Жақында Колорадо штатында «Суборбитальды зерттеушілердің жаңа ұрпағы» конференциясы өтті, онда, атап айтқанда, ғарыштық күн станцияларын салу жобалары талқыланды. Ал мұндай идеяларды бұрын ешкім шындап қабылдамаған болса, қазір шын мәнінде жүзеге асуға жақын.
Осылайша, АҚШ Конгресі Американың қазбалы отыннан ғарыштық энергияға біртіндеп көшу жоспарын дайындап жатыр. Жобаны жүзеге асыру үшін арнайы құрылған ғарыш бөлімі жауапты болады, оның жұмысында NASA, Энергетика министрлігі және басқа да ұйымдар белсенді рөл атқарады.
Үстіміздегі жылдың қазан айына дейін Әділет министрлігі ғарыштық күн электр станцияларының құрылысын бастау үшін қолданыстағы федералдық заңнамаға барлық қажетті өзгерістер мен толықтыруларды Конгресске ұсынуы керек. Бағдарлама аясында бастапқы кезеңде ядролық жүйелерді дамыту жоспарлануда ғарыш қозғалтқыштары, ғарыштық логистика және орбитада күн электр станцияларын салу үшін қайта пайдалануға болатын кемелерді пайдалану.
Сондай-ақ күн сәулесін электр энергиясына түрлендіру және оны Жерге телепортациялау технологиялары белсенді даму үстінде.
Атап айтқанда, Калифорния технологиялық институтының сарапшылары планетаны орбиталық «ұшатын кілемдер» арқылы жарықтандыруды ұсынады. Бұл қалыңдығы 25 мм және ұзындығы футбол алаңының 2/3 бөлігін құрайтын 2500 панельден тұратын жүйелер. Мұндай станцияның элементтері орбитаға NASA жасап жатқан американдық аса ауыр зымыран тасығыш ғарыштық ұшыру жүйесі сияқты зымырандар арқылы жеткізіледі. Ғарыштық электр станциясы Калифорния технологиялық университеті мен Northrup Grumman арасындағы серіктестік SSPI (Space Solar Power Initiative) аясында құрылуда. Соңғысы алдағы үш жылда жүйенің негізгі құрамдастарын дамытуға 17,5 миллион доллар инвестициялады. Бұл бастаманы NASA реактивті қозғалтқыштар зертханасының зерттеушілері де қолдады.
Ғарыштық күн энергиясы бастамасын басқарған Калтех профессоры Гарри Атвотердің айтуынша, «сиқырлы кілемдер» өзгереді. күн энергиясырадиотолқындарға айналдырып, оларды жерге жібереді. Энергия радиолокациялық жүйелерде қолданылатын фазалық массив принципі арқылы беріледі. Бұл кез келген бағытта қозғалатын ағынды жасайды.
Күн панельдері өлшемі 10х10 см және салмағы шамамен 0,8 г болатын плиткалардан тұрады, бұл құрылымды іске қосудың салыстырмалы түрде төмен құнын қамтамасыз етеді. Әрбір плитка түрлендірілген энергияны автономды түрде жібереді және олардың біреуі сәтсіз болса, қалғандары жұмысын жалғастырады. Күннің жарылуы немесе шағын метеориттердің салдарынан бірнеше элементтердің жоғалуы электр станциясына зиян тигізбейді. Ғалымдардың есептеулері бойынша, жаппай өндіру кезінде мұндай көзден алынатын электр энергиясының құны көмір немесе табиғи газды пайдаланған кездегіден аз болады.
Жерге орнатылған күн қондырғыларының пайызы жалпы тепе-теңдікӘлемнің көптеген елдерін энергиямен қамтамасыз ету барған сайын артып келеді. Бірақ мұндай электр станцияларының мүмкіндіктері шектеулі: түнде және қалың бұлттарда күн батареялары электр энергиясын өндіру қабілетін жоғалтады. Сондықтан тамаша нұсқа— орбитаға күн электр станцияларын орналастырыңыз, онда күн түнге жол бермейді, ал бұлттар Күн мен панельдер арасында кедергілер жасамайды. Ғарышта электр станциясын салудың басты артықшылығы оның потенциалдық тиімділігі болып табылады. Күн батареялары, ғарышта орналасқан, Жер бетіне орналастырылған батареялардан он есе көп энергия өндіре алады.
Орбиталық электр станциялары идеясы ұзақ уақыт бойы дамыды, 60-шы жылдардан бері NASA және Пентагон ғалымдары осындай зерттеулермен айналысады. Бұрын мұндай жобаларды жүзеге асыруға тасымалдау құнының жоғарылығы кедергі болатын, бірақ технологияның дамуымен ғарыштық электр станциялары жақын болашақта шындыққа айналуы мүмкін.
