תכנון מערכות כוח בר קיימא עבור בסיסים סולאריים

הקמתה של נוכחות אנושית קבועה, בת קיימא על פני הירח מייצגת את הגבול ההנדסי המשמעותי ביותר של המאה ה-21.בעוד שעקרונות השקה כבדים של נאס"א ומודולים מתקדמים של בתי גידול ללכוד את הדמיון הציבורי, את המנוף של כל בסיס ירח קיימא הוא מערכת ההפעלה והפצה שלה. הירח מציג סביבה עוינת יוצאת דופן עבור תשתיות חשמל: אופניים תרמיות קיצוניות, לילה 354 שעות, אחסון אלקטרוסטטי טעון אבק גבוה, ורמות בטוח לחלוטין של אנרגיה, אך ורק אנרגיה, אך ורק אנרגיה מתחדשת, אך ורק אנרגיה יציבה, אך ורק אנרגיה, היא משפיעה על פני כדוריות, אנרגיה, אך ורק על פני כדוריות, אנרגיה, אנרגיה, אנרגיה, אנרגיה מתחדשת, היא משפיעה על פני כדוריות, אך ורק על פני כדוריות, אנרגיה, אנרגיה, היא יעילה, אנרגיה, יעיל של אנרגיה, אנרגיה, אנרגיה, אנרגיה, אך יעילה, יעיל של אנרגיה, היא משפיעה על פני כדוריות, אך ורק על פני כדוריות, אך יעיל של אנרגיה מתחדשת, יעיל, אך היא משפיעה על בסיס בטוח יותר ויותר, היא יעילה, אך ורק על פני כדור הארץ, אך ורק על פני כדור הארץ, היא משפיעה על פני כדור הארץ, היא משפיעה על פני כדוריות, היא משפיעה על בסיס בטוח, אנרגיה, אנרגיה, אנרגיה, אנרגיה

הנוף אנרגיה של Harsh Lunar Energy

לפני בחינה של טכנולוגיות ספציפיות, חשוב להבין את המגבלות הפיזיות הייחודיות של סביבת ההפעלה הירחית.מערכת כוח המיועדת לכדור הארץ או אפילו למסלול כדור הארץ נמוך (כמו תחנת החלל הבינלאומית) תכשל כמעט מיד על הירח ללא שינוי נרחב.

אופניים חמים וחומרי שומן

פני השטח הירח חווים תנודות טמפרטורה של כ 12 ° C במהלך היום עד -17 מעלות צלזיוס בלילה, דלה של מעל 300 מעלות צלזיוס המתרחשת כל 29.5 ימי כדור הארץ.רכיבה תרמית ללא רחמים גורמת להתרחבות שונה והתכווצויות חומרים.פרקים ממכרים, חוט אינסטלציה הופכת לערעור, ורכיבים מבניים של אלקטרוניקה, סוללות, ואווירה מתפתלת חובה להיות מוסמך עבור אלפי אלה הם מעגלי חום גדולים יותר ויותר, או מחוסנים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 קשה יותר ויותר, 000, 000, 000, 000, 000 קשה יותר ויותר, 000, 000, 000, 000 קשה יותר ויותר קשה יותר ויותר קשה יותר ויותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 קשה יותר ויותר, 000 קשה יותר ויותר, 000, 000, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קשה יותר ויותר, 000, 000, 000 מתחמיצים, 000, 000, 000 קרמיקה, 000, 000 קשה יותר ויותר, 000 קרמיקה, 000 כי הם מתחמי

הלילה ה-354-Hour Night: The Energy Storage Wall

בקווי המשווה הירחיים, הלילה נמשך כ-354 שעות (14.75 ימי כדור הארץ) זהו המגביל היחיד ביותר עבור מערכת חשמל עיצוב מערכת חשמל.כדי להמחיש את היקף האתגר: אם בסיס הירח דורש עומס רציף של 100 קילווואט (kW) לאורך הלילה, הוא חייב ליצור את הכוח הזה ברציפות (לקבוע מקור תלוי בלילה) או לאחסן כ-5.4 שעות של סוללות חד-וואט (ב) של מכונית חשמלית של 3.

