Küsimus:
Kui kaugel Päikesest saab päikeseenergiat usaldusväärse energiaallikana kasutada?
JohnB
2013-07-22 15:35:33 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Meie päikesesüsteemi kaugele suunduvad kosmosesondid toetuvad energia saamiseks radioisotoopide termoelektrigeneraatoritele ( Cassini – Huygens, Voyager 1, Voyager 2).

Arvatavasti on see tingitud sellest, et päikeseenergiat pole Päikesest suurel kaugusel võimalik teostada. Mis on praeguse olemasoleva tehnoloogia olemasolul "ohutu tsoon", mida päikesepaneele saab kasutada usaldusväärse allikana kosmoseaparaadi käitamiseks?

Kas kasutada meie praegust tehnoloogiat või eeldada, et suudame rakendada 100% kõigist, mis on jõudnud kindla kauguseni?
Kasutades @RhysW eelistatavalt meie praegust tehnoloogiat, eeldamata teoreetilist täiuslikkust. Ma värskendan oma küsimust
Vt ka [* see küsimus on seotud RTG ohutuse ja alternatiividega päikesesüsteemi uurimiseks *] (http://space.stackexchange.com/questions/17/are-there-any-safe-to-launch-alternatives-to- rtgs-välise-päikesesüsteemi-uurija jaoks).
Vt ka [* see küsimus kontsentreeritud päikeseenergia kohta *] (http://space.stackexchange.com/questions/110/what-is-the-status-of-concentrated-solar-energy-cse-in-space-exploration ).
Seotud: http://physics.stackexchange.com/questions/36041/how-far-from-the-sun-is-a-photovoltaic-effective
Kaks vastused:
#1
+12
gerrit
2013-07-22 16:32:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Päikese fotogalvaaniliste elementidega (kontsentraatoreid arvestamata) on välises päikesesüsteemis vähemalt kaks probleemi: päikese väike võimsus ja rakkude madal temperatuur.

Cassini missioonil Saturni (9–10 AU päikesest) uuris NASA alternatiivina päikest. Nad arvutasid välja vajaliku pinna ja jõudsid järeldusele, et vajalike päikesepaneelide massi tulemuseks on kosmoseaparaat, mille mass ületab kõike, mida on võimalik olemasoleva tehnoloogia abil käivitada, ja pärsib tõsiselt manööverdusvõimet. Nad jõudsid järeldusele, et see oleks olnud võimalik, kuid teaduskulud oleksid liiga kõrged:

Alates Cassini keskkonnamõju avalduse peatükist 2, lk 2–53. Ühe alternatiivse konfiguratsiooni korral suurendas

Selle suurusega massiivi lisamine koos teiste päikeseenergia rakendamiseks vajalike muudatustega kosmoseaparaadi kuivmassi 1337 kg (2948 naela) võrra. Raketikütuste, Huygens Probe ja stardiadapteri massiga suureneks kosmoseaparaadi kogu mass 7228 kg-ni (15 935 naela), ületades kaugelt Titan IV (SRMU) / kentauri 6223 kg (13 743 naela) stardivõimsust ) Saturni trajektoori (JPL 1994a) jaoks.

või teise puhul

Massiivide suuruse veelgi vähendamiseks kasutage saadaolevat võimsust teadusinstrumentidele vähendati 50 protsenti. Kuna suured päikesepaneelid (397 m² [4269 jalga²] ja 585 kg [1290 naela]) tekitasid suure inertsimomendi tõttu 2 (JPL 1994a), kulub aeg, mis kulub kosmoseaparaadi pööramiseks ja manööverdamiseks Saturni süsteemi uurimisel suureneks kompaktse RTG-mootoriga kosmosesõidukiga 4–18 korda. Sellest tulenev mõju missiooni teaduseesmärkidele oleks tõsine ja hõlmaks pikemat aega pildimosaiikide jaoks, ebapiisavat pöörlemiskiirust väljade ja osakeste instrumentide jaoks, vähendatud pilti eraldusvõime, mis on tingitud sihtmärgi liikumise ebapiisavast kompenseerimisest, instrumendi vaatlusaja kaotusest pöörete ajal Maaga suhtlemiseks ja ebapiisavast pöörlemiskiirusest, et toetada Titani pilves varjatud pinna radarvaatlust.

