„To pomysł nawet starszy niż program kosmiczny” – powiedział Ars Over Zoom Harry Atwater z California Institute of Technology. Cytując Asimova i Clarka, Atwater wyczarował obraz błyszczących paneli słonecznych unoszących się nad ziemią na dużej metalowej kratownicy, połączonych z urządzeniami, które przekształcają prąd w kształt odpowiedni do transmisji z powrotem na Ziemię. Nieograniczona czysta energia, dostarczana przez całą dobę.
Następnie wyjaśnił, dlaczego system, na którym działa, ostatecznie nie będzie wyglądał na taką wizję, nawet jeśli ostatecznie osiągnąłby to samo.
długa ciąża
W sierpniu Kalifornijski Instytut Technologii ogłosił, że jeden z członków rady nadzorczej miał Ponad 100 milionów dolarów Zaprojektowany, aby promować rozwój sił kosmicznych. Czas był dość dziwny, biorąc pod uwagę, że dawca Donald BrenProces rozpoczął się ponad dekadę temu. W tym czasie Brin opisał swoje zainteresowanie potęgą kosmiczną administracji uniwersytetu, która zaczęła identyfikować członków wydziału z zainteresowaniami badawczymi, które mogą mieć znaczenie dla projektu.
„Na początku byłem bardzo sceptyczny, ponieważ jest to pomysł, który był odwiedzany tak wiele razy”, powiedział Atwater dla Ars. „Co można zrobić nowego?” Ale w ciągu roku stopniowo przekonał się, że możliwe jest kilka różnych podejść. Atwater z pewnością ma odpowiednie doświadczenie. Założył już spółkę zależną, która skupiała się na lekkich urządzeniach fotowoltaicznych. Dołączyli do niego naukowcy z Caltech o uzupełniających się umiejętnościach: Ali Hajimere (który pracował nad urządzeniami do konwersji energii) i Sergio Pellegrino (którego Atwater określił jako „jednego ze światowych liderów w opracowywaniu lekkich, rozkładanych konstrukcji kosmicznych”).
Wspólne doświadczenie było kluczowe dla stworzenia projektu, który stanowił znaczącą zmianę w myśleniu w stosunku do poprzednich pomysłów. „Kluczowym kryterium w kosmosie nie jest wydajność per se” – powiedział Atwater dla Ars. „To właściwa moc – moc na jednostkę masy. To, na czym najbardziej nam zależy, to waty na kilogram”.
„Wszystkie te wcześniejsze pomysły nigdy nie mogły stworzyć skalowalnego i możliwego do wdrożenia podejścia, ponieważ masa na jednostkę powierzchni i całkowita masa ładunku była po prostu zbyt duża, w zależności od objętości” – powiedział.
podróżować bez zbędnego bagażu
Zwiększenie wytrzymałości właściwej o kilka rzędów wielkości wymaga ponownego rozważenia kilku ważnych założeń. Większość kosmicznych systemów fotowoltaicznych wykorzystuje wysoce wydajne ogniwa, które mają trzy warstwy zbierające światło, z których każda jest dostrojona do różnych długości fal światła. Ale te komórki to najlepszy sposób na uzyskanie jak największej ilości energii z danej jednostki Obszar. Obecny projekt zespołu wykorzystuje teraz pojedynczą warstwę materiału fotowoltaicznego, co zapewnia większą wydajność na jednostkę masy.
Strata wydajności na jednostkę powierzchni jest kompensowana przez rozłożenie ogniw fotowoltaicznych na dużym obszarze. Naukowcy osiągnęli to dzięki elastycznej membranie, którą Atwater określił jako „cieńszą niż najcieńsza plastikowa torba, jaką kiedykolwiek podniosłem”. Ta membrana jest utrzymywana sztywno za pomocą „struktury rozciąganej” – stosunkowo małej sztywnej struktury, która jest utrzymywana w odpowiedniej konfiguracji za pomocą rozciągania. (Atwater zasugerował rozważenie parasola lub namiotu z plecakiem.)
Innym ważnym źródłem masy jest drut miedziany, który może być używany do przenoszenia prądu do miejsca, w którym wraca on do ziemi. Tak więc ciężkie przewody musiały iść dalej, co ogranicza ilość prądu, który może być przesyłany do nadajnika. Projekt Solar Space Project koncentruje się na budowaniu małych, samodzielnych jednostek zwanych „kafelkami”, z których każda ma własny nadajnik. Taka konfiguracja ogranicza całkowitą moc, jaką muszą przenosić przewody, co pozwala na użycie znacznie mniejszych przewodów. Oznacza to również, że konwersja energii w transmisji może być obsługiwana przez mały chip krzemowy.
