Estos dispositivos semiconductores convierten la energía solar en corriente eléctrica continua. En pocas palabras, estos son los elementos principales del dispositivo que llamamos "paneles solares". Con la ayuda de tales baterías, los satélites artificiales de la Tierra operan en órbitas espaciales. Tales baterías se fabrican aquí en Krasnodar, en la planta de Saturno. Vamos allí para un recorrido.
Fotos y texto de Rustem Adagamov
La empresa en Krasnodar es parte de la estructura de la Agencia Espacial Federal, pero Saturno es propiedad de la compañía Ochakovo, que literalmente salvó esta producción en los años 90. Los propietarios de Ochakovo compraron una participación mayoritaria, que casi pasó a manos de los estadounidenses.
Aquí se invirtieron grandes sumas de dinero y equipo moderno, y ahora Saturno es uno de los dos líderes en mercado ruso producción de baterías solares y de almacenamiento para las necesidades industria espacial- civiles y militares. Todo el beneficio que recibe Saturno se queda aquí en Krasnodar y se destina al desarrollo de la base de producción.
Entonces, todo comienza aquí, en el sitio de los llamados. epitaxia en fase gaseosa. En esta sala hay un reactor de gas, en el que se cultiva una capa cristalina sobre un sustrato de germanio durante 3 horas, que servirá de base para una futura fotocélula. El costo de tal instalación es de unos 3 millones de euros:
Después de eso, el sustrato todavía tiene un largo camino por recorrer: los contactos eléctricos se aplicarán a ambos lados de la fotocélula (además, en el lado de trabajo, el contacto tendrá un "patrón de peine", cuyas dimensiones se calculan cuidadosamente para garantizar el máximo paso de la luz solar), aparecerá una capa antirreflectante en el sustrato, etc. - más de dos docenas operaciones tecnológicas en varias instalaciones antes de que la fotocélula se convierta en la base del panel solar.
Por ejemplo, instalación de fotolitografía. Aquí, en las fotocélulas, se forman "patrones" de contactos eléctricos. La máquina realiza todas las operaciones automáticamente, de acuerdo con un programa dado. Aquí, la luz es apropiada, lo que no daña la capa sensible a la luz de la fotocélula; como antes, en la era de la fotografía analógica, usábamos lámparas "rojas" ^
En el vacío de la instalación de sputtering se aplican contactos eléctricos y dieléctricos mediante haz de electrones, así como se aplican recubrimientos antirreflejos (aumentan en un 30% la corriente generada por la fotocélula):
Bien, la fotocélula está lista y puedes empezar a montar la batería solar. Los neumáticos se sueldan a la superficie de la fotocélula para luego conectarlos entre sí, y se les pega un vidrio protector, sin el cual en el espacio, en condiciones de radiación, la fotocélula puede no soportar cargas. Y es que, aunque el grosor del cristal es de tan solo 0,12 mm, una batería con estas fotocélulas funcionará mucho tiempo en órbita (más de 15 años en órbitas altas).
La conexión eléctrica de las fotocélulas entre sí se realiza mediante contactos de plata (se les llama vástago) de tan solo 0,02 mm de espesor.
Para obtener el voltaje deseado en la red, producido por la batería solar, las fotocélulas se conectan en serie. Así es como se ve una sección de fotocélulas conectadas en serie (convertidores fotovoltaicos, así es):
Finalmente, se ensambla el panel solar. Aquí solo se muestra una parte de la batería: el panel en formato de diseño. Puede haber hasta ocho paneles de este tipo en el satélite, dependiendo de cuánta energía se necesite. En los satélites de comunicación modernos, alcanza los 10 kW. Los paneles se montarán en un satélite, se abrirán en el espacio como alas y con su ayuda veremos la televisión por satélite, utilizaremos Internet por satélite, sistemas de navegación (los satélites GLONASS utilizan paneles solares de Krasnodar):
Cuando la nave espacial es iluminada por el Sol, la electricidad generada por la batería solar alimenta los sistemas del aparato y el exceso de energía se almacena en la batería. Cuando la nave espacial está a la sombra de la Tierra, la nave espacial utiliza la electricidad almacenada en la batería. Batería de hidrógeno de níquel, que tiene una alta intensidad energética (60 Wh/kg) y un recurso casi inagotable, es ampliamente utilizado en naves espaciales. La producción de este tipo de baterías es otra parte del trabajo de la planta de Saturno.
