Hiljuti toimus Colorados konverents "A New Generation of Suborbital Explorers", kus arutati eelkõige kosmose päikesejaamade ehitamise projekte. Ja kui varem keegi selliseid ideid tõsiselt ei võtnud, siis nüüd on need elluviimisele tõesti lähedal.

Nii valmistab USA Kongress ette plaani Ameerika järkjärguliseks üleminekuks fossiilkütustelt kosmoseenergiale. Projekti elluviimise eest vastutab spetsiaalselt loodud kosmoseosakond, selle töös hakkavad aktiivselt osalema NASA, energeetikaministeerium ja teised organisatsioonid.

Kuni käesoleva aasta oktoobrini peab justiitsministeerium esitama kongressile kõik vajalikud muudatused ja täiendused kehtivates föderaalseadustes, et alustada kosmose päikeseelektrijaamade ehitamist. Osana programmist esialgne etapp plaanitakse arendada tuumaenergiat kosmosemootorid kasutada kosmosesüstikuid kosmoselogistikaks ja orbiidil päikeseenergiapaigaldiste ehitamiseks.

Aktiivses arenduses on ka tehnoloogiad, mis suudavad päikesevalguse elektriks muuta ja selle Maale teleportida.

Eelkõige teevad California Tehnoloogiainstituudi spetsialistid ettepaneku valgustada planeeti orbitaalsete "lendavade vaipade" abil. Need on süsteemid, mis koosnevad 2500 paneelist paksusega 25 mm ja pikkusega 2/3 jalgpalliväljakust. Sellise jaama elemendid viivad orbiidile rakette, nagu NASA poolt väljatöötatav Ameerika üliraske kanderakett Space Launch System. Kosmoseelektrijaam luuakse California Tehnoloogiainstituudi ja Northrup Grummani vahelise partnerlusprojekti SSPI (Space Solar Power Initiative) raames. Viimane on järgmise kolme aasta jooksul investeerinud 17,5 miljonit dollarit, et arendada süsteemi põhikomponente. Algatust toetasid ka NASA Jet Propulsion Labi teadlased.

Caltechi professori Harry Atwateri sõnul, kes juhtis algatust Space Solar Power Initiative, muudavad "lendavad vaibad" päikeseenergia raadiolaineteks ja saadavad need maa peale. Energiat edastatakse radarisüsteemides kasutatava faasimassiivi põhimõttel. See võimaldab teil luua suvalises suunas liikuva voo.

Päikesepaneelid koosnevad plaatidest, mille suurus on 10x10 cm ja kaal umbes 0,8 g, mis tagab konstruktsiooni käivitamise suhteliselt madala kulu. Iga plaat edastab teisendatud energia autonoomselt ja kui üks neist ebaõnnestub, jätkavad ülejäänud tööd. Mitme eseme kaotsimineku tõttu päikesekiirte või väikesed meteoriidid ei kahjusta elektrijaama. Teadlaste arvutuste kohaselt on masstootmise korral sellisest allikast pärit elektrienergia maksumus väiksem kui kivisöe või maagaasi kasutamisel.

Maapealsete päikesepatareide osakaal üldises energiavarustuse bilansis paljudes maailma riikides kasvab. Kuid selliste elektrijaamade võimalused on piiratud: öösel ja tiheda pilvkattega kaotavad päikesepaneelid elektritootmise võime. Sellepärast ideaalne variant- paigutada päikeseelektrijaamad orbiidile, kus päev ei muutu ööks ning pilved ei tekita tõkkeid Päikese ja paneelide vahele. Elektrijaama kosmosesse ehitamise peamine eelis on selle potentsiaalne efektiivsus. Kosmoses asuvad päikesepaneelid suudavad toota energiat kümme korda rohkem kui Maa pinnal asuvad patareid.

Orbitaalelektrijaamade ideed on välja töötatud pikka aega, NASA ja Pentagoni teadlased on sarnase uurimistööga tegelenud alates 60ndatest. Varasem kehastus sarnased projektid takistab transpordi kõrge hind, kuid tehnoloogia arenguga võivad kosmoseelektrijaamad lähitulevikus reaalsuseks saada.

Neid on juba mitu huvitavaid projekte päikesepaigaldiste ehitamiseks orbiidil. Lisaks kosmose päikeseenergia algatusele arendavad ameeriklased orbitaalset päikesepaneeli, mis neelab päikesekiirgus ja edastavad raadiolainete abil elektronkiire Maa vastuvõtjasse. Arendustöö autoriteks olid USA mereväe uurimislabori spetsialistid. Nad ehitasid kompaktse päikesemooduli, mille ühel küljel on fotogalvaaniline paneel. Paneeli sees on elektroonika, mis muundab alalisvoolu signaali edastamiseks raadiosageduseks, teine ​​pool toetab antenni elektronkiirte Maale edastamiseks.

