Kādas tehnoloģijas tiek izmantotas kosmosa enerģētikā
- Bezvadu enerģijas pārraide
Bezvadu
Enerģiju var pārnest, izmantojot lāzerustarojums vai mikroviļņu krāsns dažādās frekvencēs atkarībā no sistēmas konstrukcijas. Kādas izvēles tika veiktas, lai nodrošinātu, ka starojuma pārnešana ir nejonizējoša, lai izvairītos no iespējamiem traucējumiem enerģijas ražošanas reģiona ekoloģijā vai bioloģiskajā sistēmā?
Emisijas biežuma augšējā robeža ir noteiktalai enerģija uz vienu fotonu neizraisītu organismu jonizāciju, tiem ejot cauri. Bioloģisko materiālu jonizācija sākas tikai ar ultravioleto starojumu un rezultātā izpaužas augstākās frekvencēs, tāpēc enerģijas pārraidei būs pieejams liels skaits radiofrekvenču.
- Lāzeri
NASA pētnieki 1980. gados strādāja arspēja izmantot lāzerus, lai izstarotu enerģiju starp diviem telpas punktiem. Nākotnē šī tehnoloģija kļūs par alternatīvu enerģijas pārraides veidu kosmosa enerģijā.
1991. gadā sākās SELENE projekts, kas ietvēra lāzeru izveidi kosmosa enerģijai, tostarp lāzera enerģijas emisijai uz Mēness bāzēm.
1988. gadā Grants Logans ierosināja izmantot lāzerutika novietoti uz Zemes, lai darbinātu kosmosa stacijas, domājams, ka to varētu izdarīt 1989. gadā. Tika ierosināts izmantot dimanta saules baterijas 300 °C temperatūrā, lai pārveidotu ultravioleto lāzera gaismu.
Projekts SELENE turpināja strādāt pie tākoncepciju, līdz tā tika oficiāli slēgta 1993. gadā pēc divu gadu pētījumiem un tehnoloģijas liela mēroga testēšanas. Slēgšanas iemesls: augstās ieviešanas izmaksas.
- Saules enerģijas pārvēršana elektrībā
Kosmosa enerģētikā, esošajās stacijās un kosmosa spēkstaciju attīstībā vienīgais veids, kā efektīvi iegūt enerģiju, ir fotoelementu izmantošana.
Fotoelements ir elektroniska ierīce, kas pārvērš fotonu enerģiju elektroenerģijā. Pirmo fotoelementu, kas balstīts uz ārējo fotoelektrisko efektu, 19. gadsimta beigās izveidoja Aleksandrs Stoletovs.
No enerģijas viedokļa visefektīvākās ierīces šim nolūkam ir pusvadītāju fotoelektriskie pārveidotāji (PVC), jo tā ir tieša, vienpakāpes enerģijas pāreja.
Rūpnieciskā mērogā ražoto fotoelementu efektivitāte ir vidēji 16%, ar labākajiem paraugiem līdz 25%. Laboratorijas apstākļos jau sasniegta 43% efektivitāte.
- Enerģijas saņemšana no satelīta izstarotajiem mikroviļņu viļņiem
Ir svarīgi arī uzsvērt veidus, kā iegūtenerģiju. Viens no tiem ir enerģijas iegūšana, izmantojot taisnās līnijas. Rectenna ir ierīce, kas ir nelineāra antena, kas paredzēta, lai pārveidotu uz tās krītošā viļņa lauka enerģiju līdzstrāvas enerģijā.
Vienkāršākā konstrukcijas iespēja var būt pusviļņu vibrators, starp kura svirām ir uzstādīta ierīce ar vienvirziena vadītspēju (piemēram, diode).
Šajā dizaina versijā antena ir apvienotaar detektoru, kura izejā krītoša viļņa klātbūtnē parādās EMF. Lai palielinātu ieguvumu, šādas ierīces var apvienot daudzelementu masīvos.
Kosmosa enerģijas plusi un mīnusi
Kosmiskā saules enerģija ir enerģija, kassaņemts ārpus Zemes atmosfēras. Ja atmosfērā vai mākoņos nav gāzes piesārņojuma, aptuveni 35% no atmosfērā nonākušās enerģijas nokrīt uz Zemi.
Turklāt, izvēloties pareizo orbītas trajektoriju,jūs varat iegūt enerģiju aptuveni 96% laika. Tādējādi fotoelementu paneļi Zemes ģeostacionārajā orbītā, 36 tūkstošu km augstumā, saņems vidēji astoņas reizes vairāk gaismas nekā paneļi uz Zemes virsmas un pat vairāk, ja kosmosa kuģis būs tuvāk Saulei nekā Zemes virsma.
