Ποιες τεχνολογίες χρησιμοποιούνται στη διαστημική ενέργεια
- Ασύρματη μετάδοση ενέργειας
Ασύρματος
Η ενέργεια μπορεί να μεταφερθεί με χρήση λέιζερακτινοβολία ή φούρνο μικροκυμάτων σε διαφορετικές συχνότητες ανάλογα με το σχεδιασμό του συστήματος. Ποιες επιλογές έγιναν για να διασφαλιστεί ότι η μετάδοση της ακτινοβολίας δεν ήταν ιονίζουσα, ώστε να αποφευχθούν πιθανές διαταραχές στο οικολογικό ή βιολογικό σύστημα της περιοχής παραγωγής ενέργειας;
Το ανώτατο όριο για τη συχνότητα εκπομπών έχει οριστείέτσι ώστε η ενέργεια ανά φωτόνιο να μην προκαλεί ιονισμό των οργανισμών κατά τη διέλευσή τους. Ο ιονισμός των βιολογικών υλικών ξεκινά μόνο με υπεριώδη ακτινοβολία και, ως εκ τούτου, εκδηλώνεται σε υψηλότερες συχνότητες, οπότε ένας μεγάλος αριθμός ραδιοσυχνοτήτων θα είναι διαθέσιμος για μετάδοση ενέργειας.
- Λέιζερ
Οι ερευνητές της NASA εργάστηκαν τη δεκαετία του 1980 μετην ικανότητα χρήσης λέιζερ για την εκπομπή ενέργειας μεταξύ δύο σημείων στο διάστημα. Στο μέλλον, αυτή η τεχνολογία θα γίνει ένας εναλλακτικός τρόπος μετάδοσης ενέργειας στη διαστημική ενέργεια.
Το 1991 ξεκίνησε το έργο SELENE, το οποίο περιελάμβανε τη δημιουργία λέιζερ για διαστημική ενέργεια, συμπεριλαμβανομένης της εκπομπής ενέργειας λέιζερ σε σεληνιακές βάσεις.
Το 1988, ο Grant Logan πρότεινε τη χρήση λέιζερπου τοποθετήθηκε στη Γη για να τροφοδοτήσει διαστημικούς σταθμούς, υποτίθεται ότι αυτό θα μπορούσε να γίνει το 1989. Προτάθηκε η χρήση ηλιακών κυψελών διαμαντιού στους 300°C για τη μετατροπή του υπεριώδους φωτός λέιζερ.
Το έργο SELENE συνέχισε να λειτουργεί σε αυτόconcept έως ότου έκλεισε επίσημα το 1993 μετά από δύο χρόνια έρευνας και δοκιμών μεγάλης εμβέλειας της τεχνολογίας. Λόγος κλεισίματος: υψηλό κόστος εφαρμογής.
- Μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια
Στη διαστημική ενέργεια, στους υπάρχοντες σταθμούς και στην ανάπτυξη διαστημικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, ο μόνος τρόπος για την αποτελεσματική απόκτηση ενέργειας είναι η χρήση φωτοβολταϊκών στοιχείων.
Το φωτοκύτταρο είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που μετατρέπει την ενέργεια των φωτονίων σε ηλεκτρική ενέργεια. Το πρώτο φωτοκύτταρο βασισμένο στο εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο δημιουργήθηκε από τον Alexander Stoletov στα τέλη του 19ου αιώνα.
Οι πιο αποδοτικές, από ενεργειακή άποψη, συσκευές για αυτό είναι οι φωτοβολταϊκοί μετατροπείς ημιαγωγών (PVC), καθώς πρόκειται για μια άμεση ενεργειακή μετάβαση σε ένα στάδιο.
Η απόδοση των φωτοκυττάρων που παράγονται σε βιομηχανική κλίμακα είναι κατά μέσο όρο 16%, με τα καλύτερα δείγματα έως και 25%. Σε συνθήκες εργαστηρίου, έχει ήδη επιτευχθεί απόδοση 43%.
- Λήψη ενέργειας από κύματα μικροκυμάτων που εκπέμπονται από δορυφόρο
Είναι επίσης σημαντικό να τονίσουμε τους τρόπους απόκτησηςενέργεια. Ένα από αυτά είναι η απόκτηση ενέργειας με τη χρήση rectennas. Το Rectenna είναι μια συσκευή που είναι μια μη γραμμική κεραία σχεδιασμένη να μετατρέπει την ενέργεια του πεδίου ενός κύματος που προσπίπτει σε αυτήν σε ενέργεια συνεχούς ρεύματος.