Arendustöö juhtivautori Paul Jaffe sõnul on mida madalam on energiat kandva elektronkiire sagedus, seda usaldusväärsem on selle edastamine halva ilmaga. Ja 2,45 GHz sagedusega saate energiat isegi vihmaperioodil. Päikesevastuvõtja annab energiat kõigi sõjaliste operatsioonide jaoks, umbes diiselgeneraatorid võib igaveseks unustada.

USA ei ole ainus riik, mis plaanib kosmosest elektrit saada. Äge võitlus traditsiooniliste energiaressursside pärast on sundinud paljusid riike otsima alternatiivsed allikad energiat.

Jaapani kosmoseuuringute agentuur JAXA on välja töötanud fotogalvaanilise platvormi Maa orbiidile paigaldamiseks. Installatsiooni abil kogutud päikeseenergia tarnitakse Maa vastuvõtujaamadesse ja muundatakse elektriks. Kollektsioon päikeseenergia viiakse läbi 36 tuhande km kõrgusel.

Selline süsteem, mis koosneb reast maa- ja orbitaaljaamad, peaks alustama tööd juba 2030. aastal, on selle koguvõimsuseks 1 GW, mis on võrreldav standardiga tuumaelektrijaam. Selleks plaanib Jaapan rajada 3 km pikkuse tehissaare, millele paigutatakse 5 miljardist antennist koosnev võrk, et muuta mikrolaine raadiolained elektriks. Arendust juhtinud JAXA teadlane Susumi Sasaki on kindel, et päikesepatareide kosmosesse paigutamine toob kaasa revolutsiooni energias, võimaldades aja jooksul traditsioonilistest energiaallikatest täielikult loobuda.

Sarnased plaanid on ka Hiinal, kes rajab Maa orbiidile rahvusvahelisest kosmosejaamast suurema päikeseelektrijaama. kogupindala päikesepaneelide paigaldamine on 5-6 tuhat ruutmeetrit. km. Ekspertide arvutuste kohaselt kogub selline jaam Päikesekiired 99% ajast ja kosmose päikesepaneelid suudavad toota pindalaühiku kohta 10 korda rohkem elektrit kui maapealsed analoogid. Eeldatakse, et maakollektorisse edastamiseks muundatakse toodetud elekter mikrolaineteks või laserkiireks. Ehituse algus on kavandatud 2030. aastaks, projekti maksumus on umbes 1 triljon dollarit.

Maailma insenerid hindavad võimalusi ehitada päikesekosmoseelektrijaamu mitte ainult orbiidile, vaid ka Päikesele lähemal asuvatele aladele, Merkuuri lähedale. Sel juhul vajavad päikesepaneelid peaaegu 100 korda vähem. Sel juhul saab vastuvõtvaid seadmeid viia Maa pinnalt stratosfääri, mis võimaldab tõhusat energiaülekannet millimeetri ja submillimeetri vahemikus.

Samuti töötatakse välja Kuu päikeseelektrijaamade projekte.

Näiteks Jaapani ettevõte Shimizu tegi ettepaneku luua päikesepaneelide vöö, mis ulatuks piki kogu Kuu ekvaatorit 11 tuhande km pikkuseks ja 400 km laiuseks.

See pannakse peale tagakülg Maa satelliit, nii et süsteem on pidevalt päikese kiirte all. Paneele on võimalik ühendada tavalisel viisil toitekaablid või optilised süsteemid. Toodetud elekter on plaanis edastada suurte antennide abil ja vastu võtta spetsiaalsete vastuvõtjate abil Maal.

Teoreetiliselt näeb projekt suurepärane välja, jääb üle välja mõelda, kuidas toimetada Maa satelliidile sadu tuhandeid paneele ja need sinna paigaldada, samuti kuidas toimetada Kuult energiat meie planeedile, kaotamata sellest olulist osa. teel: lõppude lõpuks peate läbima 364 tuhat km. Seega on Kuu elektrijaamade loomise ideed tegelikkusest liiga kaugel ja kui need realiseeruvad, siis väga aeglaselt.

Tatjana Gromova

Need on fotogalvaanilised muundurid – pooljuhtseadmed, mis muudavad päikeseenergia alalisvooluks. Lihtsamalt öeldes on need seadme peamised elemendid, mida me nimetame "päikesepaneelideks". Nende patareidega kosmose orbiidid tehismaa satelliidid. Selliseid patareisid valmistatakse siin Krasnodaris - Saturni tehases. Tehase juhtkond kutsus selle blogi autori vaatama tootmisprotsess ja kirjuta sellest oma päevikusse.