Poszczególne płytki zostaną wbudowane w większą konstrukcję napinaną, obecnie planowaną na około 60 metrów kwadratowych. Pudełka te zostały zaprojektowane tak, aby zmieścić się po złożeniu wewnątrz istniejących wyrzutni, a następnie rozwinąć się na orbicie. Podczas gdy wszystkie płytki kadłuba będą działać niezależnie, kadłub zapewni małe silniki potrzebne do utrzymania użytecznej orientacji na ścieżce orbity.
„Rośliny” w kosmosie
Sam pojedynczy kadłub nie zapewniłby znacznej ilości mocy, więc ostateczna elektrownia wymagałaby wielu kadłubów latających w konfiguracji. Kompletny zakład będzie zawierał hierarchię komponentów – niezależnie działające płytki i zamontowane na jednym podwoziu, z wieloma strukturami połączonymi w celu wygenerowania wystarczającej mocy. Cały zespół ma zostać umieszczony na orbicie geostacjonarnej, tak aby mógł pozostać nad pojedynczą naziemną stacją odbiorczą, jednocześnie korzystając z całodobowego światła słonecznego.
Atwater powiedział Arsowi, że plan zakładał, aby stacja odbiorcza miała taki sam rozmiar jak duża farma słoneczna na skalę przemysłową. Będzie się składać z dużej grupy Odbytnicy, który zamieni mikrofale wysyłane z kosmosu na energię użytkową.
Na początku dyskusji na temat stacji naziemnej Atwater przerwał nasze pytania. „Chcę zdjąć ze stołu coś, o co mnie nie pytałeś, czyli pytanie zabezpieczające” – powiedział. „Jak to zrobić w taki sposób, że nie stworzyłeś promienia śmierci?”
Odpowiedź jest w Fizyka Kontroluje skupienie fotonów. Mówi, że połączenie przysłony i długości fali dyktuje najmniejszy obszar ostrości. Nie ma możliwości skoncentrowania produkcji części w przestrzeni na obszarze, w którym może to być niebezpieczne. Całkowity przepływ energii przy częstotliwościach mikrofalowych jest taki sam, jak ten, który otrzymujesz ze światła słonecznego. — Możesz pod nią wejść — powiedział Atwater.
To, jak to działa pod względem produkcji energii, jest nieco skomplikowane. W kosmosie będziesz mieć do pracy o 30% więcej fotonów na Ziemi, które są dostępne 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu. Jednocześnie system generujący czasami musi być ustawiony pod kątem mniejszym niż optymalny, aby nadal móc transmitować do stacji docelowej. Wtedy duża część tej wytrzymałości zostanie utracona podczas konwersji i transportu.
Jak to wszystko się równoważy? Zależy to od przyjętych założeń, ale Atwater podał przybliżone oszacowanie: „Wygenerowana energia netto jest nieco większa niż gdyby słońce znajdowało się na niebie w południe przez 24 godziny na dobę”.
Następne kroki
Ponad dziesięć lat temu rozmawialiśmy z ludźmi, którzy założyli firmę, której podejście do sił kosmicznych nie różniło się od tych, które Atwater powiedział nam, że nie będą działać. Zatem kwestionując jedynie dotychczasowe myślenie, projekt Caltech może pełnić ważną funkcję.
Ale Atwater powiedział również, że projekt „ma na celu stworzenie podstawowej i niezbędnej technologii do opłacalnej i skalowalnej produkcji energii słonecznej w kosmosie”. Dzięki tej metryce projekt odniósł również sukces, z dużą ilością własności intelektualnej i planami stworzonymi dla kosmicznego demo pod koniec 2022 lub na początku 2023 (te daty mogą wyjaśniać, dlaczego Caltech zdecydował się teraz porozmawiać o projekcie). Co więcej, Atwater powiedział, że on i jego zespół muszą znaleźć partnerów handlowych do rzeczywistego wdrożenia. Jeśli uda im się przyciągnąć partnera, będzie to walidacją osiągnięcia „efektywnej kosztowo” części celu.
„Certyfikowany guru kulinarny. Internetowy maniak. Miłośnik bekonu. Miłośnik telewizji. Zapalony pisarz. Gracz.”
More Stories
Firma zajmująca się planowaniem powierzchni handlowych CADS postrzega technologię jako odpowiedź na Święta Wielkanocne i inne sezonowe wyzwania w 2024 r. — Retail Technology Innovation Hub
Astronomowie odkryli, że woda unosi się w części przestrzeni, która tworzy planetę
Tęskniłam za nim bardzo długo! Satelita NASA i martwy rosyjski statek kosmiczny zbliżają się do siebie na swojej orbicie