Қазірдің өзінде бірнешеу бар қызықты жобаларорбитада күн қондырғыларын салу үшін. Ғарыштық күн энергиясы бастамасынан басқа, американдықтар күн радиациясын сіңіретін және радиотолқындар арқылы жердегі қабылдағышқа электронды сәулелерді жіберетін орбиталық күн панелін жасауда. Әзірлеудің авторлары АҚШ Әскери-теңіз күштерінің зерттеу зертханасының мамандары болды. Олар бір жағында фотоэлектрлік панелі бар ықшам күн модулін жасады. Панельдің ішінде сигнал беру үшін тұрақты токты радиожиілікке түрлендіретін электроника бар, екінші жағы Жерге электронды сәулелерді жіберуге арналған антеннаны қолдайды.
Әзірлеудің жетекші авторы Пол Джаффтың айтуынша, энергияны тасымалдайтын электронды сәуленің жиілігі неғұрлым төмен болса, оның берілуі соғұрлым сенімдірек болады. жаман ауа райы. Ал 2,45 ГГц жиілікте сіз жаңбырлы маусымда да қуат ала аласыз. Күн қабылдағыш барлық әскери операцияларды энергиямен қамтамасыз етеді, дизельдік генераторларды мәңгілікке ұмытуға болады.
АҚШ ғарыштан электр энергиясын алуды жоспарлап отырған жалғыз ел емес. Дәстүрлі үшін қиын күрес энергетикалық ресурстаркөптеген мемлекеттерді баламалы энергия көздерін іздеуге мәжбүр етті.
Жапондық ғарышты зерттеу жөніндегі JAXA агенттігі Жер орбитасына орнату үшін фотоэлектрлік платформа әзірледі. Қондырғы арқылы жиналған күн энергиясы Жердегі қабылдау станцияларына жеткізіліп, электр энергиясына айналады. Күн энергиясы 36 мың шақырым биіктікте жиналады.
Жерүсті және орбиталық станциялар сериясынан тұратын мұндай жүйе стандартты атом электр станциясымен салыстыруға болатын жалпы қуаты 1 ГВт болатын 2030 жылдан бастап жұмыс істей бастауы керек. Осы мақсатта Жапония ультра жоғары жиілікті радиотолқындарды электр энергиясына түрлендіру үшін 5 миллиард антеннадан тұратын желі орналастырылатын ұзындығы 3 км жасанды арал салуды жоспарлап отыр. дамыту бөлімінің басшысы ғылыми қызметкер JAXA Susumi Sasaki ғарышта күн батареяларын орналастыру энергиядағы төңкеріске әкелетініне сенімді, бұл уақыт өте келе дәстүрлі қуат көздерінен толығымен бас тартуға мүмкіндік береді.
Қытайдың да осындай жоспарлары бар, ол Жер орбитасында Халықаралық ғарыш станциясынан үлкенірек күн электр станциясын салады. жалпы алаңыКүн батареяларын орнату 5-6 мың шаршы метрді құрайды. км. Сарапшылардың есептеулері бойынша, мұндай станция күн сәулесін уақыттың 99% жинайды, ал ғарыштық күн панельдері жердегі аналогтарынан 10 есе көп электр энергиясын өндіре алады. Өндірілген электр энергиясы жердегі коллекторға беру үшін микротолқынды пешке немесе лазер сәулесіне айналады деп болжануда. Құрылыс 2030 жылы басталады деп жоспарлануда және жобаның құны шамамен 1 триллион долларды құрайды.
Бүкіләлемдік инженерлер орбитада ғана емес, сонымен қатар Күнге жақын, Меркурийге жақын аудандарда күн ғарыштық электр станцияларын салу мүмкіндіктерін бағалауда. Бұл жағдайда күн панельдері шамамен 100 есе аз қажет болады. Бұл жағдайда қабылдағыш құрылғыларды Жер бетінен стратосфераға жылжытуға болады, бұл миллиметрлік және субмиллиметрлік диапазондарда энергияны тиімді тасымалдауға мүмкіндік береді.
Айдағы күн электр станцияларының жобалары да әзірленуде.
Мысалы, жапондық Shimizu компаниясы Айдың бүкіл экваторы бойымен 11 мың км және ені 400 км болатын күн панельдерінің белдеуін жасауды ұсынды.
Ол жарияланады артқы жағыЖүйе үнемі күн сәулесінің әсеріне ұшырауы үшін Жердің спутнигі. Панельдерді кәдімгі қуат кабельдері немесе арқылы қосуға болады оптикалық жүйелер. Өндірілген электр қуатын үлкен антенналар арқылы беру және жердегі арнайы қабылдағыштар арқылы қабылдау жоспарлануда.
Теориялық тұрғыдан алғанда, жоба керемет көрінеді, қалғаны Жердің спутнигіне жүздеген мың панельдерді қалай жеткізуге және оларды орнатуға болатынын анықтау, сондай-ақ Айдан энергияны біздің планетамызға айтарлықтай бөлігін жоғалтпай қалай жеткізуге болатынын анықтау. Оның жолында: 364 мың км жол жүруге тура келеді. Сондықтан Ай электр станцияларын құру идеялары шындықтан тым алыс және олар жүзеге асса, жақын арада болмайды.
Татьяна Громова
Біз CSP қайда орналастырамыз? Мүмкін GSO-да. Басқа орбиталарда сіз бүкіл планетада қабылдағыштарды орнатуыңыз керек немесе өзіңізбен бірге көптеген батареяларды алып жүруіңіз керек.
