Yhdysvaltain laivasto laukaisi äskettäin Power Beaming -satelliitin avaruuteen

(fotograzia/Moment/Getty Images)

Aurinkovoimasta on tullut hillitsemistaistelun keskipiste ilmastonmuutos . Aurinkovoiman potentiaali on valtava – Maa saa yhtä paljon aurinkoenergiaa tunnissa kuin koko ihmiskunta käyttää vuodessa.

Vaikka niin paljon energiaa osuu Maahan, se on vain pieni murto-osa auringon kokonaistuotannosta. Osa tuosta muusta aurinkoenergiasta osuu muille planeetoille, mutta suurin osa vain katoaa syvän avaruuden tyhjyyteen.

Useat ryhmät hyödyntävät erilaisia ​​tekniikoita saadakseen osan kadonneesta energiasta. Yksi yleisimmistä teknologioista on ajatus voimasatelliitti .

Äskettäin yksi Amerikan merivoimien tutkimuslaboratorion (NRL) ryhmistä saavutti virstanpylvään voimasatelliittiteknologian kehityksessä laukaisemalla aurinkosähköantennimoduulin (PRAM) testisatelliittinsa.

Tehosatelliittien taustalla oleva idea on ns. teho säteilee '. Tehosädejärjestelmät käyttävät yhtä kolmesta eri valotaajuudesta siirtämään merkittäviä määriä tehoa etäisyydelle langattomasti.

Viime vuonna NRL esitteli onnistuneesti infrapunalaseria käyttävän maalla toimivan tehosädejärjestelmän.

Sen tekeminen avaruudesta tuo kuitenkin kokonaan uusia haasteita, ei välttämättä vain teknisiä. PRAM-projektin tekninen johtaja Paul Jaffe kuvaili kiertoradalle laukaisua vastaavaksi prosessia. Hain Tankki – lukuisat PI:t esittävät ideoitaan kiertoradalle.

Useiden vuosien yrittämisen jälkeen PRAM sai vihdoin aika loistaa X-37B käynnistyy 17. toukokuuta.

PRAM ei kuitenkaan todellisuudessa loista – sen pinta on peitetty mustilla aurinkopaneeleilla, ja sen sisäosat koostuvat ensimmäisestä kiertoradalle koskaan lähetetystä laitteistosta, joka muuntaa aurinkoenergian mikroaaltouunit .

Satelliitti itsessään on suhteellisen pieni (30 senttimetriä tai 12 tuumaa sivulla), eikä se todellisuudessa lähetä mitään tehoa takaisin Maahan. Sen sijaan se kerää tietoja, jotka toimivat hyödyllisinä vertailukohtina kokeeseen, jossa käytetään samanlaista järjestelmää, joka tehtiin aiemmin maan päällä.

Maan päällä tehdyssä testissä oli useita mittareita, joita PRAM-tiimi toivoi toistavansa avaruudessa. Aurinkoenergiasta mikroaaltouuniin siirtymisen tehokkuus oli yksi tärkeimmistä tekijöistä.

Ilman riittävän korkeaa hyötysuhdetta tulevat lanseeraukset voivat olla kohtuuttoman kalliita järjestelmän tuottamaan tehoon nähden.

Lämmönhallinta on toinen erittäin tärkeä mittaus, jota joukkue odottaa. Maapallolla monimutkaiset jäähdytysjärjestelmät on suhteellisen helppo kiinnittää lämmönlähteeseen.

Nämä menetelmät eivät kuitenkaan toimi läheskään yhtä hyvin avaruudessa, mikä voi aiheuttaa lämmönhallintaongelmia mille tahansa kiertoradalla olevalle tehoelektroniikalle. Tiimi toivoo saavuttavansa samanlaiset lämmönhallintaluvut kuin maapallolla heidän säteilyjäähdytysjärjestelmästään.

Sekä tehokkuus että lämmönhallinta liittyvät voimasatelliittijärjestelmien tärkeimmän parametrin laskemiseen – tehotiheys . Jos teho on liian keskittynyt, järjestelmä saattaa polttaa mitä tahansa, mihin se osoittaa.

Jos se on liian alhainen, tukiasema ei vastaanota tarpeeksi tehoa sähkön tuottamiseen.

Tukiasemien suunnittelu on myös avaintekijä voimasatelliittiteknologian pitkän aikavälin menestyksessä. Jokainen taajuusalue vaatisi erityyppistä tukiasemaa. PRAM käyttää mikroaaltoja voimansiirtovälineenä.