En esta imagen, el montaje de una batería de níquel-hidrógeno está siendo realizado por Anatoly Dmitrievich Panin, poseedor de la medalla de la Orden al Mérito de la Patria, grado II:
Sitio de ensamblaje de baterías de níquel-hidrógeno. Se está preparando el relleno de la batería para su colocación en el estuche. El relleno son electrodos positivos y negativos separados por papel separador - en ellos tiene lugar la transformación y acumulación de energía:
Instalación para soldadura por haz de electrones en un vacío con el que la caja de la batería está hecha de metal delgado:
Una sección del taller donde se prueban las cajas y las partes de los acumuladores para determinar el efecto del aumento de la presión. Debido al hecho de que la acumulación de energía en la batería va acompañada de la formación de hidrógeno y la presión dentro de la batería aumenta, las pruebas de fugas - una parte integral de proceso de fabricación de la batería:
El cuerpo de una batería de níquel-hidrógeno es una parte muy importante de todo el dispositivo que opera en el espacio. La caja está diseñada para una presión de 60 kg s/cm 2, durante las pruebas la ruptura ocurrió a una presión de 148 kg s/cm 2:
Las baterías probadas para determinar su resistencia se llenan con electrolito e hidrógeno, después de lo cual están listas para usar:
El cuerpo de una batería de níquel-hidrógeno está hecho de una aleación especial de metales y debe ser mecánicamente fuerte, liviano y tener una alta conductividad térmica. Las baterías están instaladas en celdas y no se tocan entre sí:
Los acumuladores y baterías ensamblados a partir de ellos se someten a pruebas eléctricas en instalaciones producción propia. En el espacio, será imposible reparar o reemplazar nada, por lo que cada producto se prueba cuidadosamente aquí.
Toda la tecnología espacial se somete a pruebas de impactos mecánicos mediante soportes vibratorios que simulan cargas durante el lanzamiento astronave en órbita.
En general, la planta de Saturno causó la impresión más favorable. La producción está bien organizada, los talleres son limpios y brillantes, la gente está calificada, es un placer y muy interesante comunicarse con tales especialistas para una persona que, al menos hasta cierto punto, está interesada en nuestro espacio. Dejé Saturn de muy buen humor: siempre es agradable ver un lugar donde no se involucran en charlas vacías y no cambian papeles, sino que hacen negocios reales y serios, compiten con éxito con los mismos fabricantes en otros países. Habría más de esto en Rusia.
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SUSTANCIA: la invención se refiere a los sistemas de energía de los objetos espaciales basados en la conversión directa de la energía solar radiante en electricidad, y puede utilizarse para crear baterías solares rentables de gran superficie. Esencia: en una batería solar espacial que contiene un marco de soporte, fotocélulas colocadas en él, incluidos dos electrodos conductores separados por un espacio, uno de los cuales se hace translúcido, un revestimiento de materiales con una función de trabajo menor que la función de trabajo del material del electrodo se coloca en la superficie interna, y el tamaño del espacio no excede el camino libre medio de los fotoelectrones. 5 malos.
