Rumenergi

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 11. juli 2019; checks kræver 14 redigeringer .

Rumenergi  er en type alternativ energi , der involverer brugen af ​​solenergi til at generere elektricitet, med placeringen af ​​et kraftværk i kredsløb om jorden eller på månen .

Tidslinje for udvikling af rumenergi

1968  : Peter Glaser introducerede ideen om store sol-satellitsystemer med en kvadratkilometer solfanger i geostationær kredsløbshøjde ( GSO 36.000 km over ækvator), for at indsamle og omdanne solenergi til en elektromagnetisk mikrobølgestråle for at transmittere nyttig energi til store antenner på jorden.

1970  : Det amerikanske energiministerium og NASA gennemgår design- og gennemførlighedsundersøgelsen for Solar Power Satellite (SPS).

1973  : Peter Glaser modtog US Patent 3.781.647 for sin metode til at sende strøm over lange afstande (f.eks. fra en satellit til jordens overflade) ved hjælp af mikrobølger fra store antenner på en satellit til rektenner på Jorden. [en]

1990  : Forskningscenter. MV Keldysh udviklede konceptet om energiforsyning til Jorden fra rummet ved hjælp af lave jordbaner. ”Allerede i 2020-2030 kan der skabes 10-30 rumkraftværker, som hver vil bestå af ti rumkraftmoduler. Den planlagte samlede kapacitet for stationerne vil være 1,5-4,5 GW, og den samlede kapacitet for forbrugeren på Jorden vil være 0,75-2,25 GW." I 2050-2100 var det endvidere planlagt at øge antallet af stationer til 800 enheder og den endelige kapacitet hos forbrugeren til 960 GW. Men til dato er selv oprettelsen af ​​et arbejdsudkast baseret på dette koncept ikke kendt. ;

1994  : Det amerikanske luftvåben udfører et eksperiment med avancerede fotovoltaiske satellitter, der er opsendt i lav kredsløb om jorden med raket.

1995-1997  : NASA gennemførte en undersøgelse af rummets solenergi, dens koncepter og teknologier.

1998  : Japan Space Agency påbegynder et udviklingsprogram for solenergisystemer i rummet, der fortsætter den dag i dag.

1999  : NASAs rumsolenergiprogram begynder.

2002 : NASA's  John Mankins vidnede i det amerikanske Repræsentanternes Hus og sagde: "Et storskala solsatellitsystem er et meget komplekst integreret system og kræver mange betydelige fremskridt i den nuværende teknologi. flere årtier.

2000  : Japans rumfartsorganisation annoncerede planer for mere forskning og opsendelse af en eksperimentel satellit med 10 kilowatt og 1 MW effekt. [2]

2009  : Japan Aerospace Exploration Agency annoncerede sine planer om at opsende en solenergisatellit i kredsløb, der ville transmittere energi til Jorden ved hjælp af mikrobølger. De håber at kunne opsende den første prototype af en satellit i kredsløb i 2030. [3]

2009  : Solaren, der har base i Californien (USA), underskrev en aftale med PG&E om, at sidstnævnte ville købe den energi, som Solaren ville producere i rummet. Effekten bliver 200 MW. Ifølge planen vil 250.000 hjem blive drevet af denne energi. Projektgennemførelsen er planlagt til 2016. [fire]

2010  : Shimizu publicerede en artikel, der beskrev mulighederne for at bygge et gigantisk månekraftværk ved hjælp af eksisterende teknologier [5]

2011  : Et multi-japansk virksomhedsprojekt annonceres til at være baseret på 40 satellitter med tilknyttede solarrays. Mitsubishi Corporation bør blive flagskibet i projektet . Transmission til jorden vil blive udført ved hjælp af elektromagnetiske bølger, modtageren skal være et "spejl" med en diameter på omkring 3 km, som vil være placeret i et ørkenområde i havet . Fra 2011 er det planlagt at starte projektet i 2012

2013  : Den vigtigste videnskabelige institution i Roscosmos  - TsNIIMash tog initiativ til at skabe russiske rumsolenergianlæg (CSPS) med en kapacitet på 1-10 GW med trådløs transmission af elektricitet til jordforbrugere. TsNIIMash gør opmærksom på, at amerikanske og japanske udviklere har valgt at bruge mikrobølgestråling , som i dag ser ud til at være meget mindre effektiv end laserstråling . [6]

2015  :

2016  :

2017  : NASA udvælger fem nye forskningsforslag til ruminvesteringer. Colorado School of Mines fokuserer på "21st Century Trends in Space Solar Energy Production and Storage."

