كيف سيساعد الفضاء الأرض بموارد الطاقة. الطاقة الكونية: وإليك كيف يمكن أن تعمل. شعاع عملاق من الطاقة من الفضاء

إن فكرة وجود طاقة كونية عالمية، والتي يمكن لأي شخص أن يستخدمها والتي يتم من خلالها تحقيق الظواهر فائقة الحساسية، لها جذور عميقة في ثقافات جميع الشعوب. وأشهر مفهوم نجده في الفلسفة الهندية هو وجود البرانا، والتي تُفهم على أنها طاقة كونية تتواجد في خمسة أشكال مختلفة وتدعم عمليات الحياة باعتبارها "ريح الجسد".

تصف النصوص المقدسة للهندوس والبوذيين نفس الطاقة الكونية البدائية، والتي يشار إليها بالمقطع الغامض "Om" أو "Aum"، يجب أن يسبب كلا المقطعين اهتزازات في الدماغ تجلب الشاكرات المختلفة (مراكز الأعصاب البشرية) إلى حالة تسمح لها بذلك. لتلقي الطاقة الكونية (الحيوية).

يصف الكتاب المقدس قوة الحياة غير المرئية التي تدعم المبدأ الإلهي الشامل باسم "الروح القدس". "أم لستم تعلمون أن جسدكم هو هيكل للروح القدس الذي فيكم، الذي قبلتموه من الله، وهو ليس لكم؟" (1 كو 6.19). وفي تعليم الوخز بالإبر اليابانية نجد كلمة "كي"، في كلمة "تشي" الصينية، تسمية الطاقة الحيوية كنهر، يقع منبعه في نقطة فوق السرة، ويتوزع في جميع أنحاء الجسم من الرئتين من خلال شبكات ما يسمى بخطوط الطول (القنوات العصبية). ويُنظر إلى كل المادة على أنها مظهر من مظاهر هذه الطاقة على المستوى المادي.

قال رايخ، الذي نال شهرة عالمية كمحلل نفسي من فيينا، في أواخر الثلاثينيات إن الطاقة الكونية موجودة، ويمكن لجسم الإنسان أن يمتصها، ويتراكمها ويطلقها. وقد عبر عن عملية استقبال هذه الطاقة وتجميعها وإطلاقها، والتي أسماها طاقة الأورغون، في الصيغة: التوتر - الشحن - التفريغ - الاسترخاء.

تم وصف دور هذا النبض البيولوجي في اقتصاد الطاقة الإجمالي للكائن الحي على النحو التالي من قبل أحد أقرب المتعاونين مع رايخ، أولا راكنيس: "ينظم النبض اقتصاد الطاقة في الجسم بنفس الطريقة التي تضمن بها نبضات القلب إمداد الدم إلى الجسم". يخضع استقلاب الطاقة (حالة من تغير الطاقة) للأعضاء المختلفة إلى الجهاز اللاإرادي أو اللاإرادي، الذي يؤثر على الهضم والدورة الدموية والتنفس والحياة الجنسية والعواطف.

واحدة من هذه الوظائف هي يتنفس- يتم التحكم فيه إلى حد ما بواسطة الإرادة ومركزياً - من خلال الجهاز العصبي المركزي. لذلك، من خلال الجهاز التنفسي يمكننا اختراق النبض البيولوجي الحر للجسم. شرط أساسي مهم للصحة هو التمثيل الغذائي الحر للجسم. ويمكن التعرف عليها من خلال النبض البيولوجي دون عوائق، وهو معيار للصحة." (وفي عملية تدريبنا سنكون قادرين، بمساعدة تمارين التنفس، على التحكم في استقلاب الطاقة لدينا حسب الرغبة - وبفضل هذا ، على سبيل المثال، سنكون قادرين على علاج الاضطرابات والأمراض النفسية الجسدية بشكل مستقل!).

في البداية، كان رايش قادراً على تحديد موقع طاقة الأورجون فقط كإشعاع ينبعث من كائن حي: وفي وقت لاحق فقط اكتشف أن الأورجون - مثل "الأثير المضيء" الذي اكتشفه العلماء سابقًا - يتجلى في كل مكان. ولذلك، هناك تبادل حر مستمر للطاقة. ذكر راكنس ثلاثة شروط أساسية لذلك:

1. يمتص الجسم الطاقة اللازمة من العناصر الغذائية، عن طريق التنفس والتدفق المباشر للعضو.
2. يمكن للطاقة أن تنتشر بحرية في الجسم وهي موجودة دائمًا عند الحاجة إليها.
3. يجب أن يكون الجسم قادرًا على التخلص من الطاقة الزائدة من خلال الحركة الكافية.