SUSTANCIA: la invención se refiere a los sistemas de energía de los objetos espaciales basados en la conversión directa de la energía solar radiante en electricidad, y puede utilizarse para crear paneles solares espaciales (SB) de un área grande. Se conocen celdas solares que contienen un marco, fotocélulas colocadas en él, incluidos dos electrodos conductores separados por un espacio, uno de los cuales está hecho translúcido Baterías solares basadas en estructuras semiconductoras varios tipos tener una eficiencia de conversión suficientemente alta energía solar . Las desventajas de los SB conocidos basados en el efecto fotoeléctrico interno son la complejidad de la estructura de la celda solar con el uso de materiales escasos en ella, por ejemplo, arseniuro de galio; la limitación fundamental desde abajo del grosor de la célula solar debido a la estructura multicapa, especialmente de separación gradual, del convertidor que utiliza sustratos, varios revestimientos ópticos y protectores y, como resultado, la masa relativamente grande de la célula solar, que supera la masa del marco SB hecha de materiales de alta resistencia; sensibilidad a los efectos del entorno espacial, en particular a la radiación corpuscular, que provoca una rápida degradación del rendimiento, reduciendo el recurso. Como resultado, estas deficiencias conducen a un alto costo de la electricidad generada por dichos paneles solares. Lo más cercano a la solución técnica propuesta es una batería solar espacial elegida como prototipo, que contiene un marco de soporte, fotocélulas colocadas en él, incluidos dos electrodos conductores separados por un espacio, uno de los cuales se hace translúcido. una capa homo o heteroestructural ( s), sobre los que se depositan los electrodos (por ejemplo, ópticos y de barrera) y los recubrimientos necesarios. Los elementos colectores de corriente se pueden fabricar en forma de delgadas rejillas conductoras formadas en las superficies de los electrodos. El marco de soporte es una estructura de armadura hecha de elementos de varilla de fibra de carbono de alta resistencia, por ejemplo, sobre los cuales se estira FEP en forma de paneles flexibles sobre un sustrato de malla, fijado al marco a lo largo de la periferia. El conocido SB tiene una eficiencia suficientemente alta (prácticamente hasta un 15-20%) y un pequeño espesor de paneles SB flexibles (hasta 100-200 micras), lo que facilita el almacenamiento, transporte y despliegue del SB en condiciones de trabajo. , por ejemplo, de un rollo. Las desventajas de la conocida SB ya se han señalado anteriormente, típicas de las células solares semiconductoras. Estas deficiencias, como resultado, se expresan en características de energía específica insuficientemente altas (la potencia no supera los 0,2 kW / kg o 0,16 kW / m 2) y características operativas y tecnológicas (gravedad específica significativa de SB debido a FEP, complejidad de fabricación, sensibilidad a impactos cósmicos, etc.), lo que conlleva un incremento del coste de generación de electricidad a partir de este tipo de SB. El objetivo de la invención es aumentar la potencia eléctrica específica por unidad de masa aumentando al mismo tiempo la resistencia a las influencias externas en el espacio exterior. Este objetivo se logra por el hecho de que en una batería solar espacial que contiene un marco de soporte, se colocan fotocélulas, incluidos dos electrodos conductores separados por un espacio, uno de los cuales se hace translúcido, en la superficie interna de uno de los electrodos hay un revestimiento de un material con una función de trabajo que es menor que el trabajo a la salida de su material, y el tamaño del espacio no excede el camino libre medio de los fotoelectrones. La esencia de la invención radica en el uso en el diseño de la SB propuesta, en contraste con principios tradicionales efecto fotoeléctrico externo, mientras que uno de los electrodos conductores funciona como un fotocátodo, desde el cual los fotoelectrones pueden eliminarse principalmente en la dirección de la luz incidente desde la superficie de sombra de la película, o en la dirección opuesta de la superficie iluminada de la película película. Los fotoelectrones son capturados por otra película con un electrodo conductor, que actúa como ánodo. Dado que las películas de cátodo y ánodo están hechas de materiales con diferentes funciones de trabajo de los electrones, entonces cuando el SB se expone a un flujo de luz, se establece una cierta diferencia de potencial de equilibrio entre las películas (FEM del orden de 0,6-0,8 V), siempre que el espacio entre las películas sea menor que la longitud del camino libre de los fotoelectrones en el medio del espacio (esta condición se cumple