2019  : Aditya Baraskar og professor Toshiya Khanada fra Space System Dynamics Laboratory ved Kyushu University foreslog Energy Orbit (E-Orbit), en lille konstellation af soldrevne rumsatellitter til kraftoverførsel mellem satellitter i lav kredsløb om jorden. I alt 1600 satellitter til at transmittere 10 kilowatt elektricitet inden for en radius af 500 km i en højde af 900 km.

2020  : US Naval Research Laboratory opsender en testsatellit. Derudover har det amerikanske luftvåben sit eget Solar Power Space Demonstration and Research-projekt (SSPIDR), som planlægger at opsende ARACHNE-testsatellitten i 2024.

Satellit til elproduktion

Ideens historie

Ideen dukkede første gang op i 1970'erne. Fremkomsten af ​​et sådant projekt var forbundet med en energikrise. I denne forbindelse har den amerikanske regering afsat 20 millioner dollars til rumfartsorganisationen NASA og Boeing for at beregne gennemførligheden af ​​det gigantiske SPS-projekt (Solar Power Satellite).

Efter alle beregningerne viste det sig, at sådan en satellit ville generere 5.000 megawatt energi, efter overførsel til jorden ville der være 2.000 megawatt tilbage. For at forstå, om dette er meget eller ej, er det værd at sammenligne denne kraft med Krasnoyarsk-vandkraftværket , hvis kapacitet er 6.000 megawatt. Men de omtrentlige omkostninger ved et sådant projekt er $ 1 billion, hvilket var årsagen til lukningen af ​​programmet.

Den sovjetiske presse offentliggjorde detaljerede beskrivelser af teorien og beregningen af ​​OES [7] [8] [9] .

Teknologidiagram

Systemet antager tilstedeværelsen af ​​en enheds-emitter placeret i geostationær kredsløb . Det formodes at konvertere solenergi til en form, der er bekvem til transmission ( mikrobølge , laserstråling ) og overføre til overfladen i en "koncentreret" form. I dette tilfælde er det nødvendigt at have en "modtager" på overfladen, der opfatter denne energi [10] .

En satellit til høst af solenergi består i det væsentlige af tre dele:

Rumfartøjet vil være i GEO og behøver ikke at støtte sig selv mod tyngdekraften. Det behøver heller ikke beskyttelse mod jordvind eller vejr, men vil håndtere rumfarer såsom mikrometeoritter og solstorme .

Relevans i dag

Siden over 40 år siden idéens fremkomst er solpaneler faldet dramatisk i pris og steget i ydeevne, og det er blevet billigere at levere last i kredsløb, præsenterede US National Space Society i 2007 en rapport, der fortæller om udsigterne for udviklingen af ​​rumenergi i vore dage. [elleve]

Projekt af FSUE NPO im. Lavochkina foreslår at bruge solpaneler og strålende antenner på et system af autonome satellitter styret af et pilotsignal fra Jorden. Til antennen - brug kortbølgemikrobølgeområdet op til millimeter radiobølger. Dette vil gøre det muligt at danne smalle stråler i rummet med minimale størrelser af oscillatorer og forstærkere. Små generatorer vil gøre det muligt at gøre modtageantenner i en størrelsesorden mindre [12]

Fordele ved systemet

Lunar Belt

Rumenergiprojekt præsenteret af Shimizu i 2010 . Som planlagt af japanske ingeniører skulle dette være et bælte af solpaneler strakt langs hele månens ækvator (11 tusinde kilometer) og 400 kilometer bredt. [13]

Solpaneler

Da produktion og transport af et sådant antal solceller fra jorden ikke er mulig, vil solceller ifølge forskernes plan skulle produceres direkte på månen. For at gøre dette kan du bruge månejorden, hvorfra du kan lave solpaneler. [fjorten]

Energioverførsel

Energi fra dette bælte vil blive transmitteret af radiobølger ved hjælp af enorme 20 km-antenner og modtaget af rektenner her på Jorden. Den anden transmissionsmetode, der kan bruges, er transmission med en lysstråle ved hjælp af lasere og modtagelse af en lysfælde på jorden. [femten]

Fordele ved systemet

Da der ikke er nogen atmosfære eller vejr på Månen, kan energi genereres næsten døgnet rundt og med en stor effektivitetsfaktor.