عندما حصل فيلهلم رايش، قبل أيام قليلة من اندلاع الحرب العالمية الثانية، على منصب أستاذ استثنائي في نيويورك في المدرسة الجديدة للبحوث الاجتماعية، قام على الفور بتغيير مكان إقامته إلى الولايات المتحدة، حيث أنشأ بلده الخاص مركز الأبحاث في ولاية ماين: أورجونون.

منذ البداية، اتخذ عمله في المختبر طابعًا عاصفًا، حيث كان رايش مليئًا بالأفكار الجديدة وكانت ديناميكيات عمله تصيب موظفيه دائمًا. خلال هذه السنوات عمل في مجالات متنوعة مثل علم النفس، والتحليل النفسي، وعلم الاجتماع، والفيزياء، وعلم الأحياء، والأرصاد الجوية، ولكن دائمًا كان له هدف واحد: التطبيق العملي لطاقة الأورجون.
في العديد من التجارب التي أجريت على مر السنين حتى وفاته، والتي ساعده فيها فريق صغير من المتعاونين، كان قادرًا على إثبات أن Orgone هي طاقة كونية موجودة في جميع أنحاء الفضاء. يؤثر بشكل كبير على الحياة البيولوجية الشاملة. الرايخ:

"مما لا شك فيه أن هناك كهرباء في الجسم على شكل جزيئات وأيونات غروانية مشحونة كهربائيا. كل الكيمياء الغروية تستفيد من ذلك، كما تفعل الفيزيولوجيا العصبية العضلية... ولكن لا يزال هناك عدد من المظاهر التي لا يمكننا أن نكتشفها بأي حال من الأحوال. تشرح الطريقة في ضوء نظرية الطاقة الكهرومغناطيسية، وهذا هو في المقام الأول تأثير "المغناطيسية" للجسم. يستخدم العديد من الأطباء هذه القوى المغناطيسية عمليًا... لم يسبق لأحد أن رأى حركة عضوية تحت التأثير الكهربائي أدنى تشابه مع حركاتنا الحياتية اليومية للجهاز العضلي بأكمله أو مجموعة العضلات الوظيفية. تخبرنا أعضائنا الحسية بوضوح أن العواطف (وهي بلا شك تعبير عن طاقتنا البيولوجية) تختلف اختلافًا جوهريًا عن المشاعر التي يمكن أن نشعر بها أثناء الصدمة الكهربائية: حواسنا غير قادرة تماماً على مواجهة تأثير الموجات الكهرومغناطيسية التي تملأ الغلاف الجوي.

لو كانت طاقة حياتنا موجودة على شكل كهرباء، لكان الأمر غير مفهوم، حيث أن أجهزة الإدراك ستكون تعبيرًا عن هذه الطاقة، فلماذا لا نرى الضوء إلا من منطقة الموجة بأكملها، والباقي لا يمكن الوصول إليه. فنحن لا نشعر بإلكترونات جهاز الأشعة السينية ولا بإشعاع الراديوم... وحتى الآن لم يكن من الممكن التعبير بالقياس الكهربائي عن الفيتامينات التي لا شك أنها تحتوي على طاقة بيولوجية... وهذه كلها تناقضات كبيرة لا يمكن حلها في إطار أشكال الطاقة المعروفة..."

في سياق بحثه، أنشأ رايش شروطًا مسبقة مثمرة لفهم علاقة أورغون بأشكال الطاقة الأخرى، مثل الضوء والكهرباء. في الوقت نفسه، انطلق من حقيقة أن جميع أشكال الطاقة وجميع المواد نشأت من Orgone.

رايش: "طاقة الأورغون ليس لها كتلة. إنها أصلية وموجودة بالفعل قبل المادة وأشكال الطاقة الأخرى... عندما تتكثف تيارات الأورغون الفردية وتندمج مع بعضها البعض، فإنها يمكن أن تنتج: مادة لم تكن موجودة من قبل.. يمكن للمادة الموجودة، تحت تأثير طاقة الأورجون، أن تنتظم تلقائيًا في أشكال حية حيث لم تكن هناك حياة من قبل... في التركيز الطبيعي، الأورجون قادر على تنظيم الأنظمة... يمكن أن تكون هذه الأنظمة كواكب وشموس وحتى مجرات بأكملها. ..."

