Űrenergia Az űrenergia az alternatív energia egyik fajtája, amely magában foglalja a napenergia felhasználását elektromos áram előállítására – bemutató. Űrenergia Az űrenergiában használt technológiák

Húsz évvel később

Technikai előnyök

Oroszországnak van egy másik technológiai előnye is

Várjuk észrevételeiket.

A 90-es évek elején Oroszország kidolgozta a napenergia-űrkutatás koncepcióját. Előírta, hogy a 2020-2030. 10-30 napelemes állomás épül alacsony Föld körüli pályán, amelyek teljes vételi teljesítménye elérheti a 2,5 GW-ot. 2050-2100 között az állomások számát 800-ra tervezték növelni, amelyek összteljesítménye ezer Dnyeper vízerőmű (960 GW) lesz. De a globális gazdasági válság tönkretette ezeket a terveket.

Húsz évvel később

Húsz év alatt a napenergia állapota drámaian megváltozott. A napelemek jelentősen olcsóbbá váltak, miközben hatékonyságuk és hatásfokuk nőtt. Ilyen körülmények között ismét feltámadt a napelemes űrállomások iránti érdeklődés. Szakértők szerint most alakul ki az űrvillamosság piaca. Ennek több oka is van:

környezetbarát (nem káros kibocsátás),

alacsony villamosenergia-költség (bár hatalmas kezdeti költségekkel),

függetlenség a véges természeti erőforrásoktól.

Oroszországnak pedig egyedülálló esélye van arra, hogy vezető szerepet töltsön be ezen a területen.

Technikai előnyök

1993-ban egész Európát meglepte egy hatalmas (a Hold méretű) „napsugár”, amely gyorsan átsuhant az egész kontinensen. Az egyedülálló Znamya projekt zseniális megvalósítása volt. Egy kapszulát szállítottak az űrbe, amelybe egy napelemes reflektor „vászonvászon” volt csomagolva. A pályán a reflektor teljes gigantikus szélességében kibontakozott, míg a 300 m2-es terület 2 mm vastag volt és mindössze 4 kg volt.

A világon senki másnak nem sikerült ezt megismételnie. Ma már csak Oroszország birtokolja ezt a technológiát és a szabadalmat.

Más „űr” fejlesztők, a japánok és az amerikaiak szívesebben dolgoznak „földi módon” - több száz és több ezer négyzetméteres merev szerkezeteket szerelnek össze.

Oroszországnak van egy másik technológiai előnye is

Az űrből származó energia kétféleképpen továbbítható: mikrohullámú rádióhullámok és lézerek. A mikrohullámú sugár átmérője a Föld felszínén 20 km, a lézeré 40 m. Kiderült, hogy a lézer használata sokkal hatékonyabb.

Hazánk ma világelső a lézergyártásban, a teljes mennyiség 70%-át állítja elő.

A fejlett lézertechnológia és a keret nélküli napelemek telepítésének egyedülálló technológiájának birtoklása Oroszországnak lehetőséget ad arra, hogy ne csak az első legyen a napelemes térenergia fejlesztésében és a földre történő átvitelben, hanem a legalacsonyabb anyagköltségekkel is.

Köszönöm, hogy a végéig elolvastad.

Várjuk észrevételeiket.

Amikor az űrről beszélünk, nagyon könnyű elragadtatni magát, és túl messzire megyünk a sci-fi birodalmába. Ha azonban ma katasztrofálisan kevés forrást szánnak az űrenergiára, néhány újítás hatása a közeljövőben elérhető lesz.

Lehet, hogy sokan nem veszik észre, de az űr tiszta energiájával kapcsolatos kutatások még mindig folynak, bár nem olyan mennyiségben, ahogyan azt mindenképpen megérdemelnék. Több évtized, többmilliárdos befektetés és néhány technológiai áttörés után gyakorlatilag korlátlan mennyiségű energiatartalékhoz juthatunk majd Napunkból és esetleg az Univerzumból.

Lehet, hogy számodra túlzásnak tűnik, de még a hétköznapi fantáziák is nagyon szórakoztatóak lehetnek ebben a témában. Hét tényt mutatunk be az űrenergiáról.

Egy tény.

A NASA már több évtizede ismételgeti a napenergia közvetlenül az űrből történő hasznosításának fontosságát. Pontosabban: 1970 óta, 10 évvel az Apollo 11 Holdraszállása után, a NASA bejelentette, hogy hatalmas naperőművet építenek a Föld műholdjára. A holdállomásnak a fosszilis erőforrások kimerülése után kellett volna elegendő energiát biztosítania a Földnek. Ez az ötlet meg nem valósult, de a szakértők abban bíznak, hogy a tervet a legnagyobb körültekintéssel dolgozták ki, és némi finomítás után életre is lehet váltani.

Kettő tény.

A napelem hatásfoka meredeken csökken, ahogy a napelemeken áthaladó hő mennyisége nő. Az űrben az alacsony hőmérséklet mellett kiderül, hogy a túlmelegedés is gondot okoz. A stanfordi tudósok azonban új technológiát vezettek be az akkumulátorok előállítására. Vékony szilícium-dioxid filmet helyeztek el a napelemek felületén, amely visszaveri az infravörös sugárzást, miközben átengedi a napfény többi spektrumát. A fejlesztők szerint ez a technológia lehetővé tette az akkumulátor 23 Celsius-fokra való lehűtését és a fotocellák hatékonyságának jelentős növelését.

Három tény.

