עתיד תשתיות הכוח במערכות החלל הסולאריות מבוססות החלל

הגבול הבא באנרגיות אנרגיה

כוח סולארי מבוסס חלל (SBSP) מייצג את אחת ממשימות ההנדסה השאפתניות ביותר שאי פעם התגבשות.ההנחה הבסיסית היא פשוטה: להציב מגוון עצום של תאים פוטו-וולטאיים במסלול הגיאוגרפי, שבו הם יכולים ללכוד אור שמש ללא הגבלה על ידי ספיגה אטמוספרית, כיסוי ענן, או מחזור הלילה-יומי, ואז להעביר אנרגיה אלחוטית זו למקבלים על פני האדמה, לעתים קרובות, על בסיס קבוע של אנרגיה, עם כוח חיצוני, על בסיס קבוע של כוח חיצוני, עם כוח חיצוני, עם כוח חיצוני, עם כוח חיצוני בעל עוצמה, עם כוח חיצוני יעיל של כוח חיצוני, אשר כמעט, אשר כמעט, אשר יכול להיות מסוגל כמעט, עם כוח חיצוני של כוח חיצוני, עם בסיס קבוע של כוח חיצוני מסוגל כמעט, עם כוח חיצוני של כוח חיצוני, עם כוח חיצוני של כוח חיצוני, עם כוח חיצוני של כוח חיצוני של כוח חיצוני של כוח חיצוני, עם כוח חיצוני, עם כוח חיצוני, עם כוח חיצוני פתוח באופן קבוע, עם כוח חיצוני יעיל של כוח חיצוני של כוח חיצוני, עם כוח חיצוני של כוח חיצוני של כוח חיצוני של כוח חיצוני, עם כוח חיצוני, עם כוח חיצוני, עם כוח חיצוני, עם כוח, עם כוח חיצוני של כוח, עם כוח חיצוני של כוח חיצוני של כוח חיצוני של כוח חיצוני פתוח מוגבל של

שרשרת הכוח של SBSP: מ Photon to Grid

הבנת האתגר של התשתית מתחילה עם תמונה ברורה של שרשרת הכוח המלאה במערכת SBSP.המסע מאור השמש לשקע כרוך במספר שלבים נפרדים, כל אחד עם מגבלות הנדסיות ומטרות יעילות משלו.

Space Segment: Collection and Conversion

מגזר החלל מורכב מאספן סולארי גדול - באופן מצופה כערכים המשתרעים על פני קילומטרים - אשר הופכים את השמש לרכיבים חשמליים שוטפים.בניגוד בחוות סולאריות ארציות, אספנים אלה פועלים בסביבה עתירה גבוהה, סביבה תרמית-מחזורית חייב להיות מופעל במשך עשרות שנים של יעילות גיאוגרפית-אווירית גבוהה יותר (הכוח האהוב שנוצר בשלב זה הוא די- DC, בדרך כלל נמוך יחסית, וחייב להיות מותחסין מסיבית, לפני הפעלת כוח-מעגל) באופן משמעותי, כולל תפקוד מכני (או-מסלולארי) של תפקוד מכני) ותפקוד מכני) של חשמל קריטי, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, על ידי cstvcstvcstvdcstvdcide (מסלולארי) ו-D.

כוח אלחוטי: הלב של המערכת

התכונה המגדירה של SBSP היא שידור חשמל אלחוטי (WPT) שני מודולים ראשוניים נמצאים תחת שיקול רציני: מיקרוגל (RF) לייזר (אופטימלי) כל אחד מטיל דרישות שונות על תשתית ההפצה.

(FLT:0Microwave Transmission.FLT:1 בגישה מיקרוגל, פלח החלל להמיר את כוח DC לתוך קרן רדיו- ⁇ , בדרך כלל ב-2.45 GHz או 5.8 GHz תעשייתי, מדעי, ורפואה (ISM) להקות ה- beam מוצגות ולהוביל באמצעות מערך גדול של אנטנה על הקרקע, רטנה 80% (ר) לוכד את הגלקסיות אלקטרומטר, אך ורק כדי לגרור את רמת המיקרוגל, יש לדרגה נמוכה יותר, אך ורק את רמת המיקרוגל, אך ורק כדי לגרור את רמת התדירות גבוהה של מערכת האלקטרומגנטית של מערכת האלקטרומגנטיות של מערכת האלקטרומגנטית האלקטרומגנטית ה-D, אך היא בעלת טווח ה-D.