1. Krasnodari ettevõte on osa föderaalse kosmoseagentuuri struktuurist, kuid Saturn kuulub Ochakovo ettevõttele, mis selle tootmise 90ndatel sõna otseses mõttes päästis. Ochakovo omanikud ostsid välja kontrollpaki, mis läks peaaegu ameeriklastele. Ochakovo investeeris siia suur raha, ostis kaasaegsed seadmed, õnnestus säilitada spetsialiste ja nüüd on Saturn üks kahest Venemaa turu liidrist päikese- ja akupatareide tootmisel kosmosetööstuse – tsiviil- ja sõjaliste vajaduste jaoks. Kogu kasum, mille Saturn saab, jääb siia Krasnodari ja läheb tootmisbaasi arendamiseks.

2. Niisiis, kõik algab siit – saidil nö. gaasifaasi epitaksia. Selles ruumis on gaasireaktor, milles kasvatatakse germaaniumsubstraadil kolm tundi kristalset kihti, mis on tulevase fotoelemendi aluseks. Sellise paigalduse maksumus on umbes kolm miljonit eurot.

3. Pärast seda peab substraat rohkem läbi käima pikamaa: fotosilma mõlemale küljele kantakse elektrikontaktid (pealegi on tööpoolel kontaktil "kammmuster", mille mõõtmed on hoolikalt arvutatud, et tagada päikesevalguse maksimaalne läbilaskvus), peegeldusvastane kate ilmub aluspinnale jne. - kokku üle kahe tosina tehnoloogilise toimingu erinevaid installatsioone enne kui fotoelement saab päikesepatarei aluseks.

4. Siin on näiteks fotolitograafia paigaldamine. Siin moodustuvad fotoelementidel elektrikontaktide "mustrid". Masin teeb kõik toimingud automaatselt, vastavalt etteantud programmile. Siin on valgus sobiv, mis ei kahjusta fotoelemendi valgustundlikku kihti - nagu varemgi, kasutasime analoogfotograafia ajastul "punaseid" lampe.

5. Vaakumpihustamine koos elektronkiir rakendatakse elektrikontakte ja dielektrikuid ning peegeldusvastaseid katteid (need suurendavad fotoelemendi tekitatavat voolu 30%).

6. Noh, fotosilm on valmis ja saab hakata päikesepatarei kokku panema. Fotosilma pinnale joodetakse rehvid, et need seejärel omavahel ühendada ja neile liimitakse kaitseklaas, ilma milleta ei pruugi fotosilm kosmoses kiirgustingimustes koormustele vastu pidada. Ja kuigi klaasi paksus on vaid 0,12 mm, töötab selliste fotoelementidega aku orbiidil pikka aega (kõrgetel orbiitidel rohkem kui viisteist aastat).

6a

6b

7. Elektriühendus Omavahelised fotoelemendid viiakse läbi hõbedaste kontaktidega (neid nimetatakse varreks), mille paksus on vaid 0,02 mm.

8. Päikesepatarei poolt toodetava võrgu soovitud pinge saamiseks ühendatakse fotoelemendid järjestikku. Selline näeb välja seeriaühendusega fotoelementide osa (fotomuundurid - see on õige).

9. Lõpuks on päikesepaneel kokku pandud. Siin on näidatud ainult osa akust - paneel paigutuse vormingus. Selliseid paneele võib satelliidil olla kuni kaheksa, olenevalt sellest, kui palju võimsust on vaja. Kaasaegsetel sidesatelliitidel ulatub see 10 kW-ni. Sellised paneelid paigaldatakse satelliidile, need avanevad kosmoses nagu tiivad ja nende abiga vaatame satelliittelevisiooni, kasutame satelliit-Internetti, navigatsioonisüsteeme (Glonassi satelliidid kasutavad Krasnodari päikesepaneele).

9a

10. Kui kosmoselaev on Päikese poolt valgustatud, toidab päikesepatarei tekitatud elekter aparaadi süsteeme ning üleliigne energia salvestub akusse. Kui kosmoselaev on Maa varjus, kasutab kosmoselaev akusse salvestatud elektrit. Suure energiamahuga (60 Wh/kg) ja peaaegu ammendamatu ressursiga nikkel-vesinikakut kasutatakse kosmoselaevades laialdaselt. Selliste patareide tootmine on teine ​​osa Saturni tehase tööst.

Sellel pildil nikli-vesiniku kokkupanek aku produtsent Anatoli Dmitrijevitš Panin, Isamaa teenetemärgi II järgu medali omanik.

10a

11. Nikkel-vesinikakude monteerimiskoht. Aku täitmine on ettevalmistamisel korpusesse paigutamiseks. Täidiseks on eralduspaberiga eraldatud positiivsed ja negatiivsed elektroodid - neis toimub energia muundumine ja akumuleerumine.