Hiljuti kaks missioonidel Jupiterisse (4.9–5.5 AU päikeselt) kasutatakse päikesemassiive: NASA Juno sõidab praegu (2013) Jupiterisse, mis peaks saabuma 2016. aasta augustis. ESA Juice on käivitatakse 2022. aastal. Mõlemad kasutavad päikeseenergiat ja on seni kõige kaugemal asuvad kosmoseaparaadid.

Selles loos on veel üks kahetsusväärne aspekt. Poliitika ja rahastamine. Missioonikujunduses valite * paljudel juhtudel RTG-d Jupiteri ja mujalgi. Eelised on valdavad. Rahastamine ei võimalda seda aga alati. Juno kasutab päikesemassiive * raha säästmiseks *. Unustage inseneritöö. Pealegi ei võimalda ESA missioonid RTG-sid. See on Euroopas meeletu poliitiline segadus, nii et ESA süvakosmose värk kasutab alati midagi muud. Juice'i puhul pole selle otsuse taga jällegi tehnilist põhjendust.
@ernestopheles Kuidas pole kulud missiooni kujundamise keerukas aspekt? Ja on häid põhjuseid, miks ESA ei luba RTG-sid; [Plutoonium pole naljakas] (http://space.stackexchange.com/q/17/33). Marss 86 mädaneb ikka veel kusagil Andides koos oma ülimürgise Plutooniumiga ja kui selline õnnetus, mis hiljuti juhtus Glonassi kandva raketiga Proton, juhtub siis, kui pardal on 5 kg Plutooniumi, on puhastuskulud tohutud ja kes teab, kuidas paljud inimesed haigestuvad vähki. Minu linkitud küsimuses lingitud NASA EIS-i avaldused sisaldavad rohkem üksikasju.
Muidugi võib arutada plusse ja miinuseid ning RTG-del on kindlasti insenertehnilisi eeliseid. Kuid ma ei ole nõus, et tehnilist põhjendust pole. Ohutus on tehniline küsimus. Valik tasakaalu kulude, ohutuse, teaduslike eeliste jms vahel on lõppkokkuvõttes poliitiline, kuid asjakohased on sellised tehnilised aspektid nagu NASAs EIS-ides esitatud.
Eetilisest aspektist olen nõus. Tehnilisest aspektist olen üks neist "lobitöödest", et võimaldada RTA-sid ESA missioonidel igal võimalusel. See on natuke imelik, ma tean. Ka ohutus on probleem, kuid see on pigem kanderaketi ja inimeste töö, kes teevad oma tööd õigesti. See on ülekaalukalt parim võimalik tehnoloogia, miks mitte seda kasutada, riskida ja professionaalselt hakkama saada? (Ma arvan, et peaksime selle arutelu sellest kohast maha võtma ...)
Mulle meeldiks näha korralikult dokumenteeritud vastust [sellele asjakohasele küsimusele] (http://space.stackexchange.com/q/24/33)!
#2
+8
mins
2015-01-16 04:22:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Arvatavasti on see tingitud sellest, et päikeseenergiat pole Päikesest suurel kaugusel võimalik teostada.

Päikeseenergiat on võimalik kasutada seni, kuni massiivid saavad koguse fotovoltielemendi töötasemest suurem energia. See hõlmab kogu päikesesüsteemi. Päikeseelementide kasutatavus madala intensiivsusega pidevalt paraneb.

Aga eks ... ainult vähese energia kogumisest ei piisa esialgu ühegi kosmosesondi käitamiseks.


Praeguse voolu korral saadaolev tehnoloogia, mida peetakse "ohutuks tsooniks", mida päikesepaneele saab kasutada usaldusväärse allikana kosmoseaparaadi käitamiseks?

Konkreetseks missiooniks vajaliku energia saab reguleerimise abil päikesemassiivide suurus, kuid sellel reguleerimisel on ülemine piir. Teine viis tõhusamate lahtrite kasutamiseks:

Wikipediast:

enter image description here
Suurem pilt.