A kutatók továbbra is dolgoznak a napelemeken, amelyeket a jövő bolygóközi repülései során használnak fel. Az Arkansas Egyetem tudósai az űrben használható fotovoltaikus technológia következő generációjának kifejlesztésén dolgoznak. Egy kapcsolódó NASA-projektet nemrégiben fogadtak el egyetemi tudományos programként. Azt mondta, hogy az új technológiáknak javítaniuk kell a napelemek teljesítményét, segítve a NASA-t, hogy áttörést érjen el 15 éves kutatás során, és a napelemek hatékonyságát az elnyelt energia 45 százalékára növelje. Emellett az egyetemi fejlesztések célja a gyártási költségek csökkentése és a napelemek sugárzásállóbbá tétele.

Négyes tény.

Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma aktívan fejleszt egy külön internetes projektet, amelynek célja a napenergia űrből való kinyerése. Ennek az oldalnak a fő koncepciója a napelemek elhelyezése az űrben, ami lehetővé teszi számukra, hogy függetlenek legyenek a nappali és éjszakai ciklustól, valamint az időjárási viszonyoktól és a felhőzettől a Földön.

Ötös tény.

A tudósok általános elveket dolgoztak ki egy űrben működő naperőmű működésére, és munkahipotéziseket fogalmaztak meg a keletkező elektromosság Földre továbbítására. Tavaly az amerikai haditengerészeti kutatólaboratórium bejelentette, hogy Dr. Paul Jaffe űrhajós mérnök modellt épített a napenergia rögzítésére és továbbítására. Az ötlet az, hogy egy pályára állított műhold sokkal olcsóbb áramot tud továbbítani a Földre. Jaffe elmagyarázta a napelemes „szendvicsmodul” működését: A napenergia a pályán elektromos energiává alakul. A keletkező elektromos energiát ezután rádiófrekvenciás impulzussá alakítják, és a Földön lévő vevőhöz továbbítják. Ez viszont a rádióimpulzust elektromos árammá alakítja, és napenergiát bocsát ki a hálózatba.

Hat tény.

Kína működő naperőművet kíván építeni a világűrben. Az év elején kínai tudósok bejelentették, hogy megkezdték egy ilyen állomás építését a magas Föld körüli pályán, és azt tervezik, hogy 2030-ra befejezik az összes rendszer tesztelését. A kínai kommunisták azt tervezik, hogy 2050-ben kezdik meg a naperőmű kereskedelmi üzemeltetését. Kijelentették, hogy rendelkeznek a technológiával ahhoz, hogy energiát vigyenek át az űrből a Föld felszínére.

Hetes tény.

Japán sikeresen tesztelt egy olyan rendszert, amely képes napenergiát továbbítani az űrből a Földre. A Mitsubishi Heavy Industries egy olyan rendszert tesztelt, amely az űrrendszerekből származó napenergiát sugározza, és kimutatta, hogy mikrohullámú sütővel 10 kilowattot küld a hegyekben található vevőkészülékre. Bár a cég úgy döntött, hogy nem közli, hogy az elküldött energia hány százalékát vették át és alakították át elektromos árammá, azt a tényt, hogy az energiát az űrből továbbították, rögzítették.

A munkacsoport ülésének munkáját a következő üléseken tárgyalt kérdések megvitatása előzte meg: első kerekasztal a villamos energia vezeték nélküli átviteléről a Földön és az űrben az Állami Duma Energiaügyi Bizottságának elnökének vezetésével. az Orosz Föderáció Szövetségi Közgyűlésének határozata (2012. november 21.); IV. Nemzetközi Fórum „Energiatakarékosság és energiahatékonyság – Fejlesztési Dinamika” (Szentpétervár, 2014. október 7-10.); XIV. Moszkvai Nemzetközi Energiafórum „Orosz üzemanyag- és energiakomplexum a 21. században” (2016. április 19-20.).

A legutóbbi találkozón megállapították, hogy az 1970-es években a szovjet űrenergia világelső volt. Az elmúlt 20-25 évben azonban Oroszországban ez az iparág elmaradt a világszinttől.

Ez azért történt, mert ebben az időszakban a hazai űrenergia a „szükséges és elégséges” elve szerint fejlődött. Az irány alapjait nagy tudósok és mérnökök tették le, akik már elhagyták ezt a világot (S. P. Kapitsa, B. E. Chertok, A. G. Iosifyan, N. S. Lidorenko, V. A. Vanke stb.). Utánuk az űrenergia, mint külön terület, mondhatni elárvult – sem az orosz energiaügyi minisztérium, sem a Roszkoszmosz nem vett részt a hosszú távú fejlesztésében. De az asztronutika további fejlesztése elkerülhetetlenül megawatt teljesítményt igényel. A hazai űrenergia-iparnak készen kell állnia a haladás e mérföldköveire, mivel az Orosz Föderációnak továbbra is vezető űrhatalomnak kell maradnia.

Az integrált űrenergia a következő három technikai eszközszegmenst foglalja magában: űrnaperőmű (CSPS), egy vezeték nélküli elektromos energia átviteli csatorna, valamint fogadó, átalakító és gyűjtő rendszerek. Az Orosz Tudományos Akadémia, a Roszkoszmosz és a vezető oroszországi egyetemek számos vállalkozása azon dolgozik, hogy javítsa ezen szegmensek hatékonyságát.

A RAS-tól az Orosz Föderáció Állami Duma Szövetségi Közgyűlésének helyettese, I. D. Gracsev mellett működő Tudományos Tanácsadó Tanács „Űrenergia” szakértői részlegével és a MIREA-vel együtt az N. M. Emanuelről elnevezett Biokémiai Fizikai Intézet vesz részt ebben a munkában. az űrenergia fejlesztésével kapcsolatos munka koordinátoraként.