12. Paigaldus elektronkiire keevitamiseks vaakumis, millega aku korpus on valmistatud õhukesest metallist.

13. Töökoja osa, kus akude korpuseid ja osi testitakse kõrge rõhu mõju suhtes.
Kuna energia kogunemisega akusse kaasneb vesiniku moodustumine ja rõhk aku sees suureneb, on lekketestimine aku tootmisprotsessi lahutamatu osa.

14. Nikkel-vesinikaku korpus on väga oluline detail kõigist kosmoses töötavatest seadmetest. Korpus on ette nähtud rõhule 60 kg·s/cm 2, katsetamise ajal tekkis rebend rõhul 148 kg·s/cm 2 .

15. Tugevust testitud akud täidetakse elektrolüüdi ja vesinikuga, misjärel on need kasutusvalmis.

16. Nikkel-vesinikaku korpus on valmistatud spetsiaalsest metallide sulamist ning peab olema mehaaniliselt tugev, kerge ja kõrge soojusjuhtivusega. Patareid on paigaldatud elementidesse ja ei puuduta üksteist.

17. Akud ja nendest kokkupandud patareid läbivad elektrikatsetused meie enda tootmisruumides. Kosmoses on võimatu midagi parandada ega asendada, seega testitakse siin kõiki tooteid hoolikalt.

17a

17b

18. Kogu kosmosetehnoloogia allutatakse mehaaniliste mõjude katsetele vibratsioonistendide abil, mis simuleerivad koormust kosmoselaeva orbiidile laskmisel.

18a

19. Üldiselt jättis Saturni taim kõige soodsama mulje. Tootmine on hästi organiseeritud, töökojad puhtad ja valgusküllased, inimesed kvalifitseeritud, selliste spetsialistidega on rõõm ja väga huvitav suhelda inimesel, kes on meie ruumist vähemalt mingil määral huvitatud. Lahkus Saturnist hea tuju- Alati on tore näha kohta, kus ei tegelda tühja lobisemisega ja pabereid ei nihutata, vaid tehakse päris tõsist äri, konkureeritakse edukalt teiste riikide samade tootjatega. Venemaal oleks seda rohkem.

Fotod: © drugoi

P.S. Ochakovo ettevõtte turunduse asepresidendi ajaveeb

Kuhu me CSE paigutame? Tõenäoliselt GSO-s. Teistel orbiitidel peate kas paigaldama vastuvõtjad üle kogu planeedi või kandma endaga kaasas hunnikut patareisid.

Me ei hakka veel fantaseerima, vaid tegeleme olemasolevate võimalustega

Plesetski kosmodroomilt pärit kanderakett Angara kannab GSO-le 3-4 tonni. Mida saab nendesse panna? Väga umbes 100 ruutu päikesepaneele. Pidevalt Päikesele keskendudes ja 20-protsendilise kasuteguriga saate välja pigistada 300 vatti ruutmeetri kohta. Oletame, et need lagunevad 5% aastas (ma loodan, et see ei üllata kedagi, et päikesepaneelid kosmoses kiirguse, mikrometeoriitide jms tõttu halvenevad).
Loendame: (100*300*24*365*20)/2=2 628 000 000 Wh.
Probleemi täieliku ulatuse mõistmiseks laske need megavatid ilma kadudeta Maale jõuda. Võim inspireerib, aga mis siis, kui me ei lenda kuhugi. Saadaval 300 tonni petrooleumi. Petrooleum on peaaegu bensiin. Ta teeb veel ühe oletuse ja võtab tavapärase gaasigeneraatori (200 kW 50 liitri kohta tunnis).
200000*300000/50=1 200 000 000 Wh
Mis juhtub: tühjendame raketist bensiini ja saame juba poole võimsusest.
Veel üks poolrakett on hõivatud vedela hapnikuga. Tahtsin arvutada jahutamist ja vedeldamist läbi soojusmahtuvuse, aga siis leidsin just internetis hinnaks 8200 rubla tonni vedela hapniku kohta. Kuna me saame omahinnas praktiliselt ühe elektri (olgu see siis 2 rubla kilovatt):
300 * 8200 * 1000/2 = 1 230 000 000 Wh
Vau, teine ​​poolaeg. Kasutegur juba 0%. Me pole raketti veel kokku lugenud.