para el vacío espacial con un campo magnético externo débil). Lo más importante es que las películas conductoras (incluidas las metálicas) pueden fabricarse mucho más delgadas que los paneles semiconductores SB del orden de 0,5 micras o menos, por lo que las características específicas de la SB propuesta resultan muy superiores a las de la SB tradicional. . Además, la sensibilidad de las características electrofísicas de la SB propuesta a los efectos de los factores del entorno espacial (micrometeoritos, radiación corpuscular) es mucho más débil. La producción de películas y el ensamblaje de SB a partir de ellas en un marco de soporte son tecnológicamente simples, y las condiciones de baja gravedad (ingravidez) permiten crear SB ligeros de un área muy grande y, en consecuencia, potencia. La realización preferida del SB propuesto es el diseño, donde cada una de las películas con un electrodo conductor se realiza en forma de tiras aisladas entre sí, y las tiras de diferentes películas en pares forman secciones del convertidor fotoeléctrico, combinadas en un circuito en serie, en el que cada tira trasera de una de las secciones del convertidor está conectada eléctricamente con la tira orientada hacia el Sol de la sección adyacente del convertidor, y los elementos colectores de corriente están conectados eléctricamente con la tira trasera en un extremo del circuito y con la tira orientada hacia el Sol en el extremo opuesto del circuito. Este diseño tiene una mayor capacidad de fabricación en la construcción de un SB de gran área. Al mismo tiempo, un diseño de SB de este tipo permite reducir la cantidad de corriente que fluye a través de las secciones de la celda solar, por unidad de potencia generada, y por lo tanto reduce el espesor de la película, es decir, reduce aún más el peso de la SB. En el SB propuesto, se aplica un recubrimiento a la superficie de una película con un electrodo conductor (fotocátodo), que reduce la función de trabajo de los electrones de esta película. Esto se puede hacer, por ejemplo, oxidando una película de metal adecuada (por ejemplo, aluminio). Cuando el ánodo se encuentra encima del fotocátodo, el primero debe ser translúcido, por lo tanto, en esta opción La película conductora SB propuesta, orientada hacia el Sol, puede estar hecha de una estructura perforada o de malla con el menor sombreado posible de la película catódica. La esencia de la invención se ilustra mediante dibujos, donde la figura 1 muestra un diagrama de la SB con un fotocátodo de película orientado hacia el Sol; la figura 2 muestra un diagrama de la SB con un fotocátodo en la superficie posterior; la figura 3 muestra diagrama de circuito SB con seccionamiento; la figura 4 muestra el circuito eléctrico equivalente de la SB; la figura 5 muestra una variante del diseño de la SB. Como se muestra en la figura 1, el SB contiene colocado en el marco dieléctrico portador 1 una película conductora, una de las cuales sirve como un cátodo de fotoemisión 2 y la otra como un ánodo 3. La película 2 está ubicada a lo largo de la superficie orientada al flujo de luz solar. 4. La película conductora a través de los elementos colectores de corriente 5 se puede conectar a la carga 6. Según otra versión del SB que se muestra en la figura 2, el fotocátodo 2 se puede ubicar a lo largo de la superficie posterior y la película del ánodo 3 es translúcida, en particular perforado o realizado en forma de malla de alambre fino. Los materiales de los electrodos pueden ser metales como aluminio, plata, oro, platino, algunas aleaciones, óxidos de metales alcalinos y otros compuestos. trabajo varios El rendimiento de electrones se obtuvo para películas del mismo metal debido a la oxidación de una de ellas u otro tratamiento superficial. Como se muestra en la figura 3, las películas de ánodo y cátodo se pueden hacer en forma de tiras 7 y 8 aisladas entre sí, y las tiras de un tipo (ánodo) están conectadas eléctricamente a las tiras de otro tipo (cátodo) a lo largo del juntas de contacto (costuras) 9 de modo que aquí el FEP de un área grande es un sistema (cadena) de secciones generadoras de energía conectadas en serie de 10 tamaños más pequeños. Cada sección aumenta el voltaje aplicado a la carga 6 de acuerdo con el diagrama de circuito eléctrico equivalente que se muestra en la Fig.4. Como se muestra en la Fig. 5, constructivamente SB con el esquema según la Fig. 3 puede contener un marco plegable o prefabricado con elementos de soporte longitudinales 11 y transversales 12. Los fragmentos de FEP 13 en forma de tiras unidas de diferentes tipos se estiran sobre el marco con su paso a través de los elementos transversales 12 y la fijación a lo largo de los bordes en los mismos elementos 12, por ejemplo, utilizando tejidos elásticos dieléctricos (rejillas, tirantes, etc. .) 