Які технології використовують у космічній енергетиці
- Бездротова передача енергії
Бездротова
Енергія може бути передана за допомогою лазерноговипромінювання або НВЧ на різних частотах, залежно від конструкції системи. Який вибір було зроблено, щоб передача випромінювання була не іонізуючою, щоб уникнути можливих порушень екології чи біологічної системи регіону отримання енергії?
Верхня межа для частоти випромінювання встановленийтаким, щоб енергія на один фотон не викликала іонізацію організмів при проходженні через них. Іонізація біологічних матеріалів починається тільки з ультрафіолетового випромінювання і, як наслідок, проявляється при більш високих частотах, тому велика кількість радіочастот буде доступно для передачі енергії.
- лазери
Дослідники NASA працювали в 1980-х рокахможливістю використання лазерів для випромінювання енергії між двома точками у просторі. У перспективі ця технологія стане альтернативним способом передачі енергії у космічній енергетиці.
У 1991 році розпочався проект SELENE, який передбачав створення лазерів для космічної енергетики, у тому числі і для випромінювання енергії лазером на місячні бази.
У 1988 році Грант Логан запропонував використовувати лазеррозміщений на Землі, щоб забезпечити енергією космічні станції, імовірно це можна було здійснити в 1989. Пропонувалося використання сонячних елементів з алмазу при температурі 300°C для перетворення ультрафіолетового лазерного випромінювання.
Проект SELENE продовжував працювати над цієюконцепцією, поки не був офіційно закритий в 1993 після двох років досліджень, так і не здійснивши тестування технології на великі відстані. Причина закриття: висока вартість здійснення.
- Перетворення сонячної енергії в електричну
У космічній енергетиці, в існуючих станціях і розробках космічних електростанцій, єдиний спосіб ефективного отримання енергії — використання фотоелементів.
Фотоелемент – електронний прилад, який перетворює енергію фотонів на електричну енергію. Перший фотоелемент, заснований на зовнішньому фотоефекті, створив Олександр Столетов наприкінці ХІХ століття.
Найбільш ефективними, з енергетичної точки зору, пристроями для цього є напівпровідникові фотоелектричні перетворювачі (ФЕП), оскільки це прямий одноступеневий перехід енергії.
ККД вироблених у промислових масштабах фотоелементів у середньому становить 16%, у кращих зразків до 25%. У лабораторних умовах вже досягнуть ККД 43%.
- Отримання енергії від СВЧ хвиль випускаються супутником
Також важливо підкреслити способи отриманняенергії. Один з них це одержання енергії за допомогою ректену. Ректена - пристрій, що являє собою нелінійну антену, призначену для перетворення енергії поля падаючої на неї хвилі в енергію постійного струму.
Найпростішим варіантом конструкції може бути напівхвильовий вібратор між плечами якого встановлюється пристрій з односторонньою провідністю (наприклад діод).
У такому варіанті конструкції антена поєднуєтьсяз детектором, на виході якого, при наявності падаючої хвилі, з'являється ЕРС. Для підвищення посилення такі пристрої можуть бути об'єднані в багатоелементні решітки.
Плюси і мінуси космічної енергетики
Космічна сонячна енергія - енергія, якуодержують поза атмосфери Землі. За відсутності загазованості атмосфери або хмар на Землю падає приблизно 35% енергії від тієї, яка потрапила в атмосферу.
Крім того, правильно вибравши траєкторію орбіти,можна одержувати енергію близько 96% часу. Таким чином, фотоелектричні панелі на геостаціонарній орбіті Землі, на висоті 36 тис. км, отримуватиме в середньому у вісім разів більше світла, ніж панелі на поверхні Землі і навіть ще більше коли космічний апарат буде ближче до Сонця, ніж до поверхні Землі.
Додатковою перевагою є той факт, що в космосі немає проблеми з вагою або корозії металів через відсутність атмосфери.
З іншого боку, головний недолік космічноїенергетики - це висока вартість. Друга проблема створення ОЕС - великі втрати енергії при передачі. При передачі енергії на поверхню Землі буде втрачено принаймні 40-50%.
Основні технологічні проблеми космічної енергетики
За даними американських досліджень 2008 року, є п'ять основних технологічних проблем, які наука повинна подолати, щоб космічна енергія стала легкодоступною:
- Фотоелектричні і електронні компоненти повинні працювати з високою ефективністю при високій температурі.
- Бездротова передача енергії повинна бути точною і безпечною.
- Космічні електростанції повинні бути недорогими у виробництві.
- Підтримка постійного положення станції надприймачем енергії: тиск сонячного світла буде відштовхувати станцію від потрібного положення, а тиск електромагнітного випромінювання, спрямованого на Землю, буде штовхати станцію від Землі.
Хто збирається добувати енергію з космосу
- Китай
Китай хоче стати першою країною, яка розгорне на навколоземній орбіті сонячну електростанцію. Об'єкт планується використовуватиме для збору, і навіть передачі зібраної енергії Землю.
Конструкцію планується розмістити нагеостаціонарній орбіті, на висоті 35 786 кілометрів, де вона зможе постійно перебувати над обраною точкою Землі, розповів Лун Лехао (Long Lehao), головний конструктор китайських ракет серії «Чанчжен-9».
Проект передбачає будівництво на орбітівеликих сонячних панелей. Перевагою електростанції стане можливість майже постійного отримання сонячної енергії, незалежно від погодних умов. Передавати енергію на Землю планується за допомогою лазерів або мікрохвиль.
Енергія сонячних променів буде перетворюватися в електричний струм, а потім за допомогою мікрохвиль або лазерного випромінювання передаватися на Землю.
До 2030 року на орбіту планується вивести повноцінну електростанцію мегаватного класу. Комерційну станцію гігаватного класу китайські вчені хочуть побудувати на орбіті до 2050 року.
- Японія
Інформація про Японію, скоріш за все, втратила свою актуальність. Проте країна в 2009 році заявляла, що розпочинає будівництво космічної електростанції.
Для участі у проекті вартістю $21 млрдпідрядили корпорації Mitsubishi Electric та IHI. Протягом чотирьох років вони мали розробити і сконструювати конкретні пристрої транспортування панелей на стаціонарну орбіту 36 тыс. км, складання панелей та передачі електроенергії на Землю з мінімальними втратами. Проте, ймовірно, проект із якихось причин вирішили не реалізовувати.
- Росія
Головний науковий заклад Роскосмосу - ЦНДІмашвиступив з ініціативою створення російських космічних сонячних електростанцій (КСЕС) потужністю 1-10 ГВт із бездротовою передачею електроенергії наземним споживачам.
У ЦНИИМАШ звертають увагу, що американські і японські розробники пішли шляхом використання СВЧ-випромінювання, яке сьогодні видається значно менш ефективним, ніж лазерне.
Проект ФГУП НВО ім.Лавочкіна передбачає використовувати сонячні батареї та випромінювальні антени на системі автономних супутників, керованих по пілотному сигналу з Землі. Для антени - використовувати короткохвильового СВЧ-діапазон аж до міліметрових радіохвиль. Це дасть можливість формувати в космосі вузькі пучки при мінімальних розмірах генераторів і підсилювачів. Невеликі генератори дозволять і приймають антени зробити на порядок менше.
Читати далі:
У головному мозку людини зафіксований невідомий тип сигналу
На Курилах знайдено незвичайний пісок, з якого японські самураї робили мечі
У Сонячній системі помічена найбільша комета за всю історію: це майже планета