Әзірге қиялдамай, қолда бар мүмкіндіктерді қарастырайық.
Плесецк ғарыш айлағынан шыққан «Ангара» зымыран тасығышы геостационарлық орбитаға 3-4 тонна жүк жеткізеді. Олардың ішіне не қоюға болады? Өте шамамен 100 шаршы күн панельдері. Күнге үнемі назар аударып, 20 пайыздық тиімділікпен әр шаршыға 300 Вт сығуға болады. Олар жылына 5% тозды делік (ғарыштағы күн панельдерінің радиациядан, микрометеориттерден және т.б. әсерінен нашарлауы ешкімді таң қалдырмайды деп үміттенемін).
Есептеп көрейік: (100*300*24*365*20)/2=2 628 000 000 Вт сағ.
Мәселенің толық ауқымын түсіну үшін осы мегаваттар Жерге шығынсыз жетсін. Қуат әсерлі, бірақ біз ешқайда ұшпасақ ше? 300 тонна керосин бар. Керосин дерлік бензин. Ол тағы бір болжам жасайды және кәдімгі газ генераторын алады (сағатына 50 литр үшін 200 кВт).
200000*300000/50=1 200 000 000 Вт сағ
Не болады: біз зымыраннан бензинді төгіп тастаймыз және қуаттың жартысын аламыз.
Зымыранның тағы бір жартысын сұйық оттегі алып жатыр. Мен жылу сыйымдылығы арқылы салқындату мен сұйылтуды есептегім келді, бірақ содан кейін мен Интернетте бір тонна сұйық оттегі үшін 8200 рубль бағасын таптым. Өзіндік құны іс жүзінде тек электр энергиясы болғандықтан (киловатт 2 рубль болсын):
300*8200*1000/2= 1 230 000 000 Вт сағ
Ой, екінші жартысы. Қазірдің өзінде 0% тиімділік. Біз зымыранды әлі санаған жоқпыз.
Бірақ біз орбитаға пайдалы жүк көтергіштің қандай да бір түрін ойлап табамыз
Яғни, біз қандай да бір түрде панельдерге хабарлаймыз кинетикалық энергия 10км/с түрінде:3000*10000 2 /2 = 150000000000 Дж = 41 700 000 Вт сағ
5000% тиімділік бар сияқты, бірақ кейбір мәселелер бар:
- объектіні жеткілікті жоғары лақтыру мүмкін болуы екіталай, сондықтан масса мен энергияның бір бөлігі атмосфераны жеңуге жұмсалуы керек;
- баллистика заңдары бойынша Жерден лақтырылғанның бәрі Жерге оралады, яғни массаның тағы бір бөлігі перигейдің көтерілуіне кетеді.
Бір тонна термиялық қорғанысқа барсын. Орбитадағы өзгерісті есептейік:
ΔV=түбір((3,986ּ10 14 /42000000)(1+2*6000000/(6000000+42000000))=3441 м/с
Ең жақсы қозғалтқыштар 4500 импульс береді. Циолковский формуласын алайық:
M финал =2000/эксп(4500/3500)=572 кг
Электрлік зымыран қозғалтқыштарын алайық, импульс 10 есе көп және бізде панельдер бар.Ия, бірақ панельдердің бар күшімен итеру миллиньютон болады, ал ауысу жылдарға созылады. Ал қонуға бір-екі сағат қана қалды.
Нәтижесінде: минус қозғалтқыш, цистерналар, шамадан тыс жүктемелер - егер біз бірдей соманы алсақ жақсы.
Лифттегі панельдерді көтерейік
Жалпы идея жаман емес. Егер сіз жүкті жай ғана биіктікке көтерсеңіз, онда потенциалдық энергияның өзгерісін есептейміз:3000*9,81*36000000/3600 = 294 300 000 Вт сағ
Оларды жүкке қалай жеткізуге болады? Электр энергиясын беру нұсқалары:
- Лифттің өзімен. Ұзындығы 36 000 км өткізгіштің шығыны мен массасын елестету қиын емес. Лифтті өз қолыммен салсам деп едім.
- Лазер бойынша – трансформацияға арналған массаның едәуір бөлігін алып тастаңыз.
- Панельдердің белгілі бір санын жеткізіңіз дәстүрлі жолсодан кейін қалғанын арқанға тегін көтеріңіз. Мегаватт қуат үшін сізге 3 км 2 панель қажет. Бұл жағдайда жүкті көтеруге екі апта қажет болады. Анау. Бір жылдан кейін сол мегаватт көтереміз.
Басқа қиындықтар
Километрлік панельдерді және ғарышта күн энергиясын қабылдау тиімділігін еркін пайдалана отырып, сирек авторлар панельдерді Күнге қалай бағыттайтынын айтады. GSO тек Жерге қатысты стационарлық. Сәйкесінше тетіктер мен жанар-жағармай қажет.Бізге сондай-ақ жердегі түрлендіргіштер, қамқоршылар және қабылдағыштар қажет. Экваторға жақын жерде тұтынушылар көп пе? Шардың жартысы арқылы өтетін жоғары вольтты желілер. Егер мұның барлығы тапсырманы орындаудың 100% емес ықтималдығына көбейтілсе, оны кім жасай алады деген сұрақ туындайды?