14. La rigidez de la SB en estado desplegado es proporcionada por las estrías 15, apretando los extremos de los elementos de varilla longitudinal 11, articulados en sus partes centrales. El funcionamiento y operación de la SB según la invención se realiza de la siguiente manera. Ya sea todo el SB en forma plegada, o sus fragmentos, que luego se ensamblan en sistema único. Desplegado en condiciones de trabajo, SB está orientado hacia el Sol con una de sus superficies de película, dependiendo del tipo de fotocátodo (ver Fig. 1 y 2). Debido a la resultante emisión electrónica aparece un campo eléctrico en el espacio entre las películas, creando una diferencia de potencial entre las películas del ánodo y el cátodo, igual a la diferencia en las funciones de trabajo de estas películas. Cuando se conecta al SB a través de los elementos colectores de corriente 5 de alguna carga 6, surge una corriente eléctrica en el circuito FEP, que proporciona a la carga la electricidad necesaria. El área preferida de aplicación de los SB propuestos es alta, en particular las órbitas geoestacionarias, donde el impacto de la atmósfera, el campo magnético del planeta y su gradiente gravitatorio es mínimo, lo que permite crear SB de un área muy grande y , en consecuencia, de alta potencia. La eficiencia técnica y económica de la invención propuesta puede confirmarse mediante las siguientes estimaciones. Se sabe que la eficiencia de conversión de energía con un efecto fotoeléctrico externo es de 2-10% Considerando que la potencia del flujo de luz solar cerca de la Tierra es de aproximadamente 1,4 kW/m 2 , la potencia eléctrica generada por una unidad de la superficie SB será de unos 0,051400 70 W/m 2 , si tomamos una eficiencia del 5 % Esta cifra es notablemente peor que la de los SB de silicio de serie, donde se alcanzan los 110 W/m 2 . Sin embargo, el grosor de la película se puede ajustar a 0,5 µm. Entonces la masa de 1 m 2 de una película, por ejemplo, de aluminio será 110,510 -6 2,710 3 1,3510 -3 kg 1,35 g para un espesor de 0,5 micras. A partir de aquí, la potencia eléctrica específica (en peso del FEP), teniendo en cuenta el uso de dos películas, será Para un FEP con una masa específica de 25-10 g/m 2 , la potencia eléctrica específica del SB será ser 
Este indicador principal de la SB propuesta es casi 20 veces mayor que el mismo indicador para SB semiconductores prometedores, que alcanza los 200 W/kg, y la implementación de la SB propuesta no requiere materiales escasos y tecnologías complejas, ya que la producción de muy delgada películas conductoras es un proceso prácticamente dominado. El costo de crear los SB propuestos debe esperarse al nivel del costo de ponerlos en órbita, y dado que este último es proporcional a la masa de los SB, la ganancia en el costo de generar electricidad usando los SB propuestos se vuelve bastante obvia. . Además, los SB propuestos se caracterizan por una vida útil más larga y requisitos operativos menos estrictos. Los SB propuestos permiten la posibilidad de su uso efectivo como órganos de control (vela solar) para la orientación y corrección de la órbita de los objetos espaciales. Las perspectivas de mejora de los SB propuestos se asocian principalmente con la creación de películas conductoras muy finas (menos de 0,1 μm) y marcos portadores ultraligeros. Se están llevando a cabo investigaciones relevantes en el campo de los dispositivos de tipo "vela solar". Fuentes de información 1. Koltun M.M. Células solares. M. Science, 1987, págs. 136-154. 2. Grilikhes V.A. y otros Energía solar y vuelos espaciales. M. Ciencia, 1984 str.144 (prototipo).
Baterías y paneles solares, paneles solares, energía alternativa, energía solar
En los primeros satélites de la Tierra, los equipos consumían potencias de corriente relativamente pequeñas y su tiempo de operación era muy corto. Por lo tanto, como las primeras fuentes de energía espacial, ordinarias acumuladores.
Como sabes, en un avión o automóvil, la batería es una fuente de corriente auxiliar y funciona en conjunto con un generador de máquina eléctrica, desde el cual se recarga periódicamente.
Las principales ventajas de las baterías son su alta fiabilidad y su excelente rendimiento. La principal desventaja de las baterías es gran peso con bajo consumo de energía. Por ejemplo, una batería de plata-zinc con una capacidad de 300 Ah pesa alrededor de 100 kg. Esto significa que con una potencia actual de 260 vatios (consumo normal en un satélite tripulado "Mercury"), dicha batería funcionará durante menos de dos días. El peso específico de la batería, que caracteriza la perfección ponderal de la fuente de corriente, será de unos 450 kg/kW.
