Новый тип космических солнечных батарей
kosmossunbattr
15 мая 2012 г.

Многие гелиоЭС работают от зеркал-концентраторов. Сходный концепт недавно был предложен для космических электростанций. Правда, его назначение необычно: электроэнергию предлагается передавать на Землю микроволнами.

Солнечная постоянная составляет 1 367 Вт/м². Только не надейтесь получить столько с одного квадратного метра фотоэлементов: из-за атмосферы на поверхности нашей планеты всё значительно хуже, даже на экваторе на кв.м в полдень приходится всего кВт, а среднесуточная постоянная втрое меньше (ночь, облака и пр.) Ну а у нас за окнами сейчас в среднем где-то 1/6 кВт/м².

Ещё с 60-х раздавались голоса о том, что в связи с этим хорошо бы вынести гелиоэнергетику в космос: легко выбрать орбиты, где Солнце будет светить всегда и очень интенсивно. Однако то, что нынешние космические аппараты покидают атмосферу примерно на тех же технологиях, что и V-2, делает этот вариант слишком дорогим. Действуя в рамках проекта SPS-ALPHA («Гелиоэнергетические спутники со сколь угодно большой фразированной решёткой»), Джон Мэнкинс из Artemis Innovation Management Solutions намерен изменить ситуацию.

Зеркала фазированной решётки будут дешевле обычных фотоэлементов, но сможет ли это компенсировать стоимость вывода спутника-носителя на орбиту? (Изображение John Mankins / Artemis Innovation Management Solutions.)

Г-н Мэнкинс считает свой проект «биомиметическим» — так сказать, воспроизводящим живую природу. Вместо того чтобы равномерно распределять в пространстве вокруг спутника солнечные батареи с относительно дорогими фотоэлементами, которые через тридцать лет службы начинают выходить из строя, предлагается альтернативный подход. Группа зеркал концентрирует солнечное излучение на одну небольшую фотопреобразующую площадку.

Что тут биомиметического? По словам исследователя, сами батареи будут модульными, дешёвыми, с возможностью масштабировать их, словно листья дерева, до десятков тысяч элементов у одного спутника. Они будут значительно дешевле фотоэлементов на арсениде галлия, относимых сегодня к наиболее перспективным в космосе. Кроме того, они практически не подвержены тепловой деградации — а значит, не потребуют замены через тридцать лет. Правда, остаётся вопрос, смогут ли системы управления базового спутника продолжать непрерывную работу всё это время.

Микроволновый принцип передачи энергии на земные принимающие станции потребует приёмника значительных размеров на Земле и, по всей видимости (хотя Мэнкинс говорит об этом лишь в предварительном порядке), геостационарного расположения спутника.

Хотя перспективы для земной энергетики пока остаются туманными (потери в атмосфере могут быть очень значительными), в освоении космоса новые батареи способны изменить многое. Во-первых, солнечные батареи для новых КА на этой базе могут быть легче и дешевле; отпадает проблема их перегрева и сопутствующего падения КПД. Во-вторых, излучатели-трансмиттеры в космосе смогут передавать энергию более эффективно, чем через земную атмосферу, и не только в микроволновом диапазоне с неизбежными высокими потерями из-за рассеивания, но, возможно, с помощью лазерного луча. Это позволит серьёзно увеличить энергетическую обеспеченность КА, отправляющихся исследовать объекты за орбитой Марса, где их собственные солнечные батареи не смогут дать приличной энергоотдачи (на орбите Марса она падает вдвое, а за орбитой Юпитера — в 25 и более раз). Собственно говоря, первые испытательные полёты такой установки на околоземную орбиту уже намечены НАСА на ближайшие годы.

А вот для эффективного решения домашних, земных энергопроблем для начала придётся придумать такой способ полётов в космос, какой ещё не описан Цандером с Циолковским и не воплощён Королёвым с фон Брауном. Хотя Джон Мэнкинс и характеризует свою разработку «как первую практически целесообразную систему космической генерации солнечной энергии для земного использования», стоимость вывода одного килограмма груза на орбиту даже для самых дешёвых носителей пока превышает стоимость киловатт-часа установленной мощности как концентрированной, так и обычной солнечной электростанции.

 

 

Наши представительства в ЦЧР:

  • (4722) 372-230
  • (473) 250-2232
  • (4712) 311-423
  • (4742) 392-596