Қорытындылар:
– Қолданыстағы технологиялармен ғарыштық күн электр станциясын салу тиімсіз.- Ғарыштық лифтте бәрін көтерсеңіз де, құрылыс біткенше істен шыққан панельдерді қалай кәдеге жарату керек деген сұрақ туындайды.
- Жерге астероид әкеліп, одан панельдер жасауға болады. Бір нәрсе маған мұны істей алатын уақытқа дейін Жерге энергия берудің қажеті болмайтынын айтады.
Дегенмен, отсыз түтін болмайды. Ал бір қарағанда бейбіт ниеттің астында мүлде басқа ниет болуы мүмкін.
Мысалы, жауынгерлік ғарыш станциясын салу қарапайым және тиімдірек:
- орбитаны төменірек таңдауға болады және таңдау керек;
- ресиверді 100% соғудың қажеті жоқ;
- бастау түймесін басқаннан нысанаға тигенге дейінгі өте қысқа уақыт;
- аумақтың ластанбауы.
Бұл тұжырымдар. Есептерде қателер болуы мүмкін. Әдеттегідей оқырмандарды түзетуге шақырамын.
Батареялар мен күн батареялары, күн батареялары, баламалы энергия, күн энергиясы
Жердің бірінші спутниктерінде жабдық салыстырмалы түрде тұтынылды шағын қуатток және оның жұмыс уақыты өте қысқа болды. Сондықтан қарапайым ғарыштық энергия көздері бірінші ғарыштық энергия көздері ретінде сәтті пайдаланылды. батареялар.
Өздеріңіз білетіндей, ұшақта немесе автомобильде аккумулятор қосымша ток көзі болып табылады және ол мезгіл-мезгіл қайта зарядталатын электр машинасының генераторымен бірге жұмыс істейді.
Батареялардың негізгі артықшылықтары олардың жоғары сенімділігі мен тамаша өнімділігі болып табылады. Қайта зарядталатын батареялардың маңызды кемшілігі болып табылады ауыр салмақтөмен энергия тұтынумен. Мысалы, сыйымдылығы 300 Ah болатын күміс-мырыш батареясының салмағы шамамен 100 кг. Бұл 260 ватт ток қуатымен (адам басқарылатын Mercury спутнигіндегі қалыпты тұтыну) мұндай батарея екі күннен аз жұмыс істейтінін білдіреді. Ток көзінің салмақты жетілдірілуін сипаттайтын аккумулятордың меншікті салмағы шамамен 450 кг/кВт болады.
Сондықтан, автономды ток көзі ретінде аккумулятор ғарышта осы уақытқа дейін аз қуат тұтынумен (100 ваттқа дейін) және бірнеше ондаған сағаттық қызмет мерзімімен ғана қолданылды.
Әртүрлі жабдықтармен қаныққан Жердің үлкен автоматты спутниктері үшін өте ұзақ қызмет ету мерзімі бар қуатты және жеңіл ток көздері қажет болды - бірнеше аптаға және тіпті айға дейін.
Мұндай ток көздері таза ғарыштық генераторлар болды - жарық энергиясын түрлендіру принципінде жұмыс істейтін жартылай өткізгіш фотоэлектрлік элементтер. күн радиациясытікелей электр энергиясына. Бұл генераторлар деп аталады күн панельдері .
Күннен келетін жылулық сәулеленудің күші туралы жоғарыда айттық. Естеріңізге сала кетейік, сыртта жер атмосферасықарқындылығы күн радиациясыайтарлықтай маңызды: күн сәулелеріне перпендикуляр бетке түсетін энергия ағыны 1 м2-ге 1340 ватт құрайды.Бұл энергия, дәлірек айтқанда, күн радиациясының фотоэлектрлік әсерлер жасау қабілеті күн батареяларында қолданылады. Кремнийлі күн батареясының жұмыс принципі суретте көрсетілген. отыз.
Жұқа вафли әртүрлі кремнийдің екі қабатынан тұрады физикалық қасиеттері. Ішкі қабаты таза монокристалды кремний. Сыртынан ол «ластанған» кремнийдің өте жұқа қабатымен қапталған, мысалы, фосформен араласқан. Мұндай «вафлиді» күн сәулелерімен сәулелендіруден кейін қабаттар арасында электрондар ағыны пайда болады және потенциалдар айырмасы пайда болады, ал қабаттарды қосатын сыртқы контурда, электр тоғы.
Қажетті кремний қабатының қалыңдығы шамалы, бірақ жетілмеген технологияға байланысты ол әдетте 0,5-тен 1 мм-ге дейін болады, дегенмен токты құруға осы қабаттың қалыңдығының шамамен 2% ғана қатысады. Технологиялық себептер бойынша күн батареясының бір элементінің беті өте аз, бұл талап етеді сериялық қосылымтізбекке үлкен санэлементтері.