אבק, קרינה ו- Micrometeoroid Hazards

אור השמש regolith הוא אבק עדין, מזכוכית, abrasive כי הוא טעון אלקטרוסטטי על ידי קרינה אולטרה סגול השמש, זה דבק לכל - לוחות סולריים, משטחים קורנטור, ומחברים חשמליים.על משימות אפולו, זה גרם ציוד כבד overheating וכשלים חסימתם על פני השטח של מערכות חשמל, הצטברות אבק על לוחות סולאריים יכול לגרום להידרדרות מהירה של תפוקה יעילה אבק, כגון מגנטית אבק מגנטית אבק, כמו מגנטית אבק אטומית, כמו גם על ידי מגנטית אבק מגנטית שדה מגנטית מגנטית מופעלת מגנטית מגנטית מגנטית מגנטית אבקה, 000.

טכנולוגיות כוח עיקריות

שום טכנולוגיה של דור יחיד לא יכולה לענות באופן מיטבי על כל הדרישות של בסיס ירחי.אדריכלות גמישה בת קיימא כמעט ללא ספק תהיה מערכת היברידית, המשלבת את נקודות החוזק של מקורות מרובים כדי לספק את הכוח של עומס הבסיס והשיא.

Photovoltaics: The Workhorse of the Lunar Day

כוח השמש הוא מקור האנרגיה השפע ביותר על הירח.הקבוע הסולארי על פני הירח הוא בערך 1.36 קילוואט / m2, גבוה יותר מאשר על פני כדור הארץ בשל חוסר של אטמוספירה אטמוספירית.עם זאת, המפתח להכנת photovoltaics קיימא עובר מעבר לוחות סולאריים מסורתיים.

תאים סולאריים בעלי יעילות גבוהה, דומים לאלה המשמשים את המאדים, מציעים יעילות גבוהה יותר מ 30% והם עמידים הרבה יותר לנזק קרינה.תאים אלה בדרך כלל גדל על תת-קרקעית גרמניה ויכולים ללכוד ספקטרום רחב יותר של אור השמש.עבור פריסת אור ספציפית פולש (כגון CIGS או perovskite-on-upitated) הם במיוחד כי הם מציעים ספקטרום רחב יותר של אור השמש.

ה-FLT:0 [ה]003] ,נאס"א ירח פני החידושים של החידושים:2sentiFLT 3: 3 הוא מימון פעיל של מחקר לפריסה אוטונומית של מערך סולארי בקנה מידה גדול.

Power: The Baseload Solution

עבור בסיסים הממוקמים באתרים לא קוטביים, או עבור פעולות תעשייתיות הדורשות מגהוואט של כוח מתמשך ללא קשר למחזורי יום / לילה, כוח משטח משקעים (FSP) היא הטכנולוגיה הקיימא ביותר.בניגוד לשמש, כורי חיכוך מייצרים כוח קבוע עצמאי של אור השמש, אוריינטציה, או הצטברות אבק.

נאס"א ומשרד האנרגיה הוכיחו בהצלחה את ה-FLT:0irFLT:1 [KilopowershowFLT:2FLT 3], אשר הוכיח כי כור קטן, בקנה מידה יכול לספק 1 עד 10 קילוואט של חשמל למשך לפחות 10 שנים. הכור משתמש במעבורת גרעין של אורניום-235 וחום פסיבי כדי להעביר חום ל- Stirling, אשר להמיר אותו ל- 40 קילוואט גדול יותר, או יותר של חשמל מסוג זה יהיה צורך ב- 100 קילו-וואט.

