Anonim

Sa loob ng maraming taon, ang Japanese Space Agency (JAXA) at ang higanteng Mitsubishi ay sumali sa mga pwersa upang maipatupad ang isang napaka-mapaghangad na proyekto: upang magpadala ng isang higanteng sistema ng photovoltaic sa orbit na makagawa ng kuryente at ihatid ito sa Earth sa pamamagitan ng isang wireless na sistema ng paghahatid. Ang istasyon ng espasyo ay dapat maging isang katotohanan sa 2031, sa pagtatapos ng isang kumplikadong paglalakbay, na sinuportahan ng maraming hindi kilalang mga kadahilanan, kabilang ang mga pang-ekonomiya, tulad ng sinabi namin sa iyo.

Samantala, gayunpaman, ang mga mananaliksik ay umabot sa isang bagong milestone: ang mga pagsubok para sa paghahatid ng enerhiya sa pamamagitan ng isang wireless system ay matagumpay. Ang hakbang na pasulong ay maliit ngunit malaki, at nagbibigay ng buhay ng kung ano ang lumilitaw na ang pinaka-mapaghangad na maaaring mai-renew na programa ng enerhiya sa susunod na dalawang dekada.

Ang pag-unlad ng isang proyekto ng monstre. Ang saklaw ng proyekto ay maliwanag na mula sa ilang mga numero. Ang espasyo ng photovoltaic plant ay magkakaroon ng diameter na hindi bababa sa 4 na kilometro at timbangin ang higit sa 10 libong tonelada. Ito ay mai-install sa 36, 000 kilometro ang taas, na gagawa ng 1 gigawatt (GW) ng kasalukuyang may kapangyarihan sa mga tahanan ng Hapon salamat sa isang microwave na teknolohiya na isa sa mga pinakamalaking hamon para sa mga siyentipiko. Ngunit sa mga araw na ito ay nakapagtaguyod ng pag-unlad.

Sa pamamagitan ng nabanggit na sistema ng microwave, sa katunayan ay nagtagumpay ang JAXA sa pagpapadala ng isang 1.8 kilowatt (kW) radiation sa isang rectenna (isang espesyal na antena na direktang nagko-convert ng mga microphone sa direktang kasalukuyang) na matatagpuan sa 55 metro mula sa pinagmulan ng signal. Ayon sa Japanese Space Agency, ito ang unang pagkakataon na ang nasabing malaking lakas ay inilipat na may katumpakan ng milimetro. Kasabay nito, ang Mitsubishi ay nakagawa ng isang 10 kW beam na paglalakbay ng higit sa 500 metro sa hangin, gamit ang mga malalaking antena na idinisenyo upang mabigyan pansin ang kapangyarihan at distansya.

Ang mga pagsusuri ay hindi na-optimize upang masukat ang kahusayan, kaya't ang JAXA o Mitsubishi ay nagbigay ng data na magpapahintulot sa mga pagsusuri na maisagawa sa kahulugan. Sa ngayon maaari lamang nating umasa sa mga pagtatantya na ibinigay ng JAXA sa isang taon na ang nakalilipas: ang isang 1.6 kilowatt microwave beam ay dapat makabuo ng isang output ng halos 350 watts sa 50 metro ang distansya.

Microwave: bakit? Sa teorya, mayroong isa pang pamamaraan para sa wireless na pang-haba na paghahatid ng enerhiya: ang laser. Alin ang mayroon ding maliwanag na kalamangan: maaari itong gumana sa napakaliit na mga haba ng daluyong (sa pagkakasunud-sunod ng mga micrometer) at samakatuwid ay maipapadala at natanggap ng mga aparato ng medyo maliit na sukat. Gayunpaman, ang kalsadang ito ay hinuhusgahan nang hindi praktikal dahil sa mataas na dalas: ang isang sinag ng laser ay makakahanap ng malaking paghihirap sa pagtagumpayan ng kalangitan ng lupa, dahil halimbawa ito ay nasisipsip o nagkalat ng mga molekula ng tubig na naroroon sa mga ulap. Maglagay ng simple: gagana lamang ito sa magagandang kondisyon ng panahon. Ang problema ay hindi lumapit sa mga microwaves, na kung saan ay electromagnetic radiation na may mga haba ng daluyan ng hanggang sa 10 sentimetro.

Image Ang hinaharap ng nababagong enerhiya ay nagmumula sa puwang? | JAXA

Isang ideya na nagsisimula mula sa malayo. Ang pagsasakatuparan ng sistema ng photovoltaic ng espasyo ay nangangailangan ng pag-unlad ng tinatawag na Solar Power Satellite (SPS), ng mga kolektor ng solar sa geosynchronous orbit, na sa pamamagitan ng photovoltaic effect ay dapat makabuo ng enerhiya mula sa Linggo 24 na oras sa isang araw (o halos). Ang mga konsepto ng teknolohiya ay nasa paligid ng mga corridors ng NASA mula noong 1970s, ngunit sa kabila ng maraming pag-aaral sa paksa, wala sa mga satellite na ito ang nakakita ng ilaw, dahil sa mga gastos at maraming mga teknikal na mga hadlang. Iyon sa JAXA ay maaaring maging unang SPS na lumipad sa espasyo: upang makamit ang kanilang layunin, ang mga siyentipiko ng Japan ay kasalukuyang nagtatrabaho sa dalawang magkakaibang mga proyekto.