Azt is meg kell jegyezni, hogy az energiaátalakítási folyamat (nap- vagy nukleáris) áthelyezése a Föld bioszféráján kívülre jelentősen csökkenti a bioszféra terhelését, és különösen az üvegházhatás csökkenéséhez vezet. Az ilyen energiaellátás környezeti következményei lényegesen alacsonyabbak, mint a hagyományos energiaforrások, így a hő-, atom- és vízerőművek használatának következményei.

A naperőművek űrbe helyezése lehetővé teszi, hogy éjjel-nappal a megfelelő helyen kaphassák az áramot. Az erőátviteli csatorna az űrerőmű legfontosabb szegmense, a vezeték nélküli energiaátvitel pedig rendkívül nagy kihívást jelent a modern technológia számára. A világ minden fejlett országában, beleértve az Orosz Föderációt is, projektek készülnek egy ilyen, mikrohullámú és lézersugárzáson alapuló csatorna megvalósítására (1. táblázat).

A találkozó során Alekszandr Szigov, az Orosz Tudományos Akadémia akadémikusa, a Moszkvai Állami Rádiótechnikai, Elektronikai és Automatizálási Intézet elnöke ismertette gondolatait a KSES gyakorlati létrehozásának problémájának megoldási megközelítéseiről, figyelembe véve a valóságot. Ma; Ivan Redko, a műszaki tudományok doktora, professzor, az N. M. Emanuel RAS-ról elnevezett Biokémiai Fizikai Intézet igazgatóhelyettese; Dmitrij Airapetyants, a moszkvai régió energiaügyi miniszterhelyettese; Rashid Artikov, az NP "Oroszországi Hőellátás" vezérigazgató-helyettese; Szergej Nekhaev, a „Fenntartható Fejlődés” Nemzetközi Közszervezet és a „SoCommunications” közösség igazgatótanácsának elnöke, Vlagyimir Matyukhin, a műszaki tudományok doktora, professzor, a MIREA Aerospace Power Fotonikai Központ vezetője; Viktor Zaichenko, a műszaki tudományok doktora, az Orosz Tudományos Akadémia Magashőmérsékleti Közös Intézete laboratóriumának vezetője; Igor Kostin, az Econorm LLC kereskedelmi igazgatója; Alla Zakharova, az MKS Group of Companies üzletágának vezetője és más szakemberek.

A kerekasztal résztvevői rámutattak a következőkre: környezetvédelmi technológiák létrehozása az éghajlat stabilizálása és az olajcsere biztosítására, elsősorban Oroszország távoli régióiban; az Orosz Föderáció globális repülési, valamint aszteroida és meteorit biztonsági rendszerének megszervezése.

Az űrben lévő naperőműveknek a következő alapkoncepciói vannak: KSES-en alapuló, alacsony földi pályán található (az oroszországi S. A. Lavochkinről elnevezett NPO javaslata); a Lagrange pontokon található KSES alapján (az RSC Energia projektje, Oroszország); geostacionárius pályára helyezett KSES alapján (TsNIIMash projekt, Oroszország; SolarBird projekt, Japán; KSES a 2007-es Pentagon program keretében, USA; Solaren projekt, USA; holdi naperőművek (Lunar Space Solar Power Station – LSES) pályaismétlőket használva energia (Keldysh Center, Oroszország); Criswell koncepció, USA; LSES-en alapul, közvetlen energiaátvitellel (a Shimizu Corporation, Japán ajánlata).

A munkacsoport ülésének célja az ipar, az Orosz Tudományos Akadémia és az egyetemek erőinek konszolidálásához szükséges feltételek megteremtése. Az ilyen konszolidáció kiküszöböli a fő problémákat, valamint megoldja az űrenergia fő feladatait:

• áttörést jelentő technológiák létrehozása nagy teljesítményű információ- és energiaáramlások vezeték nélküli transzkontinentális szállítására a sztratoszférikus és az űrutakon az ország területe felett;
• napelemes űrrepülési erőmű demonstrációs modelljének elkészítése lézervonalakon keresztül történő távoli energiaátvitellel;
• stratégiailag fontos földi, légi és űrobjektumok vezeték nélküli tápellátása;
• magas információs távközlési rendszerek felgyorsítása az ország északi és más nehezen elérhető régióiban;
• a regionális biztonság figyelemmel kísérése, beleértve a különösen fontos létesítmények (szárazföldi és úszó atomerőművek, úszó gáz- és olajplatformok, fővezetékek stb.) biztonságát;
• 1-10 GW teljesítményű sztratoszférikus és űrnaperőművek létrehozása vezeték nélküli villamosenergia-átvitellel a földi fogyasztókhoz. Így a vezeték nélküli energiaátviteli rendszerek fejlesztése radikálisan befolyásolhatja az oroszországi élet meghatározó aspektusait. Ezek az energiaellátás, az energia- és környezetbiztonság, a védelmi képesség és az informatizálás.

Várhatóan, miután fejlesztése során magának az űrtechnológiának a presztízsét emelte az ország legfontosabb társadalmi-gazdasági problémáinak megoldásában, ez a technológia egy olyan sikeres hazai iparághoz lesz hasonlítható, mint az atomenergia.