(FLT:0Laser Transmissionment.FLT:1 מערכות מבוססות לייזר להשתמש לייזרים חזקים מאוד מפוסקים-מפוצצים לייזרים או לייזרים סיבים כדי לשדר אנרגיה כאור קוהרנטי.היתרונות כוללים משדרים קטנים יותר ואביזרים מקלט עבור רמת חשמל נתונה ויכולת להשתמש תאים פוטו-וולטאיים הקיימים (הכוונו אל אורך הגל) כמו מקלטים, בדרך כלל, דרישות לייזרים יותר, כדי להתאים לשרירים לנתיבים וגמישות, בדרך כלל, אך הם דורשים יותר, לענן לייזרים יותר, אך הם נדרשים יותר, כדי להתאים יותר, אך ורק לענן, אך ורק לענן רגישים יותר, אך הם נדרשים יותר, לענן, בדרך כלל, כדי לענן, לענן, כדי להתאים יותר, לענן, לשרירים, כדי לענן, לענן, בדרך כלל, לשרירים, בדרך כלל, אך ורק לשרירים, לשרירים, כדי לשרירים, לענן לייזר, כדי לשרירים, לשרירים, בדרך כלל, בדרך כלל, כדי לשרירים רגישים יותר, כדי לשרירים רגישים יותר, כדי לכדי דרישות לייזר, כדי לענן, בדרך כלל, כדי לשרירים, בדרך כלל, כדי להתאים יותר, כדי להתאים יותר, באופן טבעי, כדי להתאים יותר, אך הם נדרשים יותר, כדי

המונחים:קבלה ואינטגרציה גרידוק

הקטע הקרקעי מורכב מתחנות קבלה גדולות - מנגנונים עבור מערכות מיקרוגל או מערך מקלט פוטו-וולטאי עבור מערכות לייזר - אשר להמיר את האנרגיה המועברת בחזרה לחשמל.תחנות אלה יש לאתר באזורים עם תנאי מזג אוויר נוחים, התערבות מינימלית רדיו- ⁇ , וגישה לתשתיות השידור הקיימות.התפוקה של DC מן המקלטים מוזנים לאחר מכן לעוצמה במתקני חשמל, מהפךים, וציוד ציוד קישור בין-ידי לייצור מתחים ל-C ל-230V).

תחנות קרקע עבור לוויין יחיד GW SBSP ידרוש אזור רטנה על סדר של כמה קילומטרים רבועים - הניתן בקנה מידה לחווה גדולה של השמש הארצית.התשתית כוללת לא רק את האלמנטים המקבלים עצמם אלא גם גישה לכבישים, גורמי אבטחה, מערכות ניטור מזג אוויר, ו substations רשת. עבור מערכות מבוססות לייזר, אזור המקלט יכול להיות קטן משמעותית, אלא גם את הצורך עבור תנאים גאוגרפיים עשויים לדרוש מגוון או מערכות היברידיות אחרות עם SB.

אתגרים הנדסיים נוכחיים בהפצת כוח

למרות עשרות שנים של מחקר והתקדמות מצטברת, כמה אתגרים יסודיים נותרו ללא פתור ברמת התשתית.

סוף סוף יעילות

המדד הקריטי ביותר עבור SBSP הוא יעילות מקצה לקצה: השבריר של אנרגיית השמש שנאסף במסלול שמגיע בסופו של דבר לרשת החשמל כ-15%, הערכות הנוכחיות הטובות ביותר עבור טווח מערכת שלם מ 10% ל-25%, בהתאם לאפשרויות טכנולוגיות והנחות. בעוד שזה דומה להמרה או שיפור של חומרים חשמליים (הפחתה של 15%) כאשר חשבונאות עבור הקיבולת (SBSP 24/7), כל אחוז של יעילות מתורגם להפחתה משמעותית של אובדן אנרגיה (10%) והפסדים של DC10.5%).