Por lo tanto, una batería como fuente de corriente autónoma se ha utilizado en el espacio hasta ahora solo con un bajo consumo de energía (hasta 100 W) con una vida útil de varias decenas de horas.
Los grandes satélites automáticos de la Tierra, saturados con una variedad de equipos, requerían fuentes de corriente más potentes y livianas con una vida útil muy larga, hasta varias semanas e incluso meses.
Tales fuentes de corriente eran puramente generadores espaciales: células fotovoltaicas semiconductoras que funcionan según el principio de convertir la energía luminosa de la radiación solar directamente en electricidad. Estos generadores se llaman paneles solares .
Ya hemos hablado del poder de la radiación térmica del Sol. Recuérdese que fuera de la atmósfera terrestre, la intensidad de la radiación solar es bastante significativa: el flujo de energía que incide en la superficie perpendicular a los rayos del sol es de 1340 vatios por 1 mg. Esta energía, o más bien, la capacidad de la radiación solar para crear energía fotoeléctrica efectos, se utiliza en baterías solares. El principio de funcionamiento de una batería solar de silicio se muestra en la fig. treinta.
La delgada oblea consta de dos capas de silicio con diferentes propiedades físicas. Capa interna es silicio monocristalino puro. Afuera está muy cubierto capa delgada silicio "contaminado", por ejemplo, con una mezcla de fósforo. Después de irradiar tal "oblea" con luz solar, se produce un flujo de electrones entre las capas y se forma una diferencia de potencial, y aparece una corriente eléctrica en el circuito externo que conecta las capas.
Se requiere que el espesor de la capa de silicio sea insignificante, pero debido a la imperfección de la tecnología, generalmente oscila entre 0,5 y 1 mm, aunque solo alrededor del 2% del espesor de esta capa participa en la creación de la corriente. Por razones tecnológicas, la superficie de un elemento de batería solar resulta ser muy pequeña, lo que requiere que una gran cantidad de elementos estén conectados en serie en un circuito.
Una batería solar de silicio da corriente solo cuando los rayos del sol inciden sobre su superficie, y la máxima extracción de corriente será cuando el plano de la batería esté perpendicular a los rayos del sol. Esto significa que al moverse astronave u OCS en órbita, es necesaria una orientación constante de las baterías al Sol. Las baterías no proporcionarán corriente a la sombra, por lo que deben usarse junto con otra fuente de corriente, como una batería. Este último servirá no solo como dispositivo de almacenamiento, sino también como amortiguador de posibles fluctuaciones en la cantidad de energía requerida.
eficiencia Los paneles solares son pequeños, no superan el 11-13% hasta ahora. Esto significa que a partir de 1 m 2 de baterías solares modernas, la potencia es de unos 100-130 vatios. Es cierto que hay oportunidades para aumentar la eficiencia. baterías solares (teóricamente hasta un 25%) mejorando su diseño y mejorando la calidad de la capa semiconductora. Se propone, por ejemplo, superponer dos o más baterías una encima de la otra para que la superficie inferior aproveche esa parte del espectro de energía solar que la capa superior deja pasar sin absorber.
eficiencia batería depende de la temperatura superficial de la capa semiconductora. La eficiencia máxima se logra a 25°C, y con un aumento de la temperatura a 300C, la eficiencia aumenta. se reduce casi a la mitad. Los paneles solares son ventajosos de usar, así como las baterías, para un consumo de corriente pequeño debido a su gran área de superficie y alta gravedad específica. Para obtener, por ejemplo, una potencia de 3 kW, se requiere una batería, compuesta por 100.000 celdas con un peso total de unos 300 kg, es decir en Gravedad específica 100 kg/kw. Tales baterías ocuparán un área de más de 30 m 2.
Sin embargo, las baterías solares han demostrado ser en el espacio una fuente de energía bastante fiable y estable que puede funcionar durante mucho tiempo.
El principal peligro para las células solares en el espacio es la radiación cósmica y el polvo de meteoritos, que provocan la erosión de la superficie de las células de silicio y limitan la vida útil de la batería.