Ennek az iránynak a fejlesztésének relevanciáját az a tény is megerősíti, hogy Japán elfogadta a „birodalmi” programot a KSES létrehozására, amely összehasonlítható a Szovjetunió atombomba létrehozásának programjával. A program a legmagasabb állapotú és prioritású. A KSES létrehozásának időkerete a tervek szerint 2025. A projektet egy kormányhivatal, a Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) hajtja végre. Finanszírozás - 21 milliárd dollár Az erőmű tervezett teljesítménye - 1 GW. A napelem tömb területe 4 km 2. A projekt megvalósítására a japán kormány konzorciumot hozott létre a Mitsui, Mitsubishi, NEC, Sharp, Hitachi és más cégek alapján. Két technológiai lehetőséget fontolgatnak: a napenergia közvetlen átalakítása lézersugárzássá (Fresnel lencsék és NiYAG lézer használatával), valamint a napenergia átalakítása mikrohullámú sugárzássá. A japán űrenergia-rendszer (Space Solar Power System, SSPS) körülbelül 4-6 km 2 területű napelemmező telepítését biztosítja geostacionárius pályán. Az általuk megtermelt energiát mikrohullámú sugárzás vagy nagy teljesítményű és rendkívül hatékony lézer szállítja lefelé. Egy ilyen rendszer átlagos kimeneti teljesítményének 1 GW-nak kell lennie („földön”, figyelembe véve az űrből történő átvitel során keletkező összes veszteséget), a csúcsteljesítménynek 1,6 GW-nak kell lennie. A mikrohullámú elektronika jelenlegi fejlettségi szintje lehetővé teszi, hogy a mikrohullámú energia átvitelének meglehetősen magas hatékonyságáról beszéljünk a mikrohullámú sugárral a geostacionárius pályáról a Föld felszínére - körülbelül 70-75%. A Földön található egyenirányító antennának (rectenna) a lehető legnagyobb hatékonysággal kell kapnia a mikrohullámú energiát a CSP-től. Az egyik szerkezet ellipszis alakú, nagytengelye 13 km, kistengelye 9,5 km. A beeső mikrohullámú sugárzás sűrűsége középen 25 mW/cm 2 , a periférián 1 mW/cm 2 -ig terjed. A kapott energia egyenárammá alakítása a rectennába épített elemekben történik. Különféle mikrohullámú frekvenciákat vettek figyelembe és javasoltak számos WPT tanulmányban és demonstrációban: 2,45; 5,8; 8,51; 35; 94; 140 és 170 GHz. A mikrohullámú frekvencia megváltoztatásakor a vevő rectenna mérete 10 km-től 150 m-ig változhat, a mikrohullámú energiasűrűség pedig 10 W/cm 2 -re emelkedhet.

Az űrerőmű amerikai változata az SPS-ALPHA (Solar Power Satellite via Arbitrarily Large PHased Array). Megtestesült formájában a rendszer egy óriási kozmikus „virág”, és egy tükrös antennatömb, amelynek helyzete egyénileg állítható. Ennek a „virágnak” a hátoldala egy fotovoltaikus panelkészlet. A hátoldalán, a Föld felé irányítva számos mikrohullámú adó-adó található, amelyek több tíz-ezer (!) megawatt teljesítménytartományban küldenek energiát a Földre mikrohullámú sugárzás formájában.

A finanszírozás volumene és a külföldön végzett munka nagysága alapján Oroszország számára az űrenergia-piac elvesztésének lehetősége vetődött fel, ami katasztrofális következményekkel jár. Oroszország számára elfogadhatatlan, hogy egy ilyen fontos és ígéretes területen hiányzik a paritás a külfölddel.

A találkozó résztvevői felhívták a figyelmet arra is, hogy a KSES projektek fejlesztése közvetlenül az űrkorszak kezdete után kezdődött. Mint már említettük, az Egyesült Államok és Japán jelenleg aktívan fejleszti a gigawatt szintű CSPP-ket az „űrvillamos” piac elindítása érdekében, ami megváltoztathatja a nemzetközi energiapiacot, különösen csökkentheti az orosz természeti erőforrások iránti keresletet, valamint fenyegetést jelent energiájára és nemzetbiztonságára. Különösen a mikrohullámú sugárzás frekvenciájának tíz és száz gigahertzre emelésével alapvetően lehetséges a légkör felső rétegeiben különböző természeti jelenségek előidézése.

Orosz szakértők a CSES tervezésének egészének jelentős egyszerűsítését javasolják, csökkentve annak költségeit, növelve a megbízhatóságot és a hatékonyságot. A projektmenedzsment hatékonyságának és eredményességének növelése érdekében a megvalósítás három szakaszban javasolt. Ezen túlmenően az űrenergetikai fejlesztés első szakaszában javasolják az „50 kW teljesítményű repülőgép-naperőmű demonstrációs prototípusának létrehozása lekötött léggömbök alapján” projekt bevezetését azzal a céllal, hogy kialakítsák a szükséges tudományos ismereteket. és műszaki megoldásokat és hazai tapasztalatokat szerezve azok megvalósításában a jövőbeni gigawatt-osztályú AKSES létrehozásához. Ugyanakkor az AKSES egy multifunkcionális energiatechnológiai komplexum (MEC) része, amely a fő erőművekből áll: gázdugattyús erőmű, biomasszából generátorgázt előállító modul, kogenerációs modul, automatikus vezérlőrendszer. és egy elektromos átalakító modul.

A projekt első szakaszának lebonyolításának felgyorsítása érdekében a találkozó résztvevői egyöntetűen arra a véleményre jutottak, hogy egy-egy IEC-modul kidolgozását és bevezetését saját tapasztalatai alapján mindenki vállalhatja. Többoldalú megállapodást kell készíteni az első, 50 kW teljesítményű repülőgép-naperőmű megépítéséről, valamint fellebbezést kell benyújtani az Orosz Föderáció elnökéhez a projekt második és harmadik szakaszának finanszírozásáról.