ניהול אורביט

חלוקת חשמל בחלל היא בעיה תרמית ביסודה של הגוף בתאים סולאריים, אלקטרוניקה מתנייה חשמל, ומניפסט RF מייצרים חום כי יש לדחות לחלל. עבור מערכת רב-ג'יגהוואט SBSP, העומס חום הפסולת הוא עצום - על סדר של מאות מגה-וואט לוחות קרינה מסורתיים יהיה גדול וכבד.

Beam Pointing and Safety

מתן אנרגיה מהחללית במסלול גיאוסטציונרי לנקודה קבועה על הקרקע דורש ציון מדויק של קרן השידור בתוך שבריר של תואר.הדבורה חייבת לשמור על היעד שלה גם כמו חוויות הגישה של החללית הפרעות לחץ סולארי, ⁇ תרמי, וצפיפות של מיקום התחנה חייב להיות מכווץ מערכת אבטחה, אך טיפול מיידי חייב להיות מוגבל של זמן, אך ורק כדי למנוע מנגנונים של זמן פנויה, יש להוסיף מגבלות מהירות אישית, אך ורק לאחר מכן, יש צורך להוסיף מגבלות כוח.

עלויות שיגור וחלוקת

עלות שיגור המסה הנדרשת למסלול הגיאוגרפי נותר המכשול הכלכלי הדומיננטי ל-SBSP. לוויין GW SBSP 1 GW SBSP מוערך במסה בין 3,000 ל-10,000 טון, בהתאם להנחה הטכנולוגית והיעילות.בעלויות ההשקה הנוכחיות של כמה אלפי דולרים לקילוגרם ל-GTO, תקציב השיגור לבדו ירוץ לעשרות מיליארדי דולרים.

פריצת דרך טכנולוגיות לעצב מחדש את התשתית

לכמה טכנולוגיות מתפתחות יש פוטנציאל להתמודד עם האתגרים הבסיסיים המפורטים לעיל, העברת SBSP מהרעיון לעבר מציאות מסחרית.

שלב Array Antennas ו-התאמה

האנטנה המערכית של ה-SBSP מבוססת מיקרוגל. ⁇ מודרנית משתמשת באלפים או מיליוני מודולים אישיים / קבלה, כל אחד עם מעבורת שלב משלו ומגבר, כדי ליצור ולכוון את הדבורה באופן אלקטרוני מינימלי ללא חלקים נעים.FLT:0 מחקרים SBSPR של נאס"א לאחרונה מתמקדת באדריכלות שלב רחבת היקף שניתן יהיה להוריד את ההשפעות של קרינה מגנטית או אלגוריתמית.

האסיפה הרובוטית האוטונומית והחילה

בניית מבנה רב-ממדי במסלול דורש רמה של אוטומציה הרבה מעבר לפעילות החלל הנוכחית.התעוררות מערכות רובוטיות, כגון FLT:0) מושגי אסיפה מאוישים שפותחו ב-JPL ובמוסדות אחריםFLT:1, יכולים להתמודד עם התחבורה, ההיערכות, וחיבור של רכיבי כוח מודולריים.

ניהול חשמל ותפוצה גבוהה (PMAD)

מערכת ההפצה של החשמל בתוך החללית SBSP חייבת להתמודד עם זרמים עצומים במתח גבוה כדי למזער הפסדים התנגדות במערכות כוח מבוזרות של החלל הנוכחית, מערכות כוח מבוזרות בחלל לפעול ב-28V, 120V, או, בקצה הגבוה, 300V DC עבור SBSPide, מתחים של 1 kV עד 10V או גבוה יותר נחשבים.זה דורש עיצובים חדשים עבור כבלים, מתגים, מערכות הגנה, ואפקטים מסחריים יותר, אשר אינם יכולים להיות גבוה יותר, אשר הופך להיות יעיל יותר, כלומר, כלומר, כמו גם יותר, כמו גם, כמו גם, ואפקטים אנרגיה גבוהה יותר, ואפקטים יותר, כלומר, כלומר, ואפקטים יותר, כלומר, כמו גם יותר, כלומר, כלומר, כמו גם יותר, מנגנוני אבטחה גבוהה יותר, ואפקטים מסחריים, ואפקטים יותר, ואפקטים מסחריים, כלומר, כמו גם כן, ואפקטים מסחריים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, על בסיס יעיל יותר, כלומר, עבור מערכות אבטחה גבוהה יותר, עבור מערכות אבטחה לטווח קצר יותר, עבור מנגנוני אבטחה גבוהה יותר, עבור מנגנוני אבטחה גבוהה יותר, הם, כלומר, עבור מנגנוני כוח סיכון גבוה יותר, הם, הם, הם, כלומר, כלומר, כלומר, כמו כן, כמו