Vaikka useimmat ihmiset pitävät mikroaaltouunia tavallisesti keinona lämmittää ylijäänyttä pizzaa, signaalitaajuudet Bluetooth Low Energy ja WiFi voidaan ottaa huomioon myös mikroaaltojen kirjossa.

Järjestelmän vastaanottamalla valaistustasolla on myös suuri vaikutus lähtötehoon ja lämmönhallintaan. Tämä on tietopiste, jota tiimi ei pystynyt keräämään maan päällä, ja he odottavat saavansa tietoja, jotka osoittavat parhaan valaistusajan tulevia tehtäviä varten.

Sisään geosynkroninen kiertorata satelliitti voi olla auringonvalossa 99 prosenttia ajasta.

Auringossa viettämisen ja lämmönhallinnan välillä on kuitenkin kompromissi. PRAM-prototyyppi käynnistettiin kiertoradalla, jonka avulla tiimi voi laskea eri valaistusjaksojen hyötysuhteet, tehotiheydet ja lämpökuormat. Tiimi käyttää sitten näitä tietopisteitä suunnitellakseen optimaalisen kiertoradan uusille testilaukaisuille.

Näiden uusien testilaukaisujen lopullinen tulos olisi kaupallisesti kannattava aurinkosatelliittijärjestelmä, joka tarjoaa lisätehoa tietyille paikoille maapallolla vähällä tai ilman lisäkustannuksia, kun satelliitti on kiertoradalla.

Jo nyt lukuisat yritykset ja tutkimusyksiköt kehittävät versioita tehosäteilyjärjestelmistä, jotka odottavat innolla PRAM-testin tulosta.

Jaffe huomauttaa, että tie kaupallistamiseen perustuu täysin kaupallisesti kannattavan satelliitin kehittämiseen osoitettuihin resursseihin. Aika kaupallisesti kannattavan voimasatelliitin luomiseen voi olla suhteellisen nopea, jos sille tarjotaan merkittäviä rahoitusmääriä. Toisaalta tekniikka voi kuolla lapsenkengissään, jos rahaa vedetään.

Teknologian kehitys on vielä alkuvaiheessa, ja PRAM-muistin keräämä data on välttämätön vaihe riskinpoistoprosessissa, jota tarvitaan, jotta tehosatelliitit voivat tulla kaupallisesti elinkelpoisiksi.

Toinen askel, jonka on tapahduttava ollakseen kaupallisesti kannattavaa, on julkinen hyväksyntä. Kun useimmille ihmisille mainitaan ideat voimasatelliiteista, heidän välittömät ajatuksensa kääntyvät puoleen Icarus , fiktiivinen aurinkoase James Bond -elokuvassa Kuole toisena päivänä . Tuossa elokuvassa satelliitti sulattaa jäähotellin ja osoittaa sen potentiaalin tuhota paljon suurempia osia maailmaa.

Jaffe huomauttaa nopeasti PRAM:n ja Icaruksen väliset erot. Icarus tunnetaan nimellä ' ohjattu energiafoorumi ', jonka parissa myös laivasto työskentelee, mutta se käyttää erilaista fysiikkaa kuin PRAM:in muodostava voimansiirtojärjestelmä.

Hän mainitsee myös, että tehosädejärjestelmän muuttaminen aseeksi olisi poikkeuksellisen vaikeaa: 'Jos laitat suurennuslasin WiFi-reitittimesi eteen, se ei ala sulattamaan mitään.'

Vaikka tutkijat sanovatkin, ettei se poista kaikkia julkisia pelkoja tällaisesta systeemistä, energian siirtämisen mahdollisuuksista kaikkialle, missä sitä tarvitaan, on niin valtava hyötypotentiaali, että nuo pelot voivat olla suurempia kuin ne.

Paljon enemmän työtä on tehtävä ennen kuin yritykset alkavat sijoittaa jättiläiseen rectenna maatiloja keräämään muuten hukkaan menneen energian. Mutta lähikuukausina NRL toivoo keräävänsä dataa PRAM-muistilla, mikä tekee kaupallisista voimansiirtojärjestelmistä muutaman askeleen lähemmäksi todellisuutta.

Tämän artikkelin on alun perin julkaissut Universumi tänään . Lue alkuperäinen artikkeli .

Meistä

Riippumattomien, Todistettujen Tosiasioiden Julkaiseminen Terveys-, Avaruudesta, Luonteesta, Tekniikasta Ja Ympäristöstä.