محطة توليد الكهرباء في المدار: من سيزود الطاقة من الفضاء إلى الأرض

ما هي التقنيات المستخدمة في الطاقة الفضائية

• الإرسال اللاسلكي للطاقة

لاسلكي

تم اقتراح نقل الطاقة الكهربائية في وقت مبكر كوسيلة لنقل الطاقة من محطة فضائية أو قمرية إلى الأرض.

يمكن نقل الطاقة باستخدام الليزرالإشعاع أو الميكروويف بترددات مختلفة حسب تصميم النظام. ما هي الاختيارات التي تم اتخاذها للتأكد من أن انتقال الإشعاع غير مؤين، وذلك لتجنب الاضطرابات المحتملة في البيئة أو النظام البيولوجي للمنطقة المنتجة للطاقة؟

تم تعيين الحد الأعلى لتردد البثبحيث لا تتسبب طاقة الفوتون في تأين الكائنات أثناء مرورها عبرها. يبدأ تأين المواد البيولوجية فقط بالأشعة فوق البنفسجية ، ونتيجة لذلك ، يتجلى في ترددات أعلى ، لذلك سيكون عددًا كبيرًا من ترددات الراديو متاحًا لنقل الطاقة.

• الليزر

عمل باحثو ناسا في الثمانينيات معالقدرة على استخدام الليزر لبث الطاقة بين نقطتين في الفضاء. وفي المستقبل، ستصبح هذه التكنولوجيا وسيلة بديلة لنقل الطاقة في الطاقة الفضائية.

في عام 1991، بدأ مشروع سيلين، والذي تضمن إنشاء أشعة ليزر للطاقة الفضائية، بما في ذلك انبعاث طاقة الليزر إلى القواعد القمرية.

في عام 1988، اقترح جرانت لوجان استخدام الليزرتم وضعها على الأرض لتزويد محطات الفضاء بالطاقة، ومن المفترض أن يتم ذلك في عام 1989. وقد تم اقتراح استخدام الخلايا الشمسية الماسية عند 300 درجة مئوية لتحويل ضوء الليزر فوق البنفسجي.

واصل مشروع SELENE العمل على هذاالمفهوم حتى تم إغلاقه رسميًا في عام 1993 بعد عامين من البحث والاختبار بعيد المدى للتكنولوجيا. سبب الإغلاق: ارتفاع تكلفة التنفيذ.

• تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء

في مجال الطاقة الفضائية، وفي المحطات القائمة وفي تطوير محطات الطاقة الفضائية، فإن الطريقة الوحيدة للحصول على الطاقة بكفاءة هي استخدام الخلايا الكهروضوئية.

الخلية الكهروضوئية هي جهاز إلكتروني يحول طاقة الفوتون إلى طاقة كهربائية. تم إنشاء أول خلية ضوئية تعتمد على التأثير الكهروضوئي الخارجي على يد ألكسندر ستوليتوف في نهاية القرن التاسع عشر.

الأجهزة الأكثر كفاءة، من وجهة نظر الطاقة، هي المحولات الكهروضوئية لأشباه الموصلات (PVCs)، لأن هذا هو انتقال مباشر للطاقة على مرحلة واحدة.

تبلغ كفاءة الخلايا الكهروضوئية المنتجة على نطاق صناعي 16% في المتوسط، وتصل أفضل العينات إلى 25%. وفي ظروف المختبر، تم بالفعل تحقيق كفاءة قدرها 43%.

• استقبال الطاقة من موجات الميكروويف المنبعثة من القمر الصناعي
  

ومن المهم أيضًا التأكيد على طرق الحصول عليهاطاقة. واحد منهم هو الحصول على الطاقة باستخدام المستقيمات. Rectenna هو جهاز عبارة عن هوائي غير خطي مصمم لتحويل طاقة مجال سقوط الموجة عليه إلى طاقة تيار مباشر.

يمكن أن يكون أبسط خيار تصميم هو هزاز نصف موجة، حيث يتم تثبيت جهاز ذو موصلية أحادية الاتجاه (على سبيل المثال، الصمام الثنائي) بين أذرعه.

في هذا الإصدار من التصميم ، يتم الجمع بين الهوائيمع كاشف ، عند خرجه ، في وجود موجة حادث ، يظهر EMF. لزيادة الكسب ، يمكن دمج هذه الأجهزة في مصفوفات متعددة العناصر.

إيجابيات وسلبيات الطاقة الفضائية

الطاقة الشمسية الكونية هي الطاقة التيتلقى خارج الغلاف الجوي للأرض. وفي حالة عدم وجود تلوث غازي في الغلاف الجوي أو السحب، فإن ما يقرب من 35% من الطاقة التي دخلت الغلاف الجوي تسقط على الأرض. 

بالإضافة إلى ذلك، من خلال اختيار المسار المداري الصحيح،يمكنك الحصول على الطاقة في حوالي 96% من الوقت. وبالتالي، فإن الألواح الكهروضوئية الموجودة في المدار الثابت بالنسبة للأرض حول الأرض، على ارتفاع 36 ألف كيلومتر، ستتلقى في المتوسط ​​ضوءًا أكثر بثماني مرات من الألواح الموجودة على سطح الأرض، بل وأكثر عندما تكون المركبة الفضائية أقرب إلى الشمس منها إلى الأرض. سطح الارض .