אחסון אנרגיה מתקדם לאינטגרציה

למרות ש-SBSP עצמה מספקת כוח עומס בסיס, האינטגרציה עם רשתות ארציות דורשת אחסון אנרגיה כדי לטבול את המעבר מן ה- SBSP להאכיל מקורות דור אחרים, וכדי לטפל בפגמים טרנסיים.FLT:0DOE הערכות של אתרי SBSPibphua אינטגרציה FLT:1 מדגיש את הצורך לאחסון מהיר משותף עם תחנת אחסון מחדש, כל כך גבוה מימן, אפילו לאחר תקופות טיפול מיידי (ב) יש צורך בסוללות אלקטרופורמוליד) עם תאים קצרים, כמו גם לאחר מכן, כמו גם עם קיבולת חשמלית מהירה.

מפת דרכים תשתיות וקווי זמן

הדרך מהפגנות מעבדה לתשתיות SBSP תפעולית יכולה להיות מחולקת לשלושה שלבים, כל אחד עם אבני דרך טכניות נפרדות.

שלב 1: הפגנות ואימות משנה (2025-2035)

בשלב זה, סוכנויות חלל לאומיות מרובות וחברות פרטיות צפויות להשיק אבטיפוס תת-ממדי למסלול כדור הארץ נמוך (LEO) או מסלול העברת גיאוגרפי (GTO) מחאות אלה יאמתו את שרשרת הכוח מקצה לקצה ברמת הכוח של עשרות עד מאות קילווואט (של מטרות מפתח כוללות מדידה של יעילות ההמרה ב- 2030, בדיקות שלב זה יהיו ביצועים, להפגין התאספות רובוטית של מערכות ההפעלה הראשוניות של כוחות, להוכיח את תוכניות בקרה מתקדמות של הסוכנות האירופית:0 סיביות.

שלב 2: מערכות טייס ושירות מסחרי מוקדם (2035-2045)

אם שלב 1 יצליח, הצעד הבא הוא לפרוס אחד או יותר מערכות SBSP ב סולם 10-100 MW.מערכות אלה עדיין יהיו הזמנות של גודל קטן יותר מאשר חזון בקנה מידה ג'יגהוואט, אבל הם יהיו גדולים מספיק כדי לספק כוח ללקוחות אמיתיים - כגון פעולות כרייה מרחוק, בסיסים צבאיים, או אתרי הקלה אסון - שכפול של תנופה מסחרית.

שלב 3: תשתיות ג'יגה-וואט בגודל מלא (2045-2060)

השלב הסופי כרוך בסקאלה לרמה רב-ג'יגוואט, הדורשת מספר לווייני SBSP במסלול גיאוסטציונרי המשרת רשת גלובלית של תחנות רטנה.תשתית חלוקת החשמל בקנה מידה זה דומה לזה של סכר הידרואלקטרי גדול או תחנת כוח גרעיני, אך התפשטה על פני שטח ופערים קרקעיים.סטנדרטים בינלאומיים לצמצום, בטיחותם, וחיבור בין רשתות יהיה חיוני לזמינות כדור הארץית במיוחד כאשר מדובר בטמפרטורה של קלוריות מתחדשת.

איכות הסביבה, הבטיחות והמדיום השיקום

פריסת תשתיות SBSP מעלה שאלות סביבתיות ובטיחות חשובות שיש לטפל בהן באמצעות רגולציה וסטנדרטים.