A jelentések meghallgatása és megvitatása után a munkacsoport tagjai úgy döntöttek:

2. Tegyen javaslatot az ország vezetése számára, hogy fontolja meg a pénzügyi források elosztásának kérdését a „Solar Aerospace Energy Oroszországban” nemzeti program fejlesztésére.

3. Támogassa Alekszandr Szigovnak, az Orosz Tudományos Akadémia akadémikusának, a Moszkvai Állami Rádiótechnikai, Elektronikai és Automatizálási Intézet elnökének kezdeményezését az űrenergia fejlesztésének „útvonaltervének” kidolgozására.

4. Az N. M. Emanuel RAS-ról elnevezett Biokémiai Fizikai Intézet (I. Ya. Redko) a MIREA-vel (V. F. Matyukhin) és a „Fenntartható Fejlődés” Nemzetközi Közszervezettel (S. A. Nekhaev) közösen készítsen elő és írjon alá egy többoldalú megállapodást az IEC részeként egy 50 kW teljesítményű repülőgép-naperőmű.

5. Vegye fel a kapcsolatot az orosz energiaügyi minisztériummal azzal a javaslattal, hogy a 2017-es kutatás-fejlesztési tervben szerepeljen egy „Koncepció egy autonóm, űrrepülőgép napelemes energiaellátó rendszer létrehozására” kidolgozására.

6. Javasoljuk a létrehozását a „Dubna” Állami Egyetem, a MIREA, az Orosz Tudományos Akadémia Csillagászati ​​Intézetének Zvenigorodi Obszervatóriuma, a JIHT RAS, az MPEI, az N. M. Emanuel RAS-ról elnevezett Biokémiai Fizikai Intézet, IOO alapján. A „Fenntartható Fejlődés”, a „KER-Holding”, a DKBA és az Econorm LLC egy kísérleti képzési terület új IEC-technológiák tesztelésére, beleértve az űrenergetikai létesítmények használatát.

7. Utasítsa az N. M. Emanuel RAS I. Ya. Redko Biokémiai Fizikai Intézet igazgatóhelyettesét, hogy az IEC részeként egészítse ki az 50 kW-os kapacitású repülőgép-naperőmű fejlesztésével és építésével foglalkozó munkacsoportot.

8. Utasítsa a Fenntartható Fejlődés Igazgatóságának elnökét, S. A. Nekhaevet, hogy készítsen ajánlásokat a modern pénzügyi infrastruktúra, mechanizmusok és eszközök kialakítására az elosztott energetikai létesítmények és a repülési naperőműveket használó projektek költségvetésen kívüli finanszírozására.

9. A projekt megvalósításáról 2016. I. félévben kibővített értekezlet tartása az érintett vállalkozások részvételével.

Küldje el a jó munkát a tudásbázis egyszerű. Használja az alábbi űrlapot

Diákok, végzős hallgatók, fiatal tudósok, akik a tudásbázist tanulmányaikban és munkájukban használják, nagyon hálásak lesznek Önnek.

Feltéve: http://www.allbest.ru

Bevezetés

Az űrenergia az alternatív energia egyik fajtája, amely magában foglalja a napenergia felhasználását elektromos áram előállítására, egy erőművel a Föld pályáján vagy a Holdon.

A múlt század 70-es évei óta az emberek azon gondolkodnak, hogy az energiát közvetlenül az űrből nyerjék. Ezt az elképzelést először Isaac Asimov írta le a Logic című tudományos-fantasztikus történetében. És az első szabadalmat, amely leírta az elektromosság mikrohullámú átvitelének technológiáját jelentős távolságra, Peter Glaser kapta meg 1973-ban. Bár a NASA akkor még nem vállalta ennek az ötletnek a kidolgozását, túl drágának és veszélyesnek tartotta. Senki sem tudja garantálni, hogy a hullámok pontosan esnek egyik antennáról a másikra.

1. Energiatermelő műhold

Koncepció fejlesztés.

A napelemes műhold koncepcióját a kaliforniai Artemis Innovation Management Solutions cég mérnökeiből álló csapat dolgozta ki, John Mankins vezetésével. A fejlesztők szerint a projektnek fontos előnyei vannak a korábban javasolt technológiákkal szemben. Az űreszköz építésének innovatív megközelítése szükségtelenné teszi a komplex energiagazdálkodási és áramelosztó rendszert.

A műholdas naperőművet 49,5 - 198 kilogramm tömegű egyedi elemekből állítják össze az űrben, amelyek mindegyikét egyenként gyártják le a Földön és szállítják pályára. Lényegében mozgatható vékonyfilmes tükrök hatalmas soráról van szó, amelyek a műhold külső ívelt felületén helyezkednek el. Ezek a tükrök elfogják és átirányítják a napfényt a tömb hátulján található fotovoltaikus cellákra, amelyek elektromosságot termelnek. A műhold Föld felőli oldala egy kör alakú moduláris tömb, amelyet mikrohullámú energiaátviteli panelek borítanak. Ezek a panelek alacsony intenzitású rádiófrekvenciás energianyalábokat állítanak elő, amelyeket a Földre továbbítanak.

Minden számítás után kiderült, hogy egy ilyen műhold 5000 megawatt energiát termelne, amiből 2000 megawatt marad a földre adás után. Annak megértéséhez, hogy ez sok-e vagy sem, érdemes összehasonlítani ezt a teljesítményt a krasznojarszki vízerőművel, amelynek kapacitása 6000 megawatt.