فائدة إضافية هي حقيقة أنه لا توجد مشكلة مع وزن أو تآكل المعادن في الفضاء بسبب نقص الغلاف الجوي.

ومن ناحية أخرى، العيب الرئيسي للفضاءالطاقة تكلفة عالية. المشكلة الثانية في إنشاء IPS هي فقدان الطاقة الكبير أثناء النقل. عند نقل الطاقة إلى سطح الأرض، سيتم فقدان ما لا يقل عن 40-50٪.

المشاكل التكنولوجية الرئيسية لطاقة الفضاء

وفقًا لدراسة أمريكية أجريت عام 2008 ، هناك خمسة تحديات تكنولوجية رئيسية يجب أن يتغلب عليها العلم لإتاحة طاقة الفضاء بسهولة:

• يجب أن تعمل المكونات الكهروضوئية والإلكترونية بكفاءة عالية في درجات حرارة عالية.

• يجب أن يكون النقل اللاسلكي للطاقة دقيقًا وآمنًا.

• يجب أن تكون محطات توليد الطاقة الفضائية غير مكلفة للتصنيع.

• الحفاظ على مكانة ثابتة للمحطة أعلاهمستقبل الطاقة: سيؤدي ضغط ضوء الشمس إلى دفع المحطة بعيدًا عن الموضع المطلوب ، وسيؤدي ضغط الإشعاع الكهرومغناطيسي الموجه إلى الأرض إلى دفع المحطة بعيدًا عن الأرض.

من ذاهب لاستخراج الطاقة من الفضاء

• الصين

تريد الصين أن تصبح أول دولة تنشر محطة للطاقة الشمسية في مدار أرضي منخفض. ومن المخطط أن يتم استخدام المنشأة لجمع ونقل الطاقة المجمعة إلى الأرض.

ومن المقرر أن يقع الهيكل علىوقال لونغ ليهاو، كبير مصممي سلسلة صواريخ لونغ مارش-9 الصينية، إن المدار الثابت بالنسبة للأرض، على ارتفاع 35786 كيلومترا، حيث يمكن أن يبقى باستمرار فوق نقطة مختارة على الأرض.

ينص المشروع على البناء في المدارالألواح الشمسية الكبيرة. ستكون ميزة محطة الطاقة هي إمكانية الاستلام المستمر تقريبًا للطاقة الشمسية ، بغض النظر عن الظروف الجوية. من المخطط نقل الطاقة إلى الأرض باستخدام الليزر أو الموجات الدقيقة.

سيتم تحويل طاقة أشعة الشمس إلى تيار كهربائي ، ثم تنتقل إلى الأرض باستخدام الموجات الدقيقة أو إشعاع الليزر.

بحلول عام 2030 ، من المخطط إطلاق محطة طاقة كاملة من فئة ميغاوات في المدار. يريد العلماء الصينيون بناء محطة تجارية من فئة جيجاوات في المدار بحلول عام 2050.

• اليابان

من المرجح أن المعلومات المتعلقة باليابان فقدت أهميتها. ومع ذلك، أعلنت البلاد في عام 2009 أنها بدأت في بناء محطة للطاقة الفضائية.

للمشاركة في مشروع بقيمة 21 مليار دولارتم التعاقد عليها من قبل شركتي Mitsubishi Electric وIHI. وعلى مدار أربع سنوات، طُلب منهم تطوير وبناء أجهزة محددة لنقل الألواح إلى مدار ثابت يبلغ 36 ألفًا  كم وتجميع الألواح ونقل الكهرباء إلى الأرض بأقل الخسائر. ولكن من المحتمل أنهم قرروا عدم تنفيذ المشروع لسبب ما. 

• روسيا

المؤسسة العلمية الرئيسية لوكالة روسكوزموس هي TsNIIMashأخذت زمام المبادرة لإنشاء محطات طاقة شمسية فضائية روسية (KSPS) بقدرة تتراوح من 1 إلى 10 جيجاوات مع نقل لاسلكي للكهرباء إلى المستهلكين الأرضيين.

يلفت TsNIIMash الانتباه إلى حقيقة أن المطورين الأمريكيين واليابانيين قد سلكوا طريق استخدام إشعاع الميكروويف ، والذي يبدو اليوم أقل فعالية بكثير من إشعاع الليزر.

مشروع FSUE NPO im.يفترض لافوشكين استخدام الألواح الشمسية والهوائيات المشعة على نظام من الأقمار الصناعية المستقلة ، يتم التحكم فيها بواسطة إشارة تجريبية من الأرض. بالنسبة للهوائي ، استخدم نطاق الموجات القصيرة للموجات الدقيقة حتى موجات الراديو المليمترية. هذا سيجعل من الممكن تشكيل حزم ضيقة في الفضاء مع الحد الأدنى من أحجام المولدات ومكبرات الصوت. ستجعل المولدات الصغيرة أيضًا هوائيات الاستقبال أصغر من حيث الحجم.

قراءة المزيد:

يتم تسجيل نوع غير معروف من الإشارات في دماغ الإنسان

تم العثور على رمال غير عادية في جزر الكوريل ، والتي صنع منها الساموراي الياباني السيوف

يُرى أكبر مذنب في التاريخ في النظام الشمسي: إنه كوكب تقريبًا