إن فيزياء الجسيمات الأولية (الجزيئات الأولية هي أبسط الأجسام الفيزيائية النووية المعروفة حتى الآن، والتي تتكون منها الذرات) في عصرنا تعرف حقًا شكلاً واحدًا من الطاقة يلبي العديد من الخصائص التي قدمها الرايخ للطاقة الحيوية - طاقة النيوترينو!

عندما نتحدث عن الفضاء فمن السهل جدًا أن ننجرف ونذهب بعيدًا في عالم الخيال العلمي. ومع ذلك، إذا تم تخصيص أموال قليلة بشكل كارثي للطاقة الفضائية اليوم، فمن الممكن الحصول على تأثير بعض الابتكارات في المستقبل القريب.

قد لا يدرك الكثير من الناس، لكن الأبحاث في مجال الطاقة النظيفة للفضاء لا تزال جارية، ولكن ليس بالحجم الذي يستحقونه بالتأكيد. وبعد عدة عقود من الزمن، واستثمارات بمليارات الدولارات، وبعض الإنجازات التكنولوجية، سنتمكن من الوصول إلى احتياطيات غير محدودة تقريبًا من الطاقة من شمسنا، وربما من الكون.

قد يبدو هذا بعيد المنال بالنسبة لك، ولكن حتى التخيلات العادية حول هذا الموضوع يمكن أن تكون مسلية للغاية. نقدم لكم سبع حقائق عن طاقة الفضاء.

حقيقة واحدة.

تكرر وكالة ناسا أهمية تسخير الطاقة الشمسية مباشرة من الفضاء منذ عدة عقود. على وجه الدقة، منذ عام 1970، بعد 10 سنوات من هبوط أبولو 11 على سطح القمر، أعلنت وكالة ناسا عن خطط لبناء محطة ضخمة للطاقة الشمسية على القمر الصناعي للأرض. وكان من المفترض أن تزود المحطة القمرية الأرض بالطاقة الكافية بعد استنفاد الموارد الأحفورية. ظلت هذه الفكرة غير محققة، لكن الخبراء واثقون من أن الخطة تم تطويرها بعناية فائقة ويمكن تنفيذها بعد بعض التحسينات.

الحقيقة الثانية.

تنخفض كفاءة الخلية الشمسية بشكل حاد مع زيادة كمية الحرارة التي تمر عبر الخلايا الشمسية. في الفضاء، مع درجات الحرارة المنخفضة، اتضح أن هناك أيضًا مشكلة ارتفاع درجة الحرارة. ومع ذلك، قام علماء جامعة ستانفورد بتطبيق تقنية جديدة لصنع البطاريات. وقاموا بوضع طبقة رقيقة من ثاني أكسيد السيليكون على سطح الخلايا الشمسية، والتي تعكس الأشعة تحت الحمراء بينما تنقل بقية طيف ضوء الشمس. وفقًا للمطورين، أتاحت هذه التقنية تبريد البطارية إلى 23 درجة مئوية وزيادة كفاءة الخلايا الكهروضوئية بشكل كبير.

الحقيقة الثالثة.

يواصل الباحثون العمل على الخلايا الشمسية لاستخدامها في الرحلات الجوية بين الكواكب في المستقبل. وفي جامعة أركنساس، يعمل العلماء على تطوير الجيل القادم من التكنولوجيا الكهروضوئية للفضاء. وقد تم مؤخرًا قبول مشروع ناسا ذي الصلة كبرنامج علمي جامعي. وقالت إن التقنيات الجديدة يجب أن تعمل على تحسين أداء الألواح الشمسية، مما يساعد ناسا على تحقيق إنجاز كبير خلال 15 عامًا من البحث ورفع كفاءة الخلايا الشمسية إلى 45 بالمائة من الطاقة الممتصة. بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم التطويرات الجامعية لتقليل تكاليف الإنتاج وجعل الألواح الشمسية أكثر مقاومة للإشعاع.

الحقيقة الرابعة.

تعمل وزارة الطاقة الأمريكية بنشاط على تطوير مشروع إنترنت منفصل مخصص لفكرة الحصول على الطاقة الشمسية من الفضاء. المفهوم الرئيسي لهذا الموقع هو وضع الألواح الشمسية في الفضاء، مما سيسمح لها بالاستقلال عن دورة النهار والليل، وكذلك الظروف الجوية والغيوم على الأرض.

الحقيقة الخامسة.