Kuid me leiutame orbiidile omamoodi kasuliku koorma kanderakett

See tähendab, et me teavitame paneele kineetilisest energiast 10 km / s kujul:
3000 * 10000 2/2 \u003d 150000000000 J = 41 700 000 Wh
Tundub, et efektiivsus on 5000%, kuid on mõned probleemid:
- on ebatõenäoline, et mõni objekt piisavalt kõrgele visatakse, mistõttu tuleb osa massist ja energiast kulutada atmosfääri ületamiseks;
- kõik, mis ballistika seaduste kohaselt Maalt välja visatakse Maale ja tuleb tagasi, see tähendab, et teine ​​osa massist läheb perigee tõusule.
Lase tonn minna termokaitsesse. Arvutame orbiidi muutuse:
ΔV=juur((3,986ּ10 14 /42000000)(1+2*6000000/(6000000+42000000)))=3441 m/s
Parimad mootorid annavad impulsi 4500. Võtame Tsiolkovski valemi:
M lõplik =2000/eksp.(4500/3500)=572 kg
Ja võtame elektrilised rakettmootorid, hoog on 10 korda suurem ja meil on paneelid. Jah, aga paneelide olemasoleva võimsuse juures on tõukejõud millinewton ja üleminek võtab aastaid. Ja meil on maandumiseni aega vaid paar tundi.
Selle tulemusena: miinus mootor, paagid, ülekoormused - hea, kui saame sama palju.

Ja tõstame paneelid lifti

Idee on üldiselt hea. Kui tõstame koorma lihtsalt kõrgusele, siis arvestame potentsiaalse energia muutusega:
3000*9,81*36000000/3600 = 294300000 Wh
Kuidas lasti teavitada? Elektriülekande võimalused:
- Lifti enda juures. 36 000 km pikkuse juhi kadusid ja massi pole raske ette kujutada. Tahaks ise lifti ehitada.
- Laseriga – miinus märkimisväärne osa transformatsiooni massist.
- Tarnige teatud arv paneele traditsioonilisel viisil ja seejärel vabalt tõsta ülejäänud nöörile. Megavati võimsuse jaoks on vaja 3 km2 paneele. Sel juhul kulub lasti tõstmiseks kaks nädalat. Need. tõstame sama megavati aasta pärast.

Muud raskused

Kilomeetrite paneelide ja kosmoses päikeseenergia vastuvõtu efektiivsusega vabalt töötades räägivad haruldased autorid, kuidas nad kavatsevad paneele Päikesele orienteerida. GSO on paigal ainult Maa suhtes. Sellest tulenevalt vajame mehhanisme, kütust.
Samuti vajame Maal muundureid, hoidjaid, vastuvõtjaid. Kas ekvaatoril on palju tarbijaid? Kõrgepingeliinid pool palli. Kui see kõik korrutada ülesande täitmise mitte100% tõenäosusega, siis tekib küsimus, kes seda üldse teha saab?

Järeldused:

- Olemasolevate tehnoloogiatega on kosmose päikeseelektrijaama ehitamine kahjumlik.
- Isegi kui tõstate kõik kosmoselifti, tekib ehituse lõppedes küsimus, kuidas rikkis paneele kõrvaldada.
- Saate sobitada asteroidi Maa külge ja teha sellest paneele. Miski ütleb mulle, et selleks ajaks, kui me seda teha saame, pole enam vajadust Maale energiat edastada.

Siiski pole suitsu ilma tuleta. Ja näiliste rahumeelsete kavatsuste all võivad peituda hoopis teistsugused.
Näiteks lahingu ehitus kosmosejaam palju lihtsam ja tõhusam:
- orbiidi saab ja tuleb valida madalamaks;
- 100% tabamus vastuvõtjas on vabatahtlik;
- väga lühike aeg start-nupu vajutamisest kuni sihtmärgi tabamiseni;
- ala ei ole reostatud.

Siin on järeldused. Võib-olla sisaldavad arvutused vigu. Nagu ikka, kutsun lugejaid üles neid parandama.

Elekter on praeguse aja väga oluline ja vajalik ressurss. Hankimise allikad on mitmekesised ja rakendusala lai. Siiski on elektri rakendusala, mis on palju kaugemal kui Maa serv - see on kosmos. Päikeseenergia on kosmose elektrienergia allikas.

Idee kasutada päikeseenergiat väljaspool maad tekkis enam kui pool sajandit tagasi, esimeste tehissatelliitide startide ajal. Professor Nikolai Stepanovitš Lidorenko põhjendas tol ajal lõpmatute energiaallikate kasutamise vajalikkust ja võimalust kosmoselaevadel.

Seda tüüpi Energiat toodetakse päikesemoodulite abil. Kosmos ise on selles küsimuses suurepärane abimees, kuna päikesekiirgust, mis on päikesemoodulites fotosünteesi protsessiks nii vajalik, leidub rohkesti avakosmos ja nende tarbimist ei takistata.

Maalähedasel orbiidil päikesepaneelide kasutamise puuduseks võib olla kiirguse mõju fotoplaatide valmistamise materjalile. Tänu sellele negatiivset mõju toimub muutus päikesepatareide struktuuris, mis toob kaasa elektritootmise vähenemise.