הדאגה העיקרית לבטיחות היא קרן עצמה.עבור מערכות מיקרוגל, צפיפות הכוח באתר ה- ⁇ נועד להיות מתחת לגבולות החשיפה הבינלאומיים, אבל הדבורה חייבת להיות הכלולה בתוך הגבול של רטינה. אובדן של שליטה מצביע יכול לגרום בדבורה גורפת באזורים מאוכלסים, גרימת נזק.מערכות בטיחות רדונדנט - כולל מערכות בטיחות מבוססות לוויין בתוך חיישנים, מעקב מבוסס קרקעי של מכ"ם עשוי להיות סגור לייזר סטנדרטי, וגורם נזק משמעותי, הן לטווח לייזר קבוע, הן קבוע, הן קבוע, והן לטווח קבוע, הן קבוע, הן קבוע, והן לטווח קבוע, הן קבוע, הן קבוע, והן לטווח קבוע, הן קבוע, והן לטווח לייזר.

השפעות סביבתיות כוללות את השימוש הקרקע לתחנות הרטובה, התערבות פוטנציאלית עם לוויינים רדיו והודעות תקשורת, ואת האנרגיה והפליטות הקשורות בשיגור התשתית. Life-cycle הערכות מציעות כי SBSP יש טביעת רגל פחמן דומה לשמש הארצית כאשר מוקרן מעל חיי המערכת, אך הייצור של תאים סולאריים ברמה החלל ואלקטרוניקה הוא יותר אנרגיה- intensive את היתרון של האקלים הנקי תלוי במידה מסוימת של אנרגיה.

מסגרות התפטרות עדיין אינן גבוהות.האיחוד הבינלאומי של התקשורת (ITU) יצטרך להקצות ספקטרום עבור להקות שידור SBSP, עם הגנה על משתמשים קיימים.ועדת האו"ם על השימושים ה Peaceful של מהחלל החיצון (COPUOS) עשויה לפתח הנחיות לכיסוי בטיחות קרן בטיחות קרן ופירוק מקיף של השקעות לאומיות, כגון ועדת התקשורת הפדרלית של ארה"ב ותחנות התעופה יהיה כיום מסגרת סמכות שיפוטית.

מסקנה: התשתית שאנו חייבים לבנות

העתיד של תשתיות חלוקת חשמל עבור כוח סולארי מבוסס חלל אינו טכנולוגיה אחת או פרויקט יחיד - הוא מערכת שכבתי של מערכות, המשתרעת על פני מסלול, אווירת וקרקע. רכיבי מפתח - רכיבי כוח יעילות גבוהה אלקטרוניקה, מערךים מודולריים, רובוטים אוטונומיים, ניהול תרמי מתקדם ואינטגרציה רשת חכמה - הם כולם מתקדמים באופן עצמאי, מונעים על ידי דרישה מתחומים אחרים כגון תקשורת, הגנה, כדור הארץ, ומרחבי לשילוב של כוחות חמים עם התפתחותיים, ומרחב חם עם יכולות להשתלב עם יכולות להשתלב באופן קבוע עם יכולות להיות מסוגלות עם התפתחות חזקה של רשתות חכמות.

ההתקדמות בעשור האחרון הייתה אמיתית.מספר תוכניות לאומיות, מיוזמה SOLARIS של ESA לבחינת כוח החלל המתוכנן של סין, נעות ממחקרי נייר ועד להפגנות חומרה.חברות פרטיות, כולל סטארט-אפים המתמקדים בשידור חשמל אלחוטי וברכבה תוך-ביט, נכנסים לשדה עם גישות חדשות.האתגרים של תשתיות המתוארות במאמר זה הם עצומים, אך הם אינם ניתנים למדידה, דורשים טכנולוגיות מעגליות ומוכנות, כמו עיצובים חדשים, וכן הלאה, על פני , על פני היערכות.

כוח סולארי מבוסס חלל לא יקרה בין לילה, והוא לא יהיה זול.אבל התשתית שאנו בונים כיום – במעבדות, בגופים סטנדרטיים ובחומרה לא-טיפוס – הוא הבסיס למערכת האנרגיה של המחצית השנייה של המאה ה-21.מערכת המספקת חשמל נקי, בשפע, תמיד על מסלול יש פוטנציאל לשטפת שוקי אנרגיה גלובליים, להאיץ את הדה-פחמיון, ולספק אנרגיה לאזורים חסרי יבשתיים, כבר החלה את התשתית הקריטית של הכוח.