Technológiai diagram.

A rendszer feltételezi egy geostacionárius pályán elhelyezkedő emitter jelenlétét. A napenergiát hivatott átvitelre alkalmas formává alakítani (mikrohullámú, lézersugárzás), és „tömény” formában továbbítani a felszínre. Ebben az esetben a felületen kell lennie egy „vevőnek”, amely érzékeli ezt az energiát.

A napenergia-gyűjtő műhold alapvetően három részből áll:

a napenergia világűrben történő gyűjtésére szolgáló eszközök, például napelemek vagy Stirling-hőmotor segítségével;

· energiát a talajba továbbító eszközök, például mikrohullámú vagy lézer segítségével;

a földi energiaszerzés eszközei, például rectennákon keresztül.

Az űrhajó GEO-ban lesz, és nem kell megtámasztania magát a gravitáció ellen. Nincs szüksége védelemre a talajszél vagy az időjárás ellen, de megbirkózik az űrben előforduló veszélyekkel, például mikrometeoritokkal és napviharokkal.

Relevancia ma.

Mivel az ötlet megjelenése óta eltelt 40 év alatt a napelemek jelentősen csökkentek az ára, nőtt a termelékenység, és olcsóbbá vált a rakomány pályára állítása, 2007-ben az Egyesült Államok Nemzeti Űrtársasága bemutatott egy jelentést, amelyben arról beszél. az űrenergia fejlődésének kilátásairól napjainkban.

Rendszerelőny

· Magas hatásfok a légkör hiánya miatt, az energiatermelés nem függ az időjárástól és az évszaktól.

· A megszakítások szinte teljes hiánya, mivel a Földet körülvevő műholdak gyűrűrendszerében mindenkor legalább egyet megvilágít a Nap.

2. Holdöv

A Shimizu által 2010-ben bevezetett űrenergia-projekt. A japán mérnökök elképzelése szerint ennek a Hold teljes egyenlítőjén (11 ezer kilométer) és 400 kilométer szélesen kifeszített napelem-övnek kell lennie.

Napelemek.

Mivel ekkora számú napelem előállítása és a Földről történő szállítása nem lehetséges, a tudósok szerint a napelemeket közvetlenül a Holdon kell majd előállítani. Ehhez holdtalajt használhat, amelyből napelemeket készíthet.

Energiaátvitel.

Az ebből az övből származó energiát rádióhullámok fogják továbbítani hatalmas, 20 kilométeres antennák segítségével, és rectennák fogadják itt a Földön. A második használható átviteli mód a fénysugár lézeres továbbítása és a földi fénykollektor általi vétel.

A rendszer előnyei.

Mivel a Holdon nincs légkör vagy időjárási jelenség, ezért szinte éjjel-nappal és magas hatásfok mellett lehet energiát előállítani.

David Criswell azt javasolta, hogy a Hold optimális hely a naperőművek számára. A napkollektorok Holdon való elhelyezésének fő előnye, hogy a napelemek többsége helyi anyagokból építhető a földi erőforrások helyett, jelentősen csökkentve a tömeget és ezáltal a költségeket a többi űrnaperőmű-lehetőséghez képest.

3. Az űrenergiában használt technológiák

térlézer elektromosság

Vezeték nélküli energiaátvitel a Föld felé.

A vezeték nélküli energiaátvitelt már korán javasolták egy űr- vagy holdállomásról a Földre való energia átvitelére. Az energia lézersugárzással vagy mikrohullámú sugárzással, a rendszer kialakításától függően különböző frekvenciákon továbbítható. A mikrohullámú sütők használatának fő problémája a régió energiatermelési ökológiai és biológiai rendszerének megzavarása. A biológiai anyagok ionizációja csak ultraibolya sugárzással kezdődik, és magasabb rádiófrekvenciákon jelenik meg. Ezért az ultraibolya sugárzás alatti frekvenciákat kell használni.

A NASA kutatói az 1980-as években azzal a lehetőséggel foglalkoztak, hogy a tér két pontja között lézerek segítségével energiát bocsátanak ki. A jövőben ez a technológia az energia átvitelének alternatív módja lesz az űrenergiában. 1991-ben indult el a SELENE projekt, amely magában foglalta az űrenergiára szolgáló lézerek létrehozását, beleértve a holdbázisokra történő lézerenergia-kibocsátást. 1988-ban Grant Logan egy Földre helyezett lézer használatát javasolta az űrállomások energiaellátására, amit 1989-ben lehetségesnek tartottak. Javasolta gyémánt napelemek használatát 300°C-on az ultraibolya lézerfény átalakítására. A SELENE projekt tovább dolgozott ezen a koncepción egészen addig, amíg 1993-ban hivatalosan be nem zárták, két évnyi kutatás után anélkül, hogy a technológiát nagy távolságokon tesztelték volna. A bezárás oka: a megvalósítás magas költsége.

A napenergia átalakítása elektromos energiává.

Az űrenergiában a hatékony energiaszerzés egyetlen módja a fotovoltaikus cellák használata. Energetikai szempontból a napenergiát elektromos energiává alakító eszközök a leghatékonyabbak a félvezető fotovoltaikus átalakítók (PVC), mivel ez egy közvetlen, egyfokozatú energiaátmenet. A kereskedelemben gyártott napelemek hatásfoka átlagosan 16%, a legjobb minták akár 25%-os. Laboratóriumi körülmények között már 43%-os hatásfokot sikerült elérni.

Energia vétele egy forrás által kibocsátott mikrohullámú hullámokból.