"Elementide efektiivsust mõõdetakse standardsetes katsetingimustes (STC), kui ei ole sätestatud teisiti. STC määrab temperatuuri 25 ° C ja kiirgustiheduse 1000 W / m² õhumassiga 1,5 (AM1. 5) spekter. [...] See tähistab päikese keskpäeva Ameerika Ühendriikide mandriosa kevad- ja sügispäevade lähedal raku pinnaga, mis on suunatud otse päikesele. "

Rakud töötavad väljaspool STC on väga hea, niipea kui projekteerimisel võetakse arvesse töötingimusi:

"Planeedi sisemissioonid ja missioonid päikese uurimiseks mõne päikeseraadiusega vajavad päikesekiirgust, mis talub temperatuuri üle 450 ° C ja toimib suure päikese intensiivsusega (HIHT). Planeedi välised missioonid vajavad päikesemassiive, mis võivad töötada madalal päikese intensiivsusel ja madalatel temperatuuridel (LILT). Lisaks päikeselähedastele missioonidele toimuvad ka Jupiteri ja selle kuude missioonid vajavad päikesekiirgust, mis talub kõrget kiirgust. " (Allikas: kosmose päikesepatareid ja massiivid - Bailey, Raffaelle)

Samuti on erinevad võimalused valguse kontsentreerimiseks rakkudele, et vältida madala intensiivsusega efektiivsuse lagunemist ja saada rohkem energiat samast rakupiirkonnast:

Päikesemassiivide praktiline kasutatavus kosmoses

Üldiselt on selles Nasa uuringus (2007) eeldatud, et päikesepulgad on praktiliselt kasutatavad Jupiteri orbiidini (5,2 AU, Ultraflex tooted) ja Saturn (10 AU) missioon on saavutatav lähiajal.

enter image description here
(Juno missioon Jupiterile)

"Lähiajalised ultraflexi massiivid ja Kunstilised mitme ristmikuga elemendid võivad pakkuda väikese võimsusega (200–300 W) missioone kuni 10 AÜ. "

Siiski tuleb arvestada mitmete teguritega.


Päikesemassiivide suurus

Päikesest mingil kaugusel saadav energiahulk juhitakse pöördnurkseadusega. Lisateabe saamiseks vaadake seda küsimust aadressil Physics.SE:

"PV töötab suurepäraselt Maa lähedal, 1 AU kaugusel Päikesest, kus me saame umbes 1400 W ruutmeeter [...] Saturnist, mis on peaaegu 10 AÜ kaugusel Päikesest, on 1 / 100. võimsus. Hea, kui kosmoseaparaat kannab 100 korda suuremaid päikesemassiive kui Maa lähedal. " - For Juno missioon: "Selle 45 m² tasapinnaline massiiv toodab 9,6 kW BOL 1 AU ja 414 W 5,5 AU"

BOL / elu algus: rakkude efektiivsus väheneb aja jooksul, kuna nad puutuvad kokku kiirgusega (prootonid, UV, IR jne).

Esimene probleem tekib massiivide suuruse osas, et anda vajalikku elektrienergiat ja kas kosmoseaparaat mahutab sellise suurusega või mitte.

Varjutus

Taevakeha ümber orbiidil olev kosmoselaev ei saa selle keha taga päikesevalgust. Vaja on teatavat energiasalvestuse keskmist.

enter image description here
(Allikas: Britannica)

Planeedialbedo

Taevakeha võib sondimassiividesse peegeldada päikesevalgust, suurendades energia tootmist.

Massiivide tugevus

Massiivid võivad käivitamise ajal hävida või orbiidil prahi poolt. Kui need suuremad, on nende vastupidavust ilma süsteemi massi lisamata keeruline säilitada.

Käivitamise maksumus

Mida suurem on vajalik energia või edasi kosmoseaparaat Päikesest, seda kallimad on massiivid nende suuruse tõttu. Samuti mõjutab stardi maksumust vastava massi kõikumine.

Ühel hetkel muutuvad teiste energiaallikate ehitamine ja käivitamine odavamaks.

Maksimaalne voolutugevus

Kui missioon vajab rohkem voolu, kui massiivid suudavad toota, ja see ei sobi massiivide suuruse suurendamiseks, siis tuleb energiat salvestada massiivi kiirusel tarnitava kiirusega, seejärel tarbida suurema kiirusega, kuni aku on tühi, ja siis oodake, kuni aku uuesti laaditakse.

Katkendlik töötamine võib olla vastuvõetav või mitte. Lisaks väheneb aku efektiivsus aja jooksul ja tolm või raketikütus võivad päikese kiirgust summutada. Pikad missioonid ei pruugi neid probleeme lahendada.



See küsimus ja vastus tõlgiti automaatselt inglise keelest.Algne sisu on saadaval stackexchange-is, mida täname cc by-sa 3.0-litsentsi eest, mille all seda levitatakse.
Loading...