David Criswell foreslog, at Månen er det optimale sted for solenergianlæg. [16] [17] Den største fordel ved at placere solfangere på Månen er, at de fleste af solpanelerne kan bygges af lokale materialer i stedet for jordressourcer, hvilket væsentligt reducerer massen og dermed omkostningerne sammenlignet med andre rumsolceller strøm muligheder..

Teknologier brugt i rumenergi

Trådløs transmission af strøm til Jorden

Trådløs kraftoverførsel blev foreslået på et tidligt tidspunkt som et middel til at overføre strøm fra en rum- eller månestation til Jorden. Energi kan transmitteres ved hjælp af laserstråling eller mikrobølger ved forskellige frekvenser afhængigt af systemets design. Hvilket valg blev truffet, så transmissionen af ​​stråling var ikke-ioniserende, for at undgå mulige forstyrrelser af økologien eller det biologiske system i den energimodtagende region? Den øvre grænse for strålingsfrekvensen er sat således, at energien pr. foton ikke forårsager ionisering af organismer, når de passerer gennem dem. Ioniseringen af ​​biologiske materialer starter kun med ultraviolet stråling og manifesterer sig som et resultat ved højere frekvenser, så en stor mængde radiofrekvenser vil være tilgængelige for energioverførsel.

Lasere

NASA - forskere arbejdede i 1980'erne med muligheden for at bruge lasere til at udstråle energi mellem to punkter i rummet. [18] I fremtiden vil denne teknologi blive en alternativ måde at overføre energi på i rumenergi. I 1991 begyndte SELENE-projektet, som involverede skabelsen af ​​lasere til rumenergi, herunder laserenergi til udstråling af energi til månebaser. [18] I 1988 foreslog Grant Logan brugen af ​​en laser placeret på Jorden til at drive rumstationer, og det blev spekuleret i, at dette kunne lade sig gøre i 1989. [18] Det blev foreslået at bruge diamantsolceller ved 300 °C til at konvertere ultraviolet laserstråling. SELENE-projektet fortsatte med at arbejde på dette koncept, indtil det formelt blev lukket i 1993 efter to års forskning og ingen langsigtede test af teknologien. Årsag til lukning: høje omkostninger ved implementering. [atten]

Konvertering af solenergi til elektrisk energi

Inden for rumenergi (i eksisterende stationer og i udviklingen af ​​rumkraftværker) er den eneste måde at generere energi på effektivt at bruge solceller. En fotocelle er en elektronisk enhed, der omdanner fotonenergi til elektrisk energi . Den første fotocelle baseret på den eksterne fotoelektriske effekt blev skabt af Alexander Stoletov i slutningen af ​​det 19. århundrede. Fra et energisynspunkt er de mest effektive enheder til at konvertere solenergi til elektrisk energi halvleder fotovoltaiske omformere (PVC'er), da dette er en direkte, et-trins energioverførsel. Effektiviteten af ​​kommercielt producerede solceller er i gennemsnit 16 %, for de bedste prøver op til 25 %. [19] Under laboratorieforhold er der allerede opnået en effektivitet på 43 % [20] .

At opnå energi fra mikrobølgebølger udsendt af satellitten

Det er også vigtigt at understrege måderne at opnå energi på. En af dem er at få energi ved hjælp af rektenner. En rektenne ( ensretterantenne ) er en enhed , der er en ikke-lineær antenne designet til at konvertere feltenergien fra en indfaldende bølge til jævnstrømsenergi . Den enkleste designmulighed kan være en halvbølgevibrator, mellem hvis arme en enhed med envejsledning (for eksempel en diode) er installeret. I denne version af designet er antennen kombineret med en detektor, ved hvis udgang, i nærvær af en indfaldende bølge, vises en EMF. For at øge forstærkningen kan sådanne enheder kombineres til multi-element arrays.

Fordele og ulemper

Rumsolenergi er energi, der opnås uden for Jordens atmosfære. I mangel af gasforurening af atmosfæren eller skyer falder omkring 35% af den energi, der kommer ind i atmosfæren, på Jorden. [21] Derudover er det muligt at opnå energi omkring 96 % af tiden ved at vælge banens bane korrekt. Således vil solcellepaneler i geostationær kredsløb om Jorden (i en højde af 36.000 km) i gennemsnit modtage otte gange mere lys end paneler på Jordens overflade [22] og endnu mere, når rumfartøjet er tættere på Solen end på Jordens overflade. [22] En yderligere fordel er det faktum, at der i rummet ikke er noget problem med vægt eller korrosion af metaller på grund af fraværet af en atmosfære.