Para las pequeñas estaciones habitadas, esta fuente actual aparentemente seguirá siendo la única aceptable y suficientemente eficiente, pero los SCS grandes requerirán otras fuentes de energía, más potentes y con una gravedad específica más baja. Al mismo tiempo, es necesario tener en cuenta las dificultades de obtener corriente alterna con la ayuda de baterías solares, que será necesaria para los grandes laboratorios científicos espaciales.
Recientemente en Colorado hubo una conferencia "Una nueva generación de exploradores suborbitales", que discutió, en particular, proyectos para la construcción de estaciones solares espaciales. Y si antes nadie se tomaba en serio estas ideas, ahora están muy cerca de implementarse.
Así, el Congreso de los Estados Unidos está preparando un plan para la transición gradual de América de los combustibles fósiles a la energía espacial. Un departamento espacial especialmente creado será responsable de la implementación del proyecto, la NASA, el Departamento de Energía y otras organizaciones desempeñarán un papel activo en su trabajo.
Hasta octubre de este año, el Departamento de Justicia deberá presentar al Congreso todos los cambios y adiciones necesarios a la legislación federal vigente para iniciar la construcción de plantas solares espaciales. Como parte del programa, en la etapa inicial se planea desarrollar sistemas de energía nuclear motores espaciales utilizar transbordadores espaciales para la logística espacial y la construcción de instalaciones solares en órbita.
También están en desarrollo activo tecnologías que pueden transformar luz de sol en electricidad y teletransportarlo a la Tierra.
En particular, los especialistas del Instituto de Tecnología de California proponen iluminar el planeta con la ayuda de "alfombras voladoras" orbitales. Se trata de sistemas de 2.500 paneles de 25 mm de espesor y 2/3 de largo de un campo de fútbol. Los elementos de dicha estación pondrán en órbita cohetes como el Space Launch System, un vehículo de lanzamiento superpesado estadounidense que está desarrollando la NASA. La estación de energía espacial se está creando como parte de la SSPI (Iniciativa de energía solar espacial), un proyecto de asociación entre el Instituto de Tecnología de California y Northrup Grumman. Este último ha invertido 17,5 millones de dólares para desarrollar los componentes básicos del sistema durante los próximos tres años. La iniciativa también fue apoyada por investigadores del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.
Según el profesor de Caltech Harry Atwater, quien dirigió la Iniciativa de energía solar espacial, las "alfombras voladoras" convierten la energía solar en ondas de radio y las envían a la tierra. La energía se transmitirá según el principio de una matriz en fase, que se utiliza en los sistemas de radar. Esto te permitirá crear una corriente que se mueva en cualquier dirección.
Los paneles solares consisten en tejas, de 10x10 cm de tamaño y con un peso aproximado de 0,8 g, que proporcionarán un costo relativamente bajo de lanzamiento de la estructura. Cada mosaico transmitirá la energía convertida de forma autónoma, y si uno de ellos falla, el resto seguirá funcionando. La pérdida de algunos elementos debido a erupciones solares o pequeños meteoritos no dañará la planta de energía. Según los cálculos de los científicos, producción en masa el costo de la electricidad de dicha fuente será menor que cuando se usa carbón o gas natural.
Porcentaje de tierra instalaciones solares en el balance general del suministro de energía en muchos países del mundo es cada vez mayor. Pero las posibilidades de tales plantas de energía son limitadas: por la noche y con una densa capa de nubes, los paneles solares pierden su capacidad de generar electricidad. Por lo tanto, la opción ideal es colocar plantas de energía solar en órbita donde el día no se convierta en noche y las nubes no creen barreras entre el Sol y los paneles. La principal ventaja de construir una central eléctrica en el espacio es su eficiencia potencial. Los paneles solares ubicados en el espacio pueden generar diez veces más energía que las baterías ubicadas en la superficie de la Tierra.