Кремний күн батареясы күн сәулелері оның бетіне түскенде ғана ток шығарады, ал максималды ток жинау батареяның жазықтығы күн сәулелеріне перпендикуляр болған кезде болады. Бұл ғарыш аппараты немесе ғарыш кемесі орбитада қозғалған кезде батареялар үнемі Күнге қарай бағытталуы керек дегенді білдіреді. Батареялар көлеңкеде ток бермейді, сондықтан оларды батарея сияқты басқа ток көзімен бірге пайдалану керек. Соңғысы сақтау құрылғысы ретінде ғана емес, сонымен қатар қажетті энергия мөлшеріндегі ықтимал ауытқулар үшін демпфер ретінде де қызмет етеді.
Тиімділік күн батареялары шағын, ол әлі 11-13% аспайды. Бұл қазіргі заманғы күн батареяларының 1 м 2-ден қуат шамамен 100-130 ватт құрайды. Рас, тиімділікті арттыруға мүмкіндіктер бар. олардың конструкциясын жақсарту және жартылай өткізгіш қабаттың сапасын жақсарту арқылы күн батареялары (теориялық тұрғыдан 25%-ға дейін). Мысалы, екі немесе одан да көп батареяларды бірінің үстіне бірін қою ұсынылады, осылайша төменгі бет жоғарғы қабат сіңірместен өткізетін күн энергиясы спектрінің сол бөлігін пайдаланады.
Тиімділік батарея жартылай өткізгіш қабаттың бетінің температурасына байланысты. Максималды тиімділікке 25°C температурада қол жеткізіледі, ал температура 300С-қа дейін жоғарылағанда ПӘК болады. жартысына жуық төмендейді. Күн батареяларын, батареялар сияқты, аз ток тұтынуы үшін пайдалану тиімді үлкен аумақолардың беті және жоғары меншікті салмағы. Мысалы, 3 кВт қуат алу үшін жалпы салмағы шамамен 300 кг болатын 100 000 ұяшықтан тұратын батарея қажет, яғни. сағ меншікті ауырлық 100 кг/кВт. Мұндай батареялар 30 м2-ден астам аумақты алады.
Осыған қарамастан, күн панельдері ұзақ уақыт жұмыс істей алатын жеткілікті сенімді және тұрақты энергия көзі ретінде ғарышта өзін жақсы дәлелдеді.
Ғарыштағы күн панельдері үшін басты қауіп ғарыштық сәулеленуЖәне метеор шаңы, кремний жасушаларының бетінің эрозиясын тудыратын және батареялардың қызмет ету мерзімін шектейтін.
Кішігірім елді мекендер үшін бұл ток көзі жалғыз қолайлы және тиімді болып қала береді, бірақ үлкен NCS басқа қуаттырақ және салыстырмалы салмағы азырақ энергия көздерін қажет етеді. Бұл ретте үлкен ғылыми ғарыш зертханалары үшін қажет болатын күн батареяларын пайдаланып айнымалы ток алудың қиындықтарын ескеру қажет.
- Фантастикалық электр станциялары
Неғұрлым өнімді, экологиялық таза және арзан энергия үшін үздіксіз күреске сәйкес адамзат құнды энергияның баламалы көздеріне көбірек жүгінетіні жасырын емес. Көптеген елдерде тұрғындардың айтарлықтай көп бөлігі үйлерін қамтамасыз ету үшін электр қуатын пайдалану қажеттілігін анықтады.
Олардың кейбіреулері материалдық ресурстарды үнемдеу үшін қиын есептердің арқасында осындай қорытындыға келсе, кейбіреулері осындай жауапты қадамға баруға мәжбүр болған жағдайлардың біріне қол жеткізу қиын. географиялық жағдай, сенімді коммуникациялардың жетіспеушілігін тудырады. Бірақ күн батареялары жету қиын жерлерде ғана қажет емес. Жердің шетінен әлдеқайда алыс шекаралар бар - бұл ғарыш. Ғарыштағы күн батареясы генерацияның жалғыз көзі болып табылады қажетті мөлшерэлектр энергиясы.
Ғарыштық күн энергиясының негіздері
Күн панельдерін ғарышта пайдалану идеясы алғаш рет жарты ғасырдан астам уақыт бұрын жердің жасанды серіктерінің алғашқы ұшырылуы кезінде пайда болды. Сол кезде КСРО-да физика саласының, әсіресе электр энергетикасының маманы, профессор Николай Степанович Лидоренко ғарыш аппараттарында шексіз энергия көздерін пайдалану қажеттілігін негіздеген болатын. Мұндай энергия тек күн модульдері арқылы өндірілген күн энергиясы болуы мүмкін.
Қазіргі уақытта барлық ғарыш станциялары тек күн энергиясымен жұмыс істейді.
Ғарыштың өзі бұл мәселеде үлкен көмекші болып табылады, өйткені фотосинтез процесіне қажет күн сәулелері әлемде өте көп. ғарыш кеңістігі, және олардың тұтынуына ешқандай кедергі жоқ.