האתגרים העיקריים של משקעים הירחיים הם ניהול תרמי ובטיחות.זריקת חום הפסולת העצום שנוצר על ידי הכור דורש מערך רדיו גדול כי יש לשמור על חינם של אבק ומוכוון כראוי. מנקודת מבט בטיחות, הכור חייב להיות מתוכנן כך שהוא לא יכול ללכת קריטי במהלך תאונה שיגור.זה כרוך בשיגור הליבה לא מתכנס או עם מוטות בקרה מוכנסים לחלוטין, ורק הפעלת המערכת היא פעם אחת בטוח על פני השטח מוגן, או על פני האדמה.

תאי דלק חוזרים ו- ISRU Synergy

תאי דלק רגנרטיביים (RFCs) מציעים מנגנון אחסון אנרגיה סגורה מאוד.במהלך היום הירח, עודף כוח סולארי משמש לאלקטרוליטיזה מים לתוך מימן וחמצן.גזים אלה מאוחסנים תחת לחץ או בזוגן במהלך הלילה הירח, מימן וחמצן נמצאים מחדש בערימה תא דלק כדי לייצר חשמל, חום, ו - קריטי - מים, אשר הוא אז בחזרה לתוך הלולאה אלקטרוזה אלקטרוזה.

הכוח האמיתי של RFCs הוא הסינרגיה שלהם עם In-Situ Resource Utilization (ISRU) סוללות:003FLT:1 של ESA אסטרטגיית ISRUFLT:2 ⁇ 3:3 מדגיש במידה רבה תמצית מים מאזורים צללים לצמיתות (PS) על הקוטבים הירחיים, אם מים יכולים להיות ממולאים באופן מקומי, את המסה של מערכת מימן המיוצרת יתר על ידי שימוש יתר על ידי שימוש יתר על ידי דלק.

אנרגיה לאחסון טכנולוגיות עבור הלילה הירח

גם עם כוח עומס גרעיני, אחסון אנרגיה הוא הכרחי עבור גילוח שיא, עומס, גיבוי חירום.עונשי המסה הקיצוניים על סוללות המשלוח להפוך את זה אזור קריטי של מחקר.

סוללות אלקטרו-כימיות: Li-ion ו- Solid-state

סוללות ליתיום-יון נשאר תקן עבור קצר-טווח, יישומים בעלי עוצמה גבוהה (ריצה של הפוגה, החל כור, או לשרוד ליקוי קצר) עם זאת, האנרגיה הנמוכה שלהם וביצועים העניים בטמפרטורות קרות קיצוניות את השימוש שלהם עבור הישרדות לילה ארוך טווח או סוללות מוצקות, אשר מחליפים את אלקטרוליט עם מנצח מוצק, מציעים אנרגיה גבוהה משמעותית (כי 2-3x של תאים חמים) אבל הם לא דורשים מערכת חימום ארוך טווח ארוך טווח ארוך טווח ארוך טווח.

אחסון אנרגיה תרמית: A High-Tech Thermos

אחסון אנרגיה תרמית (TES) הוא פתרון אלגנטי ללילה הירחי. במהלך היום, עודף כוח סולארי או חום גרעיני משמש להמיס חומר שינוי שלב (PCM) או פשוט לחמם בלוק מוצק של חומר עם קיבולת חום גבוהה, כגון basalt או קרמיקה מיוחדת במהלך הלילה, החום הראשוני מאוחסן הוא חזרה לחשמל באמצעות מנוע סטרלינג או תמונה מגנטית (RU) יכול לשמש באופן ישיר חומר מתכתי של שטח אחסון מסיבי, אבל הוא משמש את חומר מתכתי של שטח אחסון מסיבי של שטח אחסון מסיבי.

אדריכלות ירוקה ו- Microgrid Design

יצירת הכוח היא רק חצי מאתגר; חלוקתו באופן אמין על פני סביבה מאובקת, קרה, וקרינה-כזוככת דורש ארכיטקטורה רשתית חזקה ביסודה.