Az is fontos, hogy megtanuljuk az energiaszerzés módjait. Az egyik az energia beszerzése rectennák segítségével. A Rectenna (egyenirányító antenna) egy nemlineáris antenna, amelyet arra terveztek, hogy a ráeső hullám mezőenergiáját egyenáramú energiává alakítsa.

Előnyök és hátrányok.

A kozmikus napenergia olyan energia, amelyet a Föld légkörén kívül nyernek. Gázszennyezés hiányában a légkörben vagy a felhőkben a légkörbe jutó energia körülbelül 35%-a a Földre esik. Ráadásul a megfelelő keringési pálya kiválasztásával az esetek mintegy 96%-ában energia nyerhető. Így a Föld geostacionárius pályáján (36 000 km magasságban) álló fotovoltaikus panelek átlagosan nyolcszor több fényt kapnak, mint a Föld felszínén lévő panelek, és még többet, ha az űreszköz közelebb van a Naphoz, mint a Földhöz. További előny, hogy az űrben nincs probléma a fémek súlyával vagy korróziójával a légkör hiánya miatt.

Másrészt az űrenergia legfőbb hátránya a mai napig a magas költsége. A 3 millió tonna össztömegű rendszer pályára állítására fordított összegek csak 20 éven belül térülnek meg, és ha figyelembe vesszük a rakomány Földről a működő pályára szállításának fajlagos költségét 100 $/kg . A rakomány pályára állításának jelenlegi költsége sokkal magasabb.

Főbb technológiai problémák.

Egy 2008-as tanulmány szerint öt fő technológiai kihívással kell szembenéznie a tudománynak ahhoz, hogy az űrenergia könnyen elérhetővé váljon.

· A fotovoltaikus és elektronikus alkatrészeknek nagy hatékonysággal kell működniük magas hőmérsékleten.

· A vezeték nélküli energiaátvitelnek pontosnak és biztonságosnak kell lennie.

· Az űrerőműveknek olcsónak kell lenniük.

· Az űrrepülőgépek alacsony költsége.

· Az állomás állandó helyzetének fenntartása az energia vevő felett: a napfény nyomása az állomást a kívánt helyzettől távolítja el, a Föld felé irányuló elektromágneses sugárzás nyomása pedig a Földtől távolítja el az állomást.

Közzétéve az Allbest.ru oldalon

...

Hasonló dokumentumok

Napenergia. A napenergia fejlődésének története. A napsugárzásból villamos energia és hő kinyerésének módszerei. A napenergia használatának előnyei és hátrányai. A fotovoltaikus cellák típusai. Napenergia technológiák.

absztrakt, hozzáadva: 2008.07.30


A napelemes térerőmű fejlesztésének jövedelmezősége, e folyamat szakaszai, irányai, kilátásai, jelentősége. A napsugárzás fotoelektromos átalakítása. Vezeték nélküli energiaátvitel a Friis átviteli egyenlet segítségével.

tanfolyami munka, hozzáadva 2012.06.17


Növekvő érdeklődés a napenergia felhasználásának problémája iránt. Különféle tényezők korlátozzák a napenergia erejét. A napenergia felhasználásának modern koncepciója. Az óceáni energia felhasználása. Az összes szélturbina működési elve.

absztrakt, hozzáadva: 2014.08.20


Ismerkedés az alternatív energia fejlesztésének fő irányaival és kilátásaival. A szél, nap, geotermikus, űr, hidrogén, kénhidrogén energia, bioüzemanyag felhasználásának gazdasági és környezeti előnyeinek meghatározása.

absztrakt, hozzáadva: 2010.12.15


Az energiafajták lényege és rövid leírása. A nap- és hidrogénenergia felhasználásának jellemzői. A geotermikus energia fő előnyei. A „nyakörv” feltalálásának története A. A célpont, működési elve és a növényi növekedési energia felhasználása.

bemutató, hozzáadva 2009.12.20


A geotermikus energia és felhasználása. Vízenergia erőforrások alkalmazása. Ígéretes napenergia technológiák. A szélturbinák működési elve. Hullámok és áramlatok energiája. Az alternatív energia helyzete és kilátásai Oroszországban.

absztrakt, hozzáadva: 2009.06.16


A Földre hulló napenergia mennyisége, emberi felhasználása. A napenergia passzív felhasználásának módszerei. Napkollektorok. Napelemes hőerőművek technológiai körforgása. Ipari fotovoltaikus berendezések.

bemutató, hozzáadva 2015.12.06


Villamosenergia-termelés különféle módokon. Fotovoltaikus berendezések, napkollektoros fűtési rendszerek, koncentráló napkollektorok, napkollektorok. A napenergia fejlesztése. A napenergia-fejlesztés környezeti következményei.

absztrakt, hozzáadva: 2014.10.27


Alapvető információk az alternatív energiáról. A vákuum elosztók előnyei és hátrányai. Az energiaellátástól való függőség csökkentése. Fókuszáló kollektorok alkalmazása. A környezetbarát napenergia használatának előnyei.

absztrakt, hozzáadva: 2015.03.21


Naperőművek technológiáinak áttekintése, villamos berendezéseinek fejlesztése. Stirling gép és működési elve. Villamosenergia-termelés napelemekkel. A napenergia felhasználása a különböző iparágakban.