Төменгі жер орбитасында күн батареяларын пайдаланудың кемшілігі фотопластинаны жасау үшін қолданылатын материалға радиацияның әсері болуы мүмкін. Осының арқасында теріс әсер етукүн батареяларының құрылымы өзгереді, бұл электр энергиясын өндірудің төмендеуіне әкеледі.
Фантастикалық электр станциялары
IN ғылыми зертханаларБүкіл жер қазіргі уақытта осындай міндет – күннен тегін электр энергиясын іздеу алдында тұр. Тек жеке үйдің немесе қаланың масштабында емес, бүкіл планетаның масштабында. Бұл жұмыстың мәні үлкен көлемдегі және сәйкесінше энергия өндіруде күн модульдерін жасау болып табылады.
Мұндай модульдердің ауданы өте үлкен және оларды жер бетіне орналастыру көптеген қиындықтарды тудырады, мысалы:
- жарық қабылдағыштарды орнату үшін үлкен және бос аумақтар,
- модульдердің тиімділігіне ауа-райының әсері,
- күн батареяларына қызмет көрсету және тазалау шығындары.
Барлық осы жағымсыз аспектілер мұндай монументалды құрылымды жерге орнатуды болдырмайды. Бірақ шығудың жолы бар. Ол төмен Жер орбитасында алып күн модульдерін орнатудан тұрады. Мұндай идея жүзеге асырылған кезде адамзат үнемі әсерде болатын күн энергиясының көзін алады күн сәулелері, ешқашан қар тазалауды қажет етпейді, ең бастысы, жердегі пайдалы орынды алмайды.
Әрине, ғарышта кім бірінші болса, болашақта жаһандық энергетикалық секторда оның шарттарын белгілейді. Жасыратыны жоқ, жер бетіндегі пайдалы қазбалардың қоры шексіз емес, керісінше, күн сайын адамзат жақын арада баламалы көздерге күштеп көшуге мәжбүр болатынын еске салады. Сондықтан да Жер орбитасында ғарыштық күн модульдерін жасау энергетиктер мен болашақтың электр станцияларын жобалаушы мамандардың бірінші кезектегі міндеттерінің тізімінде тұр.
Сондай-ақ оқыңыз:
Күн модульдерін жер орбитасына орналастыру мәселелері
Мұндай электр станцияларын құрудың қиындықтары тек төмен жер орбитасында күн модульдерін орнату, жеткізу және орналастыруда ғана емес. Ең үлкен проблемалар күн модульдері тудыратын электр тогын тұтынушыға, яғни жерге беруден туындайды. Әрине, сіз сымдарды соза алмайсыз және оларды контейнерде тасымалдай алмайсыз. Материалдық материалдарсыз қашықтыққа энергияны берудің нақты емес дерлік технологиялары бар. Бірақ мұндай технологиялар ғылыми әлемде көптеген даулы гипотезаларды тудырады.
Біріншіден, мұндай күшті сәулелену сигналды қабылдаудың кең аймағына теріс әсер етеді, яғни планетамыздың айтарлықтай бөлігі сәулеленеді. Уақыт өте келе мұндай ғарыш станциялары көп болса ше? Бұл планетаның бүкіл бетінің сәулеленуіне әкелуі мүмкін, бұл болжау мүмкін емес салдарға әкелуі мүмкін.
Екіншіденэнергия электр станциясынан қабылдағышқа берілетін жерлерде атмосфераның жоғарғы қабаттарының және озон қабатының ішінара бұзылуы теріс нүкте болуы мүмкін. Мұндай зардаптарды тіпті бала да елестете алады.
Барлығынан басқа, жағымсыз аспектілерді арттыратын және мұндай құрылғылардың іске қосылуын кешіктіретін әртүрлі сипаттағы көптеген нюанстар бар. Панельдерді жөндеудің қиындығынан, күтпеген жерден бұзылған немесе соқтығысқан кезде мұндай төтенше жағдайлар көп болуы мүмкін. ғарыштық дене, қарапайым мәселеге - қызмет ету мерзімі аяқталғаннан кейін мұндай ерекше құрылымды қалай жоюға болады.
Барлық келеңсіз жағдайларға қарамастан, адамзат, олар айтқандай, барар жері жоқ. Күн энергиясы, бүгінгі күні, теориялық тұрғыдан алғанда, адамдардың электр энергиясына деген өсіп келе жатқан қажеттіліктерін өтей алатын жалғыз энергия көзі. Қазіргі уақытта жер бетіндегі энергия көздерінің ешқайсысы өздерінің болашақ перспективаларын осы бірегей құбылыспен салыстыра алмайды.
Шамамен орындалу мерзімі
Бұл көптен бері теориялық сұрақ болудан қалды. Электр стансасының жер орбитасына бірінші ұшырылуы қазірдің өзінде 2040 жылға жоспарланған.Әрине, бұл тек сынақ үлгісі және болашақта салынуы жоспарланған жаһандық құрылымдардан алшақ. Мұндай ұшырудың мәні мұндай электр станциясының жұмыс жағдайында қалай жұмыс істейтінін іс жүзінде көру болып табылады. Осындай қиын миссияны мойнына алған ел – Жапония. Батареялардың болжалды ауданы теориялық тұрғыдан шамамен төрт шаршы шақырым болуы керек. 