Papildu ieguvums ir fakts, ka atmosfēras trūkuma dēļ telpā nav problēmu ar metālu svaru vai koroziju.
No otras puses, galvenais telpas trūkumsenerģija ir augstas izmaksas. Otra IPS izveides problēma ir lieli enerģijas zudumi pārraides laikā. Pārraidot enerģiju uz Zemes virsmu, tiks zaudēti vismaz 40-50%.
Kosmosa enerģijas galvenās tehnoloģiskās problēmas
Saskaņā ar 2008. gada amerikāņu pētījumu zinātnei ir jāpārvar pieci galvenie tehnoloģiskie izaicinājumi, lai padarītu kosmosa enerģiju viegli pieejamu:
- Fotoelektriskajiem un elektroniskajiem komponentiem jādarbojas ar augstu efektivitāti augstā temperatūrā.
- Bezvadu enerģijas pārraidei jābūt precīzai un drošai.
- Kosmosa elektrostaciju ražošanai jābūt lētai.
- Iepriekš esošās stacijas nemainīgas pozīcijas saglabāšanaenerģijas uztvērējs: saules gaismas spiediens izstumj staciju no vēlamās pozīcijas, un elektromagnētiskā starojuma spiediens, kas vērsts uz Zemi, izstumj staciju no Zemes.
Kurš gūs enerģiju no kosmosa
- Ķīna
Ķīna vēlas kļūt par pirmo valsti, kas izvietos saules elektrostaciju zemās Zemes orbītā. Objektu plānots izmantot savāktās enerģijas savākšanai un pārvadīšanai uz Zemi.
Struktūru plānots izvietot uzģeostacionārā orbīta, 35 786 kilometru augstumā, kur tā varēs pastāvīgi atrasties virs izvēlētā Zemes punkta, sacīja Ķīnas Long March-9 sērijas raķešu galvenais konstruktors Long Lehao.
Projekts paredz būvniecību orbītālieli saules paneļi. Elektrostacijas priekšrocība būs iespēja gandrīz nemainīgi saņemt saules enerģiju neatkarīgi no laika apstākļiem. Enerģiju uz Zemi plānots pārraidīt, izmantojot lāzerus vai mikroviļņus.
Saules staru enerģija tiks pārveidota elektriskā strāvā un pēc tam pārnesta uz Zemi, izmantojot mikroviļņus vai lāzera starojumu.
Līdz 2030. gadam orbītā plānots palaist pilnvērtīgu megavatu klases spēkstaciju. Ķīnas zinātnieki vēlas līdz 2050. gadam orbītā uzbūvēt komerciālu gigavatu klases staciju.
- Japāna
Informācija par Japānu, visticamāk, ir zaudējusi savu aktualitāti. Tomēr valsts 2009. gadā paziņoja, ka sāk būvēt kosmosa spēkstaciju.
Lai piedalītos projektā 21 miljardu dolāru vērtībālīgumu noslēgušas Mitsubishi Electric un IHI korporācijas. Četru gadu laikā viņiem bija jāizstrādā un jākonstruē īpašas ierīces paneļu transportēšanai uz stacionāru 36 tūkstošu orbītu km, montējot paneļus un ar minimāliem zudumiem novadot elektroenerģiju uz Zemi. Taču viņi, iespējams, kādu iemeslu dēļ nolēma projektu neīstenot.
- Krievija
Roscosmos galvenā zinātniskā institūcija ir TsNIIMashuzņēmās iniciatīvu izveidot Krievijas kosmiskās saules elektrostacijas (KSPS) ar jaudu 1-10 GW ar bezvadu elektroenerģijas pārvadi uz zemes patērētājiem.
TsNIIMash vērš uzmanību uz to, ka amerikāņu un japāņu izstrādātāji ir izvēlējušies mikroviļņu starojuma izmantošanas ceļu, kas mūsdienās šķiet daudz mazāk efektīvs nekā lāzera starojums.
FSUE NPO projekts im.Lavočkins plāno izmantot saules paneļus un izstarojošas antenas autonomo satelītu sistēmā, ko kontrolē ar Zemes pilota signālu. Antenai izmantojiet īsviļņu mikroviļņu diapazonu līdz milimetru radioviļņiem. Tas ļaus telpā izveidot šaurus starus ar minimāliem ģeneratoru un pastiprinātāju izmēriem. Mazie ģeneratori arī padarīs uztveršanas antenas par kārtu mazāku.
Lasīt vairāk:
Cilvēka smadzenēs tiek reģistrēts nezināms signāla veids
Kurilu salās atrastas neparastas smiltis, no kurām japāņu samuraji izgatavoja zobenus
Vēsturē lielākā komēta ir redzama Saules sistēmā: tā ir gandrīz planēta