På den anden side er den største ulempe ved rumenergi den dag i dag dens høje omkostninger. De midler, der bruges på at sætte et system i kredsløb med en samlet masse på 3 millioner tons, vil kun betale sig inden for 20 år, og det er, hvis vi tager enhedsomkostningerne i betragtning ved at levere varer fra Jorden til en arbejdsbane på 100 $ / kg. De nuværende omkostninger ved at bringe last i kredsløb er meget højere.

Det andet problem ved at skabe en IPS er de store energitab under transmissionen. Ved overførsel af energi til Jordens overflade vil mindst 40-50 % gå tabt. [21] [23]

Store teknologiske udfordringer

Ifølge en amerikansk undersøgelse fra 2008 er der fem store teknologiske udfordringer, som videnskaben skal overvinde for at gøre rumenergi let tilgængelig: [21]

  • Fotovoltaiske og elektroniske komponenter skal fungere med høj effektivitet ved høje temperaturer.
  • Trådløs kraftoverførsel skal være nøjagtig og sikker.
  • Rumkraftværker skal være billige at fremstille.
  • Lavpris løfteraketter i rummet.

Andre måder at bruge rumenergi på

Brugen af ​​elektricitet i rumflyvninger

Ud over at udstråle energi til Jorden kan ECO -satellitter også drive interplanetariske stationer og rumteleskoper. Det kan også være et sikkert alternativ til atomreaktorer på et skib, der vil flyve til den røde planet . [24] En anden sektor, der kunne drage fordel af ECO , ville være rumturisme . [21]

Noter

  1. ↑ Glaser, Peter E. Metode og apparat til at konvertere solstråling til elektrisk energi  //  United States Patent 3.781.647 : journal. - 1973. - 25. december.
  2. ↑ Space Future - Konceptuel undersøgelse af en solenergisatellit, SPS 2000
  3. ↑ Japan sender solenergi fra rummet på lasere - FoxNews.com
  4. ↑ Californien bygger verdens første rumkraftværk
  5. ↑ Månens ring
  6. ↑ Roskosmos Institute foreslår at engagere sig i energiproduktion i kredsløb
  7. ↑ [epizodsspace.no-ip.org/bibl/tm/1973/3/zolushka.html "Solæra" i energisektoren "Teknologi-ungdom" 1973 nr. 3, s.11, 26-27, 40, obl. .4 ]
  8. ↑ § 6. Orbitalkraftværker. Levantovsky V. I. Mekanik af rumflyvning i en elementær præsentation
  9. ↑ V. A. Griliches. Solar space power stations (L.: Nauka, 1986) og andre bøger
  10. ↑ http://www.ursi.org/files/Appendices070529.pdf
  11. ↑ Rumbaseret solenergi som en mulighed for strategisk sikkerhed
  12. ↑ Kraftværk i Jordens kredsløb
  13. ↑ LUNA RING/Shimizus drøm - Shimizu Corporation
  14. ↑ Forskere foreslår at lave kraftværker af månestøv
  15. ↑ Månebæltet vil transportere energi til Jorden langs strålen
  16. ↑ University of Houston: Tipark
  17. ↑ David R. Criswell - Publications and Abstracts
  18. ↑ 1 2 3 4 "Mit engagement med lasereffektstråler"
  19. ↑ Teknologier. Fotoceller af polysilicium
  20. ↑ Solpaneler med rekordeffektivitet
  21. ↑ 1 2 3 4 Mankins, John S. (2008). "Rumbaseret solenergi"
  22. ↑ 1 2 Solenergi fra rummet (utilgængelig forbindelse) . Hentet 30. marts 2011. Arkiveret fra originalen 18. marts 2010. 
  23. ↑ Gennady Malyshev. Orbitale kraftværker forblev på papiret på grund af manglen på orbitale forbrugere og uoverstigelige problemer med at dumpe energi til jordbaserede forbrugere . fra Nezavisimaya Gazeta , 24/01/2001 . Rumverden. Hentet: 10. januar 2011.
  24. ↑ et nyt kig på kosmisk energi (utilgængeligt link) . Hentet 30. marts 2011. Arkiveret fra originalen 26. oktober 2017. 

Links

Se også

 Kolonisering af rummet
Kolonisering
af solsystemet		 Kolonisering af rummet
Terraformning
Kolonisering uden
for solsystemet
Rumbebyggelser
Ressourcer og energi