High-Voltage DC Distribution

העברת חשמל למרחקים ארוכים על הירח כמעט ללא ספק תשתמש ב- High-Voltage Direct Current (HVDC) DC מונע את אובדן הכוח תגובתי ובעיות סינכרון תדירות הטמונות ברשת AC.A מתח אוטובוס סטנדרטי (למשל, 120 VDC או 350 VDC) יאפשרו בתי גידול שונים, אישורים, עיבוד צמחים כדי לשתף באופן חלק מהעומסים יהיו מחוברים באמצעות תקלות, ומוגבלות, כי הם חסומים על אופניים עמידים.

שליטה ירוקה וחשמלית

בסיס הירח הוא דוגמה קיצונית ליישום קריטי של משימת-משימה.רשת החשמל חייבת להיות אמינה 100%.זה דורש N+2 או N+3 Redundancy טופולוגיה, כלומר ישנם גנרטורים מרובים גיבוי ובנקים אחסון מוכנים לקחת מדי פעם. חכם מיקרוגרריד בקרים, באמצעות אלגוריתמים למידה, יש לנהל לשפוך, לחזות כוח בהתבסס על לוחות זמנים תפעוליים, ובאופן אוטומטי לשנות את התצורה של רשת לבודדת, אם הוא ממערכות הפעלה מחדש של תאים של תאים של תאים סולאריים, ללא מוטציות, ללא מוטציות, לחץ דם, ללא מוטציות של תאים פגומים, לחץ אנושי.

הדרך לקיימות: In-Situ Power Generation

המטרה הסופית של כוח הירח בר קיימא היא לשבור את התלות על שרשרת האספקה הארצית.זה אומר ייצור ורכיבי אחסון ישירות מחומרי הירח.

החוקרים מפתחים באופן פעיל טכניקות לייצור תאים סולאריים מ- molten Moon regolith באמצעות תהליך דומה למיצוי סיליקון בממצאות ארציות. בעוד יעילותם של תאים סולאריים המבוססים על regolith נמצאת כיום נמוך יותר מאשר תאים ארציים של 3, הם למעשה חופשיים לייצר באופן דרסטי במונחים של שיגור מסה רובוטית על הירח יכול 3D שדות הדפסה עצומים של מערכות סולאריות וחטאים של סוללות: Folithols) הם מרכזי של סוללות מתכתי שטח של סוללות: 1.

מסקנה: The Hybrid Lunar Grid

תכנון מערכת של כוח בר קיימא עבור בסיס הירח דורש מהנדסים לזרוק את הספר הכלל הארצי וחדשן מן העקרונות הראשונים.אין כדור כסף אחד.אדריכלות הזוכה עבור הבסיסים הקבועים הראשונים יהיה מערכת היברידית מאוזנת בקפידה.זה משלב כוח משטח fission עבור חומרים רציפה, אנרגיה מבוססת בסיס ללא קשר מחזור היום / לילה; חסכוני photovoltaic של מערכות עבור נמוך ימים מחסנים ימים לא זמין ליד תאים ריקים של מים ריקים או ריקים של מים, 000 זמן קצר ליד מחסנים ריקים, 000 זמן קצר ליד מחזור מים ריקים או תאים ריקים של מים ריקים או תאים ריקים של מים ריקים.

הטכנולוגיות להשגת זה הוכחו במידה רבה במעבדה או במשימות ההפגנה.העבודה שנותרה טמונה בהנדסה אותם לסביבות קיצוניות, תוך שילובם למערכת כפייה, וצמצום עלות הפריסה באמצעות אסטרטגיות של אמת.רשת האנרגיה בת-קיימא שאנו בונים על הירח לא רק תאפשר נוכחות אנושית קבועה שם, אלא גם תשמש כבסיס מכריע לאדריכלות האנרגיה הדרושה להגיע למאדים.