لقد طور العلماء مبادئ عامة لعمل محطة الطاقة الشمسية الفضائية وصياغة فرضيات عمل لنقل الكهرباء الناتجة إلى الأرض. وفي العام الماضي، أعلن مختبر الأبحاث البحرية الأمريكية أن الدكتور بول جافي، وهو مهندس رائد فضاء، قام ببناء نموذج لالتقاط ونقل الطاقة الشمسية. والفكرة هي أن القمر الصناعي الموجود في المدار يمكنه نقل كهرباء أرخص بكثير إلى الأرض. وأوضح جافي كيف تعمل "وحدة الساندويتش" الشمسية: حيث يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية في المدار. يتم بعد ذلك تحويل الطاقة الكهربائية الناتجة إلى نبضة تردد راديوي وإرسالها إلى جهاز استقبال على الأرض. وهذا بدوره يحول نبض الراديو إلى كهرباء ويطلق الطاقة الشمسية في الشبكة.

الحقيقة السادسة.

تعتزم الصين بناء محطة عاملة للطاقة الشمسية في الفضاء الخارجي. وفي وقت سابق من هذا العام، أعلن العلماء الصينيون أنهم بدأوا بناء مثل هذه المحطة في مدار أرضي مرتفع ويخططون لاستكمال اختبار جميع الأنظمة بحلول عام 2030. ويخطط الشيوعيون الصينيون لبدء التشغيل التجاري لمحطة الطاقة الشمسية في عام 2050. وذكروا أن لديهم التكنولوجيا اللازمة لنقل الطاقة من الفضاء إلى سطح الأرض.

الحقيقة السابعة.

نجحت اليابان في اختبار نظام يمكنه نقل الطاقة الشمسية من الفضاء إلى الأرض. اختبرت شركة Mitsubishi Heavy Industries نظامًا لبث الطاقة الشمسية من الأنظمة الفضائية وأظهرت إرسال 10 كيلووات باستخدام الموجات الدقيقة إلى جهاز استقبال موجود في الجبال. ورغم أن الشركة قررت عدم الإعلان عن نسبة الطاقة المرسلة التي تم استقبالها وتحويلها إلى كهرباء، إلا أنه تم تسجيل حقيقة نقل الطاقة من الفضاء.

1968 : قدم بيتر جلاسر فكرة إنشاء أنظمة أقمار صناعية كبيرة تعمل بالطاقة الشمسية مع مجمع شمسي بحجم ميل مربع على ارتفاع المدار الثابت بالنسبة للأرض (36000 كيلومتر فوق خط الاستواء)، لجمع وتحويل طاقة الشمس إلى شعاع كهرومغناطيسي يعمل بالموجات الدقيقة لنقل الطاقة المفيدة إلى هوائيات كبيرة على الأرض.

1990 :قام مركز أبحاث M.V Keldysh بتطوير مفهوم لتزويد الأرض بالطاقة من الفضاء باستخدام مدارات أرضية منخفضة. "بالفعل في الفترة 2020-2030، من الممكن إنشاء 10-30 محطة طاقة فضائية، ستتكون كل منها من عشر وحدات طاقة فضائية. وستكون الطاقة الإجمالية المخططة للمحطات 1.5-4.5 جيجاوات، وإجمالي الطاقة للمستهلك على الأرض ستكون 0.75-2.25 جيجاوات. علاوة على ذلك، تم التخطيط لزيادة عدد المحطات إلى 800 وحدة بحلول 2050-2100، والطاقة النهائية للمستهلك إلى 960 جيجاوات. ومع ذلك، حتى الآن، من غير المعروف حتى عن إنشاء مشروع عمل على أساس هذا المفهوم [ ] ;

2009 : أعلنت وكالة استكشاف الفضاء اليابانية عن خطط لإطلاق قمر صناعي للطاقة الشمسية إلى مداره والذي سينقل الطاقة إلى الأرض باستخدام الموجات الدقيقة. ويأملون في إطلاق أول نموذج أولي لقمر صناعي يدور حول الأرض بحلول عام 2030.

2009 : وقعت شركة سولارين، الواقعة في كاليفورنيا (الولايات المتحدة الأمريكية)، اتفاقية مع شركة PG&E تقضي بأن تقوم الأخيرة بشراء الطاقة التي ستنتجها شركة سولارين في الفضاء. وستكون القدرة 200 ميغاواط. وبحسب الخطة، سيتم تغذية 250 ألف منزل بهذه الطاقة. ومن المقرر تنفيذ المشروع في عام 2016.