La idea de las centrales eléctricas orbitales se ha desarrollado durante mucho tiempo, los científicos de la NASA y el Pentágono se han dedicado a investigaciones similares desde los años 60. Anteriormente, la implementación de dichos proyectos se vio obstaculizada por el alto costo del transporte, pero con el desarrollo de la tecnología, las plantas de energía espacial pueden convertirse en una realidad en un futuro previsible.
ya son varios proyectos interesantes para la construcción de instalaciones solares en órbita. Además de la Iniciativa de energía solar espacial, los estadounidenses están desarrollando un panel solar orbital que absorberá la radiación solar y transmitirá haces de electrones mediante ondas de radio al receptor terrestre. Los autores del desarrollo fueron especialistas del Laboratorio de Investigación de la Marina de los EE. UU. Construyeron un módulo solar compacto con un panel fotovoltaico en un lado. Dentro del panel hay componentes electrónicos que convierten la corriente continua en radiofrecuencia para la transmisión de señales, el otro lado soporta una antena para transmitir haces de electrones a la Tierra.
Según el autor principal del desarrollo, Paul Jaffe, cuanto menor sea la frecuencia del haz de electrones que transporta energía, más fiable será su transferencia a mal tiempo. Y con una frecuencia de 2,45 GHz, puedes obtener energía incluso en la temporada de lluvias. El receptor solar proporcionará energía para todas las operaciones militares, los generadores diesel pueden quedar en el olvido para siempre.
Estados Unidos no es el único país que planea recibir electricidad del espacio. La feroz lucha por los recursos energéticos tradicionales ha obligado a muchos estados a buscar fuentes de energía alternativas.
La agencia japonesa de exploración espacial JAXA ha desarrollado una plataforma fotovoltaica para su instalación en la órbita terrestre. La energía solar recogida con la ayuda de la instalación se suministrará a las estaciones receptoras de la Tierra y se convertirá en electricidad. La energía solar se recogerá a una altitud de 36.000 km.
Dicho sistema, que consta de una serie de estaciones terrestres y orbitales, debería comenzar a operar a principios de 2030, su capacidad total será de 1 GW, que es comparable al estándar. planta de energía nuclear. Para ello, Japón tiene previsto construir una isla artificial de 3 km de longitud, en la que se desplegará una red de 5.000 millones de antenas para convertir las ondas de radio de microondas en electricidad. La investigadora de JAXA, Susumi Sasaki, quien dirigió el desarrollo, confía en que colocar baterías solares en el espacio conducirá a una revolución en la energía, lo que permitirá con el tiempo abandonar por completo las fuentes de energía tradicionales.
China tiene planes similares, que construirán una planta de energía solar más grande que la Estación Espacial Internacional en la órbita de la Tierra. área total la instalación de paneles solares será de 5-6 mil metros cuadrados. kilómetros Según los expertos, dicha estación recolectará los rayos del sol el 99% del tiempo, y los paneles solares espaciales podrán generar 10 veces más electricidad por unidad de área que sus contrapartes terrestres. Se supone que para la transmisión al colector terrestre, la electricidad generada se convertirá en microondas o en un rayo láser. El inicio de la construcción está programado para 2030, el costo del proyecto será de alrededor de $ 1 billón.
Los ingenieros mundiales están evaluando las posibilidades de construir plantas de energía solar espacial no solo en órbita, sino también en áreas más cercanas al Sol, cerca de Mercurio. En este caso, los paneles solares requerirán casi 100 veces menos. En este caso, los dispositivos receptores se pueden mover desde la superficie de la Tierra hacia la estratosfera, lo que permitirá una transferencia de energía eficiente en los rangos milimétrico y submilimétrico.
También se están desarrollando proyectos de plantas de energía solar lunar.
P.ej, compañía japonesa Shimizu propuso crear un cinturón de paneles solares, extendiéndose a lo largo de todo el ecuador de la luna por 11 mil km y un ancho de 400 km.
Se colocará en la parte trasera del satélite de la Tierra para que el sistema esté constantemente bajo los rayos del sol. Será posible unir los paneles mediante cables de alimentación convencionales o sistemas ópticos. Está previsto que la electricidad generada se transmita mediante grandes antenas y se reciba mediante receptores especiales en la Tierra.
En teoría, el proyecto se ve muy bien, queda por descubrir cómo entregar cientos de miles de paneles al satélite de la Tierra e instalarlos allí, así como también cómo entregar energía de la Luna a nuestro planeta sin perder una parte significativa de ella. en el camino: después de todo, tendrás que superar 364 mil km. Entonces, las ideas de crear plantas de energía lunar están demasiado lejos de la realidad, y si se realizan, entonces muy lentamente.
Tatiana Gromova