Teaduslaborites üle kogu maa on praegu käimas sarnane ülesanne - päikeselt elektrienergia saamise täiustamine ja lihtsustamine mitte ainult kosmoses kasutamiseks, vaid ka selle maale ülekandmiseks. Lihtsalt mitte skaleerimiseks. eraldi maja või linnad, vaid kogu planeedi suuruses.

Selle töö põhiolemus on mõista päikeselt elektrienergia saamise põhimõtteid, teha eeldusi nende parandamiseks. Uurida päikesepatareide kasutamise võimalust kosmoses, arvestada teaduskoolide kaasaegseid saavutusi selles küsimuses, päikesepatarei kodus kokku panna, sellega katseid teha.

Päikesepatarei saab kodus teha fotodioodide abil.

Päikesepatarei abil saate kokku panna kõige lihtsamad vooluringid, lülitada sisse LED-i, elektroonilise kella.

Tööstusliku päikesepatarei kasutamine kuukulguri 1 mudeli loomiseks

Hoolimata asjaolust, et päikesepaneelid on aastaid olnud üks maakera energiaallikatest ja ainuke energiaallikas kosmoses, on veel mitmeid lahendamata probleeme. Kasutatud päikesepatareide taaskasutus, orbitaali loomine päikeseelektrijaam, meetodid elektri edastamiseks kosmosest maale.

Minu arvates on päikesepatareide loomiseks paljulubava materjalina orgaanilised ühendid - värvained.

Venemaa esimese presidendi B. N. Jeltsini nimelise Uurali föderaalülikooli töötajad tegelevad päikesepatareide orgaaniliste värvainete väljatöötamise ja sünteesiga. On avaldatud mitmeid artikleid, mis näitavad nende uuringute lubadust. Olles uurinud mitut värvainet, määrasin visuaalselt helendamisel heledaima. (Vedelikud kl päevavalgus ja seda valgustab sinine LED).

Värvainete kasutamine lahendab mingil määral ringlussevõtu ja nende hilisema kasutamisega kosmosesse toimetamise küsimused, kuid selle teooria puuduseks on see, et need materjalid puutuvad kokku agressiivse ruumiga ja neil on võrreldes ränist päikesepatareidega madal efektiivsus.

Füüsika on eksperimentaalne teadus ja tänu sellele see projekt, on hästi näha, et päikeseenergia elektrienergiaks muundamise parandamiseks on vaja värvaineid sügavamalt uurida.

Kõik kosmoseaparaadid, eriti need, mis on mõeldud pikaks missiooniks, peavad olema varustatud oma jõuallikaga. Praegu kasutatakse laialdaselt päikesepaneele, fotogalvaanilisi elemente ja termoelektrilisi generaatoreid. Peagi võidakse need aga asendada elektrodünaamiliste lõastussüsteemidega varustatud nanosatelliitidega.

Süvakosmose uurimine

Lähen autoga pikale teekonnale, üks olulisi aspekte bensiini kättesaadavust hakatakse pidevalt jälgima. Muidugi peate marsruudi hoolikalt arvutama, kuid põhiskeem on järgmine: niipea, kui selle number saab otsa, peate peatuma lähimas bensiinijaamas, varuma kütust ja sõitma edasi. Järgmise tanklani.

Raketid ja kosmoselaevad ei erine selles osas autodest – nad vajavad ka kütust. Kuid on üks "aga" - keegi pole veel kosmosesse bensiinijaamu ehitanud. Mis siis, kui seadet pole vaja lihtsalt Maa orbiidile viia, vaid selleks, et teha tõeliselt pikk teekond Päikesesüsteemist kaugemale?

Kui palju maksab paki kosmosesse saatmine?

Kui seate endale kunagi sellise eesmärgi, on probleemi lahendamiseks tõesti vähe võimalusi. Esiteks võite ohverdada pardal kõikvõimaliku varustuse ja saata kosmosesse tõeliselt suure kütusevaru. Pigem on see veelgi tõenäolisem lihtsalt hiiglaslik lendav kütusepaak – seda läheb vaja nii palju.

Kahtleme, et see meetod teile meeldib - iga lisakilogramm raketi väljalaskmisel maksab teile väga-väga kallis. Täpsemalt umbes kümme tuhat eurot. Kosmoselaevad Voyager 1 ja Voyager 2, mis kuuluvad niinimetatud "süvakosmose sondide" - kosmosejaamad, mis uurivad süvakosmoset - ader Päikesesüsteem juba nelikümmend aastat. Kogu sooviga saata piisavalt kütust selliste tõsiste missioonide jaoks, ei saa te seda elementaarsetel majanduslikel põhjustel teha. Jah, ja pole vaja rääkida sellise käivitamise teaduslikest eelistest, kui sellistest seadmetest nagu kaamerad, vastuvõtjad ja teabeedastajad tuleb maksimaalselt loobuda.

