im Bereich der Scharniere 6 erfolgt. Die Endkontakte l 4 überragen jeweils die Faltlinien, so daß beim Zusammenschwießen zweier Endkontakte 14 die in Fig. 6 erkennbare, aufgewöibte Verbiegung der zusammengeschweißten Endkontakte 14 entsteht. Diese Verbiegung hat den Vorteil, daß beim Falten des Arrays keine mechanischen Belastungen auf die Endkontakte 14 einwirken.