Ang pangunahing proyekto. Ang pinakasimpleng ideya ay ang paggamit ng isang parisukat na panel ng dalawang kilometro bawat panig. Ang module ay may dalawang panig: ang itaas ay sakop ng materyal na photovoltaic at ginagamit upang makuha ang ilaw at ibahin ang anyo sa koryente, habang ang mas mababang isa ay pinalamanan ng mga antenna ng paghahatid, na isinalin ang elektrisidad ng microwave na maipadala sa Earth. Sa itaas ng "solar power plant", sa isang mas malaking distansya mula sa Earth, mayroong isang maliit na istasyon ng kontrol, na konektado sa mega-panel sa pamamagitan ng apat na 10 km na haba ng mga cable. Sa pamamagitan ng isang sistema ng pag-stabilize ng gradient gradient, ang control station ay kumikilos bilang isang counterweight sa panel, binabalanse ang gravitational na pang-akit ng Earth at pinapahina ang puwersa ng sentripugal: sa ganitong paraan ang satellite ay nananatili sa isang matatag na orbit sa paligid ng planeta, na nagreresulta sa pag-save ng milyun-milyong dolyar sa gasolina.

Ang problema sa SPS na ito ay hindi ito gumagawa ng enerhiya palagi. Sa katunayan, ang panel ng photovoltaic ay may isang nakapirming orientation at ang halaga ng sikat ng araw na sinaktan ito ay nag-iiba nang malaki sa panahon ng geostationary orbit.

Ang advanced na proyekto. Upang malutas ang dilemma ng koleksyon ng solar, ang Japanese Space Agency ay nakabuo rin ng isang mas advanced na konsepto, na kung saan ay sumasalamin sa paggamit ng dalawang malaking salamin na sumasalamin, sa gitna ng kung saan ay isang satellite na nilagyan ng dalawang photovoltaic modules at antennas para sa mga microwaves (upang gumawa ng ideya, isang uri ng sandwich). Ang mga salamin, na nagdidirekta sa mga sinag ng araw patungo sa mga photovoltaic cells 24 na oras sa isang araw, ay nasa libreng paglipad, iyon ay, hindi sila pinagsama o konektado sa grupo ng paghahatid.

Image Sa kaliwang tuktok, ang pangunahing proyekto, kung saan ang panel ay nakabitin sa control station. Sa kanang tuktok, ang advanced na proyekto, na nagsasangkot sa paggamit ng dalawang salamin sa libreng flight na nagdidirek ng sikat ng araw papunta sa maraming mga module ng photovoltaic. Sa ibaba, ang signal ng piloto na nagsisimula mula sa Earth at naglalakbay patungo sa espasyo, upang maipahiwatig nang tumpak sa SPS kung saan idirekta ang beam ng microwave. | John MacNeill / JAXA

Upang magkaroon ng hinaharap ang proyektong ito ay kailangang isaalang-alang ang pagbuo ng isang sopistikadong plano ng paglipad, na nagpapahintulot sa tatlong artipisyal na katawan na manatili sa pagbuo. Kaugnay nito, ang pangunahing panimulang punto ay maaaring magmula sa system na kumokontrol sa mga maniobra ng docking (ang pagkabit ng mga probes) sa International Space Station (ISS).

Remote transfer. Ang proseso ay nagsasangkot ng maraming mga hakbang. Sa kalawakan, ang sikat ng araw ay nai-convert sa patuloy na electric current (DC), na naglalakbay sa libu-libong mga kilometro sa anyo ng mga microwaves, hanggang sa maabot nito ang Earth. Dito, ang mga radiasyon na kinuha ng rectenna ay na-retranslated sa direktang kasalukuyang; ito, salamat sa isang converter, ay sa wakas ay binago sa alternating kasalukuyang (AC), handa na ipasok ang elektrikal na network.

Ang paglipat ng wireless ay, tulad ng nabanggit na, isa sa mga pinong pinong mga sipi. Ang mga microwaves ay ipinadala sa pamamagitan ng isang serye ng mga antena na halos 5 metro ang haba, ang bawat isa ay mayroong isang libu-libong mga mas maliit na antenna - sa kabuuan, upang makagawa ng 1 GW ng enerhiya, ang SPS ay nangangailangan ng halos 1 bilyon. Upang matiyak na ang sinag ay umabot sa patutunguhan nito sa Earth, ang mga siyentipiko ay nagpapahiwatig ng paggamit ng isang signal ng piloto, na naglalakbay sa direksyon ng kalawakan, na nagpapahiwatig sa mga mikropono ng "daan" na nangunguna nang tumpak sa pagtanggap ng mga antenna (na sumasakop sa isang lugar ng ilang mga kilometro).

Ang landmap. Plano ng JAXA na subukan ang unang SPS, na magiging maliit sa laki at mai-broadcast lamang ng ilang kilowatt, sa taong 2018. Ang mga susunod na hakbang ay binubuo ng isang 100 megawatt bersyon para sa 2021, at isang mas advanced na 200 MW bersyon sa 2028. Ang komisyon ng 1 gigawatt pilot plant ay sa halip na naka-iskedyul para sa 2031, ang yugto ng penultimate bago ang huling komersyal na paglunsad noong 2037.

Luto hanggang sa pagiging perpekto? Para sa mga hindi pinag-aralan, ang tanong ay higit pa sa lehitimo: hindi ba lutuin ng microwave ang lahat ng nahanap nito sa landas nito? Buweno, hindi rin niya maiinit ang kape. Ang daloy mula sa SPS ay magkakaroon ng lakas ng density ng isang kilowatt bawat square meter, halos katumbas ng iyon ng sikat ng araw. Dahil sa mga microwaves ang limitasyon ng halaga para sa kalusugan ng tao ay nakatakda sa 10 watts bawat square meter, sa paligid ng pagtanggap ng mga antenna, ang mga manggagawa ay dapat na magsuot lamang ng mga proteksiyon na demanda, ang pag-iingat ay hindi na kinakailangan na 2 kilometro ang layo mula sa site.