Η απλούστερη επιλογή σχεδίασης μπορεί να είναι ένας δονητής μισού κύματος, μεταξύ των βραχιόνων του οποίου είναι εγκατεστημένη μια συσκευή με αγωγιμότητα μονής κατεύθυνσης (για παράδειγμα, μια δίοδος).
Σε αυτήν την έκδοση του σχεδιασμού, η κεραία συνδυάζεταιμε έναν ανιχνευτή, στην έξοδο του οποίου, παρουσία ενός περιστατικού κύματος, εμφανίζεται ένα EMF. Για να αυξηθεί το κέρδος, τέτοιες συσκευές μπορούν να συνδυαστούν σε συστοιχίες πολλαπλών στοιχείων.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της διαστημικής ενέργειας
Κοσμική ηλιακή ενέργεια είναι η ενέργεια πουλαμβάνεται έξω από την ατμόσφαιρα της Γης. Ελλείψει ρύπανσης από αέρια στην ατμόσφαιρα ή τα σύννεφα, περίπου το 35% της ενέργειας που εισήλθε στην ατμόσφαιρα πέφτει στη Γη.
Επιπλέον, επιλέγοντας τη σωστή τροχιακή τροχιά,μπορείτε να πάρετε ενέργεια περίπου το 96% του χρόνου. Έτσι, τα φωτοβολταϊκά πάνελ σε γεωστατική τροχιά της Γης, σε υψόμετρο 36 χιλιάδων χιλιομέτρων, θα λαμβάνουν κατά μέσο όρο οκτώ φορές περισσότερο φως από τα πάνελ στην επιφάνεια της Γης και ακόμη περισσότερο όταν το διαστημόπλοιο είναι πιο κοντά στον Ήλιο παρά στον επιφάνεια της Γης
Ένα πρόσθετο πλεονέκτημα είναι το γεγονός ότι δεν υπάρχει πρόβλημα με το βάρος ή τη διάβρωση των μετάλλων στο διάστημα λόγω της έλλειψης ατμόσφαιρας.
Από την άλλη, το κύριο μειονέκτημα του χώρουΗ ενέργεια είναι υψηλό κόστος. Το δεύτερο πρόβλημα δημιουργίας ενός IPS είναι οι μεγάλες απώλειες ενέργειας κατά τη μετάδοση. Κατά τη μετάδοση ενέργειας στην επιφάνεια της Γης, θα χαθεί τουλάχιστον το 40-50%.
Τα κύρια τεχνολογικά προβλήματα της διαστημικής ενέργειας
Σύμφωνα με μια αμερικανική μελέτη του 2008, υπάρχουν πέντε σημαντικές τεχνολογικές προκλήσεις που πρέπει να ξεπεράσει η επιστήμη για να καταστήσει άμεσα διαθέσιμη τη διαστημική ενέργεια:
- Τα φωτοβολταϊκά και ηλεκτρονικά εξαρτήματα πρέπει να λειτουργούν με υψηλή απόδοση σε υψηλές θερμοκρασίες.
- Η ασύρματη μετάδοση ενέργειας πρέπει να είναι ακριβής και ασφαλής.
- Οι διαστημικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας πρέπει να είναι φθηνοί για την κατασκευή τους.
- Διατηρώντας μια σταθερή θέση του σταθμού παραπάνωδέκτης ενέργειας: η πίεση του ηλιακού φωτός θα ωθήσει τον σταθμό μακριά από την επιθυμητή θέση και η πίεση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που κατευθύνεται προς τη Γη θα ωθήσει τον σταθμό μακριά από τη Γη.
Ποιος θα εξαγάγει ενέργεια από το διάστημα
- Κίνα
Η Κίνα θέλει να γίνει η πρώτη χώρα που θα αναπτύξει μια ηλιακή μονάδα παραγωγής ενέργειας σε χαμηλή τροχιά στη Γη. Η εγκατάσταση σχεδιάζεται να χρησιμοποιηθεί για τη συλλογή και τη μετάδοση της συλλεγόμενης ενέργειας στη Γη.