Егер эксперименттер күн электр станциясы сияқты құбылыстың болуы мүмкін екенін көрсетсе, онда күн энергиясының негізгі ағыны осындай өнертабыстарды дамытудың айқын жолы болады. Егер экономикалық аспект, бастапқы кезеңде барлығын тоқтата алмайды. Өйткені, теориялық есептеулер бойынша, толыққанды күн электр станциясын орбитаға шығару үшін екі жүзден астам жүк тасығыш зымыран тасығыштарын ұшыру қажет. Сіздің ақпаратыңыз үшін, бар статистикаға сүйене отырып, ауыр жүк көлігінің бір ұшырылымының құны шамамен 0,5 - 1 миллиард долларды құрайды. Арифметика қарапайым және нәтижелер сенімді емес.
Алынған сома өте үлкен және ол тек бөлшектелген элементтерді орбитаға жеткізу үшін пайдаланылады, бірақ әлі де бүкіл құрылыс жиынтығын жинау қажет.
Айтылғандардың барлығын қорытындылайтын болсақ, ғарыштық күн электр стансасын құру уақыт талабы екенін атап өтуге болады, бірақ мұндай құрылымды жүзеге асырудан кейінгі бүкіл экономикалық ауыртпалықты көтере алатын алпауыт державалар ғана сала алады. процесінің.
Бұл фотоэлектрлік түрлендіргіштер - күн энергиясын тұрақты электр тогына түрлендіретін жартылай өткізгіш құрылғылар. Қарапайым тілмен айтқанда, бұл біз «күн батареялары» деп атайтын құрылғының негізгі элементтері. Мұндай батареялардың көмегімен олар ғарыш орбиталарында жұмыс істейді. жасанды спутниктерЖер. Мұндай батареялар Краснодарда - Сатурн зауытында жасалған. Зауыт басшылығы осы блогтың авторын қарауға шақырды өндірістік процессжәне ол туралы күнделігіңде айт.
1. Краснодардағы кәсіпорын Федералдық ғарыш агенттігінің құрамына кіреді, бірақ Сатурн 90-шы жылдары бұл өндірісті сақтап қалған Очаково компаниясына тиесілі. Очаковоның иелері акцияның бақылау пакетін сатып алды, ол американдықтарға дерлік кетті. «Очаково» осында қойды үлкен қаражат, сатып алынды заманауи жабдықтар, мамандарды сақтап қалды және қазір Сатурн екі көшбасшының бірі болып табылады Ресей нарығығарыш саласының қажеттіліктері үшін күн және қайта зарядталатын батареяларды өндіру - азаматтық және әскери. Сатурн алатын барлық пайда Краснодарда қалады және өндірістік базаны дамытуға жұмсалады.
2. Демек, бәрі осы жерден – сайт деп аталатын жерден басталады. газ фазасының эпитаксисі. Бұл бөлмеде газ реакторы бар, онда кристалды қабат германий субстратында үш сағат бойы өсіріледі, ол болашақ күн батареясының негізі болады. Мұндай қондырғының құны шамамен үш миллион еуроны құрайды.
3. Осыдан кейін субстрат әлі де өтуі керек ұзақ жол: фотоэлементтің екі жағына электрлік контактілер салынады (сонымен қатар жұмыс жағында контактіде «тарақ үлгісі» болады, оның өлшемдері максималды беруді қамтамасыз ету үшін мұқият есептелген. күн сәулесі), субстратта шағылысқа қарсы жабын пайда болады және т.б. - фотоэлемент күн батареясының негізіне айналғанға дейін әртүрлі қондырғыларда барлығы жиырмадан астам технологиялық операциялар.
4. Міне, мысалы, фотолитография қондырғысы. Мұнда фотоэлементтерде электрлік контактілердің «үлгілері» қалыптасады. Құрылғы берілген бағдарламаға сәйкес барлық әрекеттерді автоматты түрде орындайды. Мұнда фотоэлементтің фотосезімтал қабатына зиян келтірмейтін жарық қолайлы - бұрынғыдай, аналогтық фотосурет дәуірінде біз «қызыл» шамдарды қолдандық.
5. Шашырату қондырғысының вакуумында электрлік контактілер мен диэлектриктер электронды сәуленің көмегімен тұндырылады, сонымен қатар шағылысуға қарсы жабындар қолданылады (олар фотоэлемент тудыратын токты 30%-ға арттырады).
6. Ал, фотоэлемент дайын және күн батареясын жинауға кірісуге болады. Шиналарды кейінірек бір-бірімен қосу үшін фотоэлементтің бетіне дәнекерленген және а қорғаныш шыны, онсыз ғарышта радиациялық жағдайда фотоэлемент жүктемеге төтеп бере алмайды. Ал, шыны қалыңдығы небәрі 0,12 мм болса да, мұндай фотоэлементтері бар батарея орбитада ұзақ уақыт жұмыс істейді (жоғары орбиталарда он бес жылдан астам).