Az űrenergia a napsugárzás űrben történő felhasználását jelenti energiaforrásként. Míg ez a fajta energia inkább a jövő ötlete, ezen a területen projektek még csak tervezés alatt állnak. Mindazonáltal az energiabiztonság kérdése meglehetősen akut az emberiség számára. A világ olaj-, gáz- és szénkészletei kimerülnek, még az urán- és tóriumkészlet is csökken. A termonukleáris energia jövője is homályos. Van azonban egy csodálatos és teljesen ingyenes termonukleáris fúziós reaktor, amely balra és jobbra szétosztja az energiát – ez a mi Napunk. Igen, a napenergia nagyon gyorsan fejlődik a Földön. De bolygónk felszínén, bárhol is legyen a naperőmű, van egy hátránya - éjszaka, ezen kívül felhők és por, valamint egyéb kellemetlenségek.

De ebben az esetben a logikus következtetés az, hogy erőműveket telepítsenek az űrbe. Ott folyamatosan süt a Nap. Például egy erőművet geostacionárius pályára állíthat.Az SPS (Solar Space Power Plant) első ötletét, amely energiával látná el bolygónkat, Peter Glaser, cseh származású amerikai tudós fogalmazta meg 1968-ban. Egyszer egy holdreflektor-távmérőt készített, amelyet az Apollo 11 expedíció telepített a Holdra. Az SCES ötletét Peter Glaser tette közzé a Science folyóiratban, és azonnal szabadalmaztatta. Akkor úgy tűnt, hogy ez az elképzelés a közeljövőben megvalósul, de ez még nem történt meg.

Space napelem állomás

Az amerikai Solaren cég 2009 hajnalán szerződést írt alá egy kaliforniai energiacéggel, hogy megkezdje a világűrben termelt villamos energia ellátását 200 MW teljesítménnyel. már 2016 óta. Vagyis öt éven belül a mindössze mintegy tíz embert foglalkoztató cég nemcsak egy űrerőmű felépítését ígérte a Föld pályájára, hanem 250 millió ember elektromos energiaszükségletének kielégítését is. Érdemes megjegyezni, hogy a 200 MW az egyik legnagyobb orosz vízerőmű - a Nyizsnekamszki vízerőmű - megtermelt kapacitásának körülbelül egyötöde.

Aztán 2009-ben egy tizenhat japán vállalatból álló csoport, amelybe olyan óriáscég is tartozik, mint a Mitsubishi, megállapodást fogadott el saját, 1 GW teljesítményű naperőművük megépítéséről. 2030-ra. A Mitsubishi Heavy Industries hivatalosan irányítja a teljes projektet. A cégcsoport elsődleges célja a vezeték nélküli energiatranszfer technológia megalkotása, melynek megoldása a tervek szerint 2013-ra készül el. A kutatók szerint elméletileg lehetséges energiát átvinni az űrből a Földre mikrohullámú sugárzás segítségével. De hogy ezt a gyakorlatban hogyan lehet megvalósítani, még nem világos. Még mindig nehéz megbecsülni az űrvillany költségét, de az egyértelmű, hogy 1 GW. A SKES energiája mintegy 300 ezer lakóépület áramellátására elegendő. A tudósok számításai szerint egy ilyen nagy teljesítményű generátor létrehozásához a Föld körüli pályán egy sor napelemes fotocellát kell felépíteni egy magasságban. 36.000 km. és összterülete 4 km2. Az áramtermelés azonban éjjel-nappal, megszakítás nélkül, bármilyen időjárási körülménytől függetlenül történik, a közvetlen napsugárzás pedig csak négyszeresére növeli a megtermelt energia teljesítményét a földi napelemekhez képest. A projektben részt vevő egyik vállalat vezetője, Hiroshi Yoshida megjegyezte, hogy 2040-re az emberiség már akkumulátorokat termel.százszor nagyobb teljesítmény, mint a mai napelemek.

Ami a projekt gazdasági elemét illeti, a Mitsubishi Heavy Industries egyetértett abban, hogy ez a projekt lesz a lehető legdrágább projekt ezen a területen, de ez a megközelítés teszi lehetővé a maximális megtérülést. A projekt végső költségeit még nem határozták meg, de az alapítók az első szakaszban megállapodtak abban, hogy 21 milliárd dollárt fektetnek be ebbe az üzletbe. Az általános költségek csökkentése érdekében Japán saját űrszállítást fog létrehozni. A projektfejlesztők azonban minden körülmények között 2040-ig várják az ilyen költségek megtérülését.

A fejlesztők a projekt legkockázatosabb részeit egy speciálisan felbocsátott tesztműholdon dolgozzák ki. Ez egy miniatűr naperőmű lesz. A JAXA japán űrügynökség közölte, hogy a szondát 2015-ben indítják fel. Ha a teszt sikeres lesz, a japán vállalatok már 2016-ban megkezdik a főerőmű alacsony földkörüli pályára történő telepítését. A kutatók azt jósolják, hogy egyelőre, a következő fél évszázadban nem valószínű, hogy egy űrerőmű váltana fel más hagyományos energiaforrásokat, és nem lesz a fő. De az űrenergia mindenképpen elfoglalja a rést. Nos, a világ első űrerőműve a legfontosabb egészségügyi, katonai, távközlési és kormányzati létesítmények szükségáramforrásának tekinthető. Bármilyen természeti katasztrófa vagy katonai támadás esetén az objektumok összekapcsolása a „kozmikus árammal” órákig tart. De szinte lehetetlen áramtalanítani egy űrerőművet, megfosztva a stratégiai létesítményeket az energiától, még nagyszabású természeti katasztrófák esetén is. Így a tudósok nemcsak az energia kimeríthetetlenségére és erejére hagyatkoznak, hanem a függetlenségre és a megbízhatóságra is. A projektben részt vevő összes vállalat tele van optimizmussal.