Quais tecnologias são usadas na energia espacial
- Transmissão sem fio de energia
Sem fio
Energia pode ser transferida usando laserradiação ou microondas em frequências diferentes dependendo do projeto do sistema. Que escolhas foram feitas para garantir que a transmissão da radiação fosse não ionizante, a fim de evitar possíveis perturbações à ecologia ou ao sistema biológico da região produtora de energia?
O limite superior para a frequência de emissão é definidode forma que a energia por fóton não causa ionização dos organismos ao passar por eles. A ionização de materiais biológicos começa apenas com a radiação ultravioleta e, como resultado, se manifesta em frequências mais altas, portanto, um grande número de frequências de rádio estará disponível para transmissão de energia.
- Lasers
Pesquisadores da NASA trabalharam na década de 1980 coma capacidade de usar lasers para emitir energia entre dois pontos no espaço. No futuro, esta tecnologia se tornará um método alternativo de transferência de energia na energia espacial.
Em 1991, teve início o projeto SELENE, que envolveu a criação de lasers para energia espacial, incluindo emissão de energia laser para bases lunares.
Em 1988, Grant Logan propôs o uso de um lasercolocado na Terra para alimentar estações espaciais, supostamente isso poderia ser feito em 1989. Foi proposto o uso de células solares de diamante a 300°C para converter a luz laser ultravioleta.
O projeto SELENE continuou a trabalhar nesteconceito até que foi formalmente fechado em 1993, após dois anos de pesquisa e nunca teve testes de longo alcance da tecnologia. Motivo do encerramento: alto custo de implantação.
- Convertendo energia solar em eletricidade
Na energia espacial, nas estações existentes e no desenvolvimento de centrais espaciais, a única forma de obter energia de forma eficiente é a utilização de células fotovoltaicas.
Uma fotocélula é um dispositivo eletrônico que converte energia de fótons em energia elétrica. A primeira fotocélula baseada no efeito fotoelétrico externo foi criada por Alexander Stoletov no final do século XIX.
Os dispositivos mais eficientes, do ponto de vista energético, para isso são os conversores fotovoltaicos semicondutores (PVCs), por se tratar de uma transição energética direta e de estágio único.
A eficiência das fotocélulas produzidas em escala industrial é em média de 16%, sendo as melhores amostras de até 25%. Em condições de laboratório, já foi alcançada uma eficiência de 43%.
- Recebendo energia de ondas de microondas emitidas por um satélite
Também é importante ressaltar as formas de obtençãoenergia. Uma delas é a obtenção de energia por meio de retenas. Rectenna é um dispositivo que é uma antena não linear projetada para converter a energia do campo de uma onda incidente sobre ela em energia de corrente contínua.
A opção de design mais simples pode ser um vibrador de meia onda, entre os braços do qual é instalado um dispositivo com condutividade unidirecional (por exemplo, um diodo).
Nesta versão do design, a antena é combinadacom um detector, em cuja saída, na presença de uma onda incidente, aparece um EMF. Para aumentar o ganho, esses dispositivos podem ser combinados em matrizes de vários elementos.
Prós e contras da energia espacial
A energia solar cósmica é a energia querecebida fora da atmosfera terrestre. Na ausência de poluição gasosa na atmosfera ou nas nuvens, aproximadamente 35% da energia que entra na atmosfera cai na Terra.
Além disso, ao escolher a trajetória orbital correta,você pode obter energia cerca de 96% do tempo. Assim, os painéis fotovoltaicos na órbita geoestacionária da Terra, a uma altitude de 36 mil km, receberão em média oito vezes mais luz do que os painéis na superfície da Terra, e ainda mais quando a espaçonave estiver mais próxima do Sol do que do superfície da Terra.
Um benefício adicional é o fato de que não há problema com o peso ou corrosão dos metais no espaço devido à falta de atmosfera.
Por outro lado, a principal desvantagem do espaçoenergia tem alto custo. O segundo problema da criação de um IPS são as grandes perdas de energia durante a transmissão. Ao transmitir energia para a superfície da Terra, pelo menos 40-50% serão perdidos.
Os principais problemas tecnológicos da energia espacial
De acordo com um estudo americano de 2008, existem cinco grandes desafios tecnológicos que a ciência deve superar para tornar a energia espacial prontamente disponível:
- Os componentes fotovoltaicos e eletrônicos devem operar com alta eficiência em altas temperaturas.
- A transmissão sem fio de energia deve ser precisa e segura.
- As usinas espaciais devem ser de fabricação barata.
- Manter uma posição constante da estação acimareceptor de energia: a pressão da luz solar irá empurrar a estação para longe da posição desejada, e a pressão da radiação eletromagnética direcionada para a Terra irá empurrar a estação para longe da Terra.
Quem vai extrair energia do espaço
- China
A China quer se tornar o primeiro país a implantar uma usina de energia solar na órbita baixa da Terra. A instalação está planejada para ser usada para coletar e transmitir a energia coletada para a Terra.
A estrutura está planejada para ser localizada emórbita geoestacionária, a uma altitude de 35.786 quilômetros, onde pode permanecer constantemente acima de um ponto selecionado na Terra, disse Long Lehao, projetista-chefe dos foguetes chineses da série Longa Marcha-9.
Projeto prevê construção em órbitagrandes painéis solares. A vantagem da usina será a possibilidade de recebimento quase constante de energia solar, independentemente das condições climáticas. É planejado para transmitir energia para a Terra usando lasers ou microondas.
A energia dos raios solares será convertida em corrente elétrica e, em seguida, transmitida à Terra por meio de microondas ou radiação laser.
Em 2030, está planejado o lançamento de uma usina de energia completa da classe megawatt em órbita. Cientistas chineses querem construir uma estação comercial da classe gigawatt em órbita até 2050.
- Japão
As informações sobre o Japão provavelmente perderam sua relevância. No entanto, o país anunciou em 2009 que estava iniciando a construção de uma usina espacial.
Participar de um projeto no valor de US$ 21 bilhõescontratado pelas corporações Mitsubishi Electric e IHI. Ao longo de quatro anos, eles foram obrigados a desenvolver e construir dispositivos específicos para transportar painéis para uma órbita estacionária de 36 mil quilômetros quadrados. km, montando painéis e transmitindo eletricidade à Terra com perdas mínimas. No entanto, eles provavelmente decidiram não implementar o projeto por algum motivo.
- Rússia
A principal instituição científica da Roscosmos é TsNIIMashtomou a iniciativa de criar usinas solares espaciais russas (KSPS) com capacidade de 1 a 10 GW com transmissão sem fio de eletricidade para consumidores terrestres.
TsNIIMash chama a atenção para o fato de que desenvolvedores americanos e japoneses optaram pelo uso da radiação de microondas, que hoje parece ser muito menos eficaz do que a radiação laser.
Projeto de FSUE NPO im.Lavochkin planeja usar painéis solares e antenas radiantes em um sistema de satélites autônomos, controlado por um sinal piloto da Terra. Para a antena, use o alcance de microondas de ondas curtas até ondas de rádio milimétricas. Isso tornará possível formar feixes estreitos no espaço com tamanhos mínimos de geradores e amplificadores. Geradores pequenos também farão as antenas receptoras uma ordem de magnitude menor.
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