"Mida sa mõtled, et sa pole Alpha Centauris käinud?"

Kosmose tankimise tehnoloogiad on olemas ja neid on üldiselt kasutatud juba mõnda aega. Kütust tarnitakse orbiidil olevatesse kosmosejaamadesse ja isegi üksikutele satelliitidele, kuigi seda on juba palju keerulisem teha. Igal juhul räägime objektidest, mis on Maa orbiidil. Kui olete oma koduplaneedi gravitatsioonist üle saamas ja süvakosmosesse suundumas, ei tule tankimine kõne allagi. Kosmose bensiinijaamad on endiselt palju Ulme, tegelikkuses on see nii tehnoloogiliselt kui majanduslikult keeruline ja äärmiselt kahjumlik. Ja kliente jääb väheks.

Jääb viimane, kolmas variant, kus "iga mees enda eest": genereerite oma kosmoselaeva pardal energiat kuidagi ise.

Einsteini pärand

Päikesepaneele kasutatakse satelliitidel madalatel Maa orbiitidel, mille kõrgus planeedi pinnast on vahemikus 160 km kuni 2000 km, või geosünkroonsetel orbiitidel, kui satelliidi pöördeperiood ümber Maa on võrdne ööpäevaga. kasutatakse päikesepaneele. Nende töö põhineb fotogalvaanilisel (nimetatakse ka fotogalvaaniliseks) efektil, mille tõttu tekib valguse tabamisel teatud aineid elektrivool.

Fotogalvaaniliste võrkude võimsus on vahemikus 100 vatti kuni 300 kilovatti ja on suhteliselt odav energiaallikas, mille kasutamisel kehtivad minimaalsed ohutusnõuded.

Kõikjal esinev kiirgus

Esimest korda kasutati fotogalvaanilist energiat 17. märtsil 1958, kui kuue satelliit Avangard-1 orbiidile lasti. päikesepaneelid pardal. Nad töötasid rohkem kui kuus aastat, tootes 1 vatti võimsust. Samal ajal oli nende akude kasutegur ehk toodetava energia suhe kogusesse, mida saab reaalselt seadmete toiteks kasutada, vaid 10%.

Fotogalvaanilised elemendid tuleks paigaldada nii, et need katavad võimalikult suure osa satelliidi pinnast. Nende asukohta Päikese suhtes tuleb pidevalt jälgida - soovitav on alati jääda langeva kiirgusega risti, kuna sel viisil on tekkiv vool suurim.

Samuti on oluline arvutada, et Päikesel viibimise aja jooksul on satelliidil aega koguda piisavalt energiat: 40-45% kogu orbiidil liikumise ajast on seade Maa varjus ega suuda voolu tekitada. . Üldiselt mõjutavad akude efektiivsust paljud tegurid, näiteks sõltuvus temperatuurist, kaugus tähest, elektroonika lagunemine pideva kiirguse toimel – neid kõiki tuleb konkreetset tüüpi fotogalvaaniliste elementide valimisel arvestada.

Meie päikese soojus

Kosmoselaevad kasutavad soojuse elektriks muundamiseks kahte tüüpi seadmeid: staatilist ja dünaamilist. Staatilised termoelektrilised generaatorid põhinevad tavaliselt radioaktiivsel allikal. Dünaamilistes termoelektrilistes generaatorites, mida kasutatakse aktiivselt aastal satelliitsüsteemid GPS, kasutage leeliselisi elektrokeemilisi elemente.

Keskmiselt seda meetodit energia tootmine seisneb Seebecki efektis. Ilmub siis, kui kaks mitmesugust materjali, olles samas ka juures erinevad temperatuurid. Nende erinevuste tõttu toimub elektronide voog kuumemast otsast vähem kuuma otsa – saame elektrivoolu. Seadet ennast energia tootmiseks nimetatakse termopaariks või termopaariks.

Seebecki efektil on ka vastupidine nähtus, Peltieri efekt, mille puhul elektrivoolu läbimisel kahe juhi või pooljuhi sulamit ühes suunas ristmik kuumeneb, teises aga jahtub. Peltieri efekti kasutatakse kosmoses elektroonikaseadmete jahutamiseks: vaakumis konvektsiooni puudumise tõttu osutub see üsna problemaatiliseks ülesandeks.