6а 
6б 
7. Фотоэлементтердің бір-бірімен электрлік қосылуы небәрі 0,02 мм қалыңдығы бар күміс контактілермен (олар барлар деп аталады) жүзеге асырылады.
8. Күн батареясы тудыратын қажетті желілік кернеуді алу үшін фотоэлементтерді тізбектей жалғайды. Тізбектей жалғанған фотоэлементтердің (фотоэлектрлік түрлендіргіштер – дұрыс) бөлімі осылай көрінеді.
9. Соңында күн батареясы жиналады. Мұнда батареяның бір бөлігі ғана көрсетілген - макет форматындағы панель. Қанша қуат қажет екеніне байланысты спутникте мұндай панельдер сегізге дейін болуы мүмкін. Қазіргі заманғы байланыс спутниктерінде ол 10 кВт-қа жетеді. Мұндай панельдер спутникке орнатылады, ғарышта олар қанатындай ашылады және олардың көмегімен біз спутниктік теледидарды көреміз, спутниктік Интернетті, навигациялық жүйелерді қолданамыз (ГЛОНАСС спутниктері Краснодар күн батареяларын пайдаланады).
9а 
10. Ғарыш кемесі Күнмен жарықтандырылған кезде, күн батареясы өндіретін электр энергиясы ғарыш аппаратының жүйелерін қуаттандырады, ал артық энергия батареяда сақталады. Ғарыш кемесі Жердің көлеңкесінде болған кезде құрылғы батареяда сақталған электр қуатын пайдаланады. Никель-сутекті аккумулятор жоғары энергия сыйымдылығы (60 Вт сағ/кг) және дерлік сарқылмайтын ресурсы бар ғарыш аппараттарында кеңінен қолданылады. Мұндай батареяларды шығару Сатурн зауытының жұмысының тағы бір бөлігі болып табылады.
Бұл суретте никель-сутекті аккумуляторды құрастыруды II дәрежелі «Отанға сіңірген еңбегі үшін» орденінің иегері Панин Анатолий Дмитриевич жүргізеді.
10а 
11. Никель-сутекті аккумуляторларды құрастыру алаңы. Батареяның мазмұны корпусқа орналастыру үшін дайындалған. Толтыру сепаратор қағазымен бөлінген оң және теріс электродтар болып табылады - оларда энергияның өзгеруі және жинақталуы жүреді.
12. Вакуумда электронды сәулемен дәнекерлеуге арналған қондырғы, оның көмегімен аккумулятор корпусы жұқа металдан жасалған.
13. Аккумулятор корпустары мен бөлшектерінің соққыға сыналатын цех бөлімі Жоғарғы қан қысымы.
Аккумулятордағы энергияның жинақталуы сутегінің пайда болуымен және батареяның ішіндегі қысымның жоғарылауымен бірге жүретіндіктен, ағып кетуді тексеру аккумуляторды өндіру процесінің ажырамас бөлігі болып табылады.
14. Никель-сутегі батареясының корпусы өте жақсы маңызды детальғарышта жұмыс істейтін бүкіл құрылғының. Корпус 60 кг с/см 2 қысымға есептелген, сынау кезінде 148 кг с/см 2 қысымда жарылу орын алды.
15. Сыналған аккумуляторлар электролитпен және сутегімен зарядталады, содан кейін олар пайдалануға дайын болады.
16. Никельді-сутекті аккумулятордың корпусы арнайы металл қорытпасынан жасалған және механикалық берік, жеңіл және жоғары жылу өткізгіштікке ие болуы керек. Батареялар ұяшықтарға орнатылған және бір-біріне тимейді.
17. Қайта зарядталатын аккумуляторлар және олардан құрастырылған аккумуляторлар қондырғыларда электрлік сынақтан өтеді. меншікті өндіріс. Ғарышта енді ештеңені түзету немесе ауыстыру мүмкін болмайды, сондықтан мұнда әрбір өнім мұқият тексеріледі.
17а 
17б 
18. Барлық ғарыштық техника ғарыш аппаратын орбитаға шығару кезінде жүктемелерді имитациялайтын діріл стендтерін пайдалана отырып, механикалық сынақтан өтеді.
18а 
19. Жалпы, Сатурн зауыты ең қолайлы әсер қалдырды. Өндіріс жақсы ұйымдастырылған, шеберханалары таза және жарық, жұмыс істейтін адамдар білікті, мұндай мамандармен араласу, кем дегенде, белгілі бір дәрежеде біздің кеңістікке қызығушылық танытатын адам үшін ғанибет және өте қызықты. Сатурнды қалдырды тамаша көңіл-күйде- Бұл жерде олар бос сөзбен айналыспайтын және қағаз тасымалдамайтын, бірақ нақты, байыпты жұмыс істейтін, басқа елдердегі ұқсас өндірушілермен сәтті бәсекелесетін жерді қарау әрқашан жақсы. Бұл Ресейде көбірек болады.
Фотосуреттер: © drugoi
P.S. Очаководағы маркетинг жөніндегі вице-президенттің блогы
Жүктелуде...