Η δομή σχεδιάζεται να τοποθετηθεί επίγεωστατική τροχιά, σε υψόμετρο 35.786 χιλιομέτρων, όπου θα μπορεί να παραμένει συνεχώς πάνω από ένα επιλεγμένο σημείο της Γης, δήλωσε ο Λονγκ Λεχάο, επικεφαλής σχεδιαστής των κινεζικών πυραύλων της σειράς Long March-9.
Το έργο προβλέπει κατασκευή σε τροχιάμεγάλα ηλιακά πάνελ. Το πλεονέκτημα του σταθμού θα είναι η πιθανότητα σχεδόν σταθερής λήψης ηλιακής ενέργειας, ανεξάρτητα από τις καιρικές συνθήκες. Έχει προγραμματιστεί να μεταδώσει ενέργεια στη Γη χρησιμοποιώντας λέιζερ ή μικροκύματα.
Η ενέργεια των ακτίνων του ήλιου θα μετατραπεί σε ηλεκτρικό ρεύμα και μετά θα μεταδοθεί στη Γη χρησιμοποιώντας μικροκύματα ή ακτινοβολία λέιζερ.
Μέχρι το 2030, έχει προγραμματιστεί να ξεκινήσει μια ολοκληρωμένη μονάδα ισχύος μεγαβάτ σε τροχιά. Οι Κινέζοι επιστήμονες θέλουν να χτίσουν έναν εμπορικό σταθμό κατηγορίας gigawatt σε τροχιά έως το 2050.
- Ιαπωνία
Οι πληροφορίες για την Ιαπωνία πιθανότατα έχουν χάσει τη σημασία τους. Ωστόσο, η χώρα ανακοίνωσε το 2009 ότι ξεκινά την κατασκευή ενός διαστημικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής.
Συμμετοχή σε ένα έργο αξίας 21 δισεκατομμυρίων δολαρίωνσυμβόλαιο με τις εταιρείες Mitsubishi Electric και IHI. Κατά τη διάρκεια τεσσάρων ετών, τους ζητήθηκε να αναπτύξουν και να κατασκευάσουν συγκεκριμένες συσκευές για τη μεταφορά πάνελ σε σταθερή τροχιά 36 χιλιάδων km, συναρμολογώντας πάνελ και μεταδίδοντας ηλεκτρική ενέργεια στη Γη με ελάχιστες απώλειες. Ωστόσο, μάλλον αποφάσισαν να μην υλοποιήσουν το έργο για κάποιο λόγο.
- Ρωσία
Το κύριο επιστημονικό ίδρυμα της Roscosmos είναι το TsNIIMashανέλαβε την πρωτοβουλία να δημιουργήσει ρωσικούς διαστημικούς σταθμούς ηλιακής ενέργειας (KSPS) χωρητικότητας 1-10 GW με ασύρματη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας στους επίγειους καταναλωτές.
Το TsNIIMash εφιστά την προσοχή στο γεγονός ότι οι Αμερικανοί και οι Ιάπωνες προγραμματιστές έχουν ακολουθήσει το δρόμο της χρήσης ακτινοβολίας μικροκυμάτων, η οποία σήμερα φαίνεται να είναι πολύ λιγότερο αποτελεσματική από την ακτινοβολία λέιζερ.
Έργο FSUE NPO im.Η Lavochkin αναλαμβάνει τη χρήση ηλιακών συλλεκτών και κεραιών ακτινοβολίας σε ένα σύστημα αυτόνομων δορυφόρων, που ελέγχεται από ένα πιλοτικό σήμα από τη Γη. Για την κεραία, χρησιμοποιήστε το φάσμα μικροκυμάτων μικρού κύματος έως και χιλιοστά ραδιοκύματα. Αυτό θα επιτρέψει το σχηματισμό στενών δοκών στο χώρο με ελάχιστα μεγέθη γεννητριών και ενισχυτών. Οι μικρές γεννήτριες θα κάνουν επίσης τις κεραίες λήψης μια τάξη μεγέθους μικρότερη.
Διαβάστε περισσότερα:
Ένας άγνωστος τύπος σήματος καταγράφεται στον ανθρώπινο εγκέφαλο
Ασυνήθιστη άμμος βρέθηκε στα Νησιά Κουρίλ, από την οποία οι Ιάπωνες σαμουράι έφτιαξαν ξίφη
Ο μεγαλύτερος κομήτης στην ιστορία φαίνεται στο ηλιακό σύστημα: είναι σχεδόν ένας πλανήτης