Seebecki ja Peltieri efektide kasutamiseks on loomulikult vaja soojusallikat. Selleks on NASA spetsialistid välja töötanud standardiseeritud radioisotoobi termoelektrilise generaatori, mis töötab plutoonium-238 poolväärtusajaga 87,7 aastat. peal Sel hetkel 41 sellist generaatorit kasutatakse 23 kosmoseaparaadil, võimsusega 2 kuni 300 vatti. Radioaktiivsete isotoopide kasutamise peamine puudus on saastumise võimalus keskkond kui alustada missioonid mööduvad edutult.

Kui GPS ei tööta, on süüdi SAMTEC

Dünaamilised elektrigeneraatorid peaksid muutuma tõhusamaks. Nende peamine erinevus staatilistest on viis, kuidas mehaaniline energia muundatakse elektrienergiaks. Kui termoelektrilistes elementides muundatakse soojus otse elektriks, siis elektrokeemilistes kontsentratsioonielementides kasutatakse selleks naatriumauru paisumisenergiat.

AT GPS-satelliidid Kasutusele võeti uue põlvkonna termoelektrilised muundurid, nagu Solar AMTEC (päikese leelismetalli termiline muundamine elektriliseks muundamiseks – päikesesoojusenergia muundur leelismetallidel põhinev elektrienergia) või lühidalt SAMTEC.

SAMTECi generaatorites soojendab päikesevastuvõtja vedela naatriumi reservuaari, mis aurustub. Naatriumi aur juhitakse läbi spetsiaalse membraani, mis eraldab gaasi kõrgsurve(temperatuur 800-1000 o C) madalrõhugaasist (temperatuur 200-300 o C). Rõhu erinevuse tõttu kogunevad filtri ühele küljele positiivselt laetud naatriumioonid, teisele aga negatiivselt laetud elektronid. Tekkiv potentsiaalide erinevus võib tekitada ühendatud välisahelas elektrivoolu.

SAMTEC elementide efektiivsus on 15-40%, samas kui kasutusiga on 10-12 aastat ilma jõudluse halvenemiseta ruumis pideva kiiritamise tingimustes. Tekkiv võimsus võib varieeruda mõnest vatist kilovatini.

kosmilised filamendid

Kosmoseköis on õhuke metallist köis, mis on kinnitatud orbiidil või suborbitaalsel kosmoselaeval – raketi, satelliidi või kosmosejaama külge. Kosmosekaablite pikkus varieerub mõnest meetrist kümnete kilomeetriteni (maailmarekord on veidi üle 32 kilomeetri). Köied on valmistatud spetsiaalselt vastupidavad materjalid suudab taluda suuri koormusi.

Ruumikinnitussüsteemid jagunevad kahte kategooriasse – mehaanilised ja elektrodünaamilised. Esimese kategooria kaableid kasutatakse eelkõige kiiruste vahetamiseks ja erinevate ühendamiseks kosmoselaevüksteist liikuma ühena.

Elektrodünaamiliste kaablisüsteemide jaoks kasutatakse spetsiaalseid materjale, mis pole mitte ainult vastupidavad, vaid ka juhtivad (tavaliselt alumiiniumist või vasest). Kui sellised kaablid Maa magnetväljas liiguvad, mõjutab metallide vaba laenguid elektromotoorjõud, mis tekitab elektrivoolu. Sellele protsessile aitavad kaasa ka ruumis esinevad erineva tiheduse ja omadustega ioniseeritud gaasi piirkonnad ning ionosfääri olemasolu Maa enda lähedal.

Eksperimentaalselt kontrollitud arvsimulatsioonid on näidanud, et suure satelliidi puhul suudab kümne kilomeetri pikkune elektrodünaamiline lõas tekitada keskmise võimsuse 1 kilovatt energia muundamise efektiivsusega 70–80%. Sellise pikkusega alumiiniumist rihm kaaluks vaid 8 kilogrammi, mis on keskmise orbiidi kaaluga võrreldes tühine.

Nanolaev

Kosmosegeneraatoreid on arendatud ja uuritud aastakümneid. Need on teoreetilisest vaatenurgast hästi kirjeldatud ja alluvad kõige ekstreemsematele maapealsetele tingimustele – kuid samal ajal on "maaväliste" energiaallikate areng palju aeglasem kui nende maapealsetel analoogidel. hämmastaval moel, tehnoloogia esirinnas olev kosmosevallutamine osutub väga-väga konservatiivseks valdkonnaks, kus uute arenduste juurutamine on paljude riskide ja majanduslike põhjuste tõttu haruldane.

Kuid me oleme täiesti uue nanosatelliitide välja ja isegi palju väiksemate satelliitide koidikul. Need võivad olla kosmoselõa süsteemide aluseks ja palju selliseid seadmeid korraga kosmosesse lennutades suudame toota palju rohkem elektrit. Võib-olla peavad just nemad tegema pöörde energia tootmises kosmoses, laiendama kosmoselaevade tehnoloogilisi võimalusi ja pikendama nende tööaega.