2011 : تم الإعلان عن مشروع من قبل العديد من الشركات اليابانية يعتمد على 40 قمرا صناعيا مع الألواح الشمسية المرفقة. يجب أن تكون الشركة الرائدة في المشروع هي شركة ميتسوبيشي. سيتم النقل إلى الأرض باستخدام الموجات الكهرومغناطيسية؛ ويجب أن يكون جهاز الاستقبال عبارة عن "مرآة" يبلغ قطرها حوالي 3 كيلومترات، وستكون موجودة في منطقة صحراوية من المحيط. اعتبارًا من عام 2011، من المقرر أن يبدأ المشروع في عام 2012

2013 : اتخذت المؤسسة العلمية الرئيسية لوكالة روسكوزموس، TsNIIMash، مبادرة لإنشاء محطات طاقة شمسية فضائية روسية (KSPPs) بقدرة تتراوح من 1 إلى 10 جيجاوات مع نقل لاسلكي للكهرباء إلى المستهلكين الأرضيين. ويشير TsNIIMash إلى أن المطورين الأمريكيين واليابانيين سلكوا طريق استخدام إشعاع الميكروويف، والذي يبدو اليوم أقل فعالية بكثير من إشعاع الليزر.

قمر صناعي لتوليد الطاقة

تاريخ الفكرة

ظهرت الفكرة في الأصل في السبعينيات. ارتبط ظهور مثل هذا المشروع بأزمة الطاقة. وفي هذا الصدد، خصصت الحكومة الأمريكية 20 مليون دولار لوكالة ناسا الفضائية وشركة بوينج لحساب جدوى مشروع القمر الصناعي العملاق SPS (قمر الطاقة الشمسية).

وبعد كل الحسابات، تبين أن مثل هذا القمر الصناعي سيولد 5000 ميغاواط من الطاقة، مع بقاء 2000 ميغاواط بعد إرساله إلى الأرض. لفهم ما إذا كان هذا كثيرًا أم لا، يجدر مقارنة هذه القوة بمحطة كراسنويارسك الكهرومائية، التي تبلغ سعتها 6000 ميجاوات. لكن التكلفة التقريبية لمثل هذا المشروع تبلغ تريليون دولار، وهو ما كان سببا في إغلاق البرنامج.

مخطط التكنولوجيا

يفترض النظام وجود جهاز باعث موجود في المدار الثابت بالنسبة للأرض. ومن المفترض تحويل الطاقة الشمسية إلى شكل مناسب للانتقال (الميكروويف، إشعاع الليزر) ونقلها إلى السطح في شكل "مركز". وفي هذه الحالة لا بد من وجود "مستقبل" على السطح يدرك هذه الطاقة.

يتكون القمر الصناعي لتجميع الطاقة الشمسية بشكل أساسي من ثلاثة أجزاء:

• وسائل حصاد الطاقة الشمسية في الفضاء الخارجي، مثل الألواح الشمسية أو محرك ستيرلنغ الحراري؛
• وسائل نقل الطاقة إلى الأرض، على سبيل المثال، من خلال الموجات الدقيقة أو الليزر؛
• وسائل توليد الطاقة على الأرض، مثل الهوائيات.

ستكون المركبة الفضائية في المدار المستقر بالنسبة إلى الأرض ولن تحتاج إلى دعم نفسها ضد الجاذبية. كما أنها لا تحتاج إلى الحماية من الرياح الأرضية أو الطقس، ولكنها ستتعامل مع المخاطر الفضائية مثل النيازك الدقيقة والعواصف الشمسية.

الصلة اليوم

منذ 40 عامًا منذ ظهور الفكرة، انخفضت أسعار الألواح الشمسية بشكل كبير وزادت إنتاجيتها، وأصبح توصيل البضائع إلى المدار أرخص، وفي عام 2007 قدمت جمعية الفضاء الوطنية بالولايات المتحدة تقريرًا تتحدث فيه حول آفاق تطوير الطاقة الفضائية اليوم .

مزايا النظام

• كفاءة عالية نظراً لعدم وجود غلاف جوي، فإن إنتاج الطاقة لا يعتمد على الطقس والوقت من السنة.
• يكاد يكون هناك غياب تام للانقطاعات، حيث أن النظام الحلقي للأقمار الصناعية الذي يحيط بالأرض سيكون له على الأقل واحد مضاء بالشمس في أي وقت.

الحزام القمري

مشروع طاقة فضائية قدمه شيميزو عام 2010. وبحسب فكرة المهندسين اليابانيين، يجب أن يكون هذا حزامًا من الألواح الشمسية يمتد على طول خط استواء القمر بأكمله (11 ألف كيلومتر) وعرضه 400 كيلومتر.

الألواح الشمسية

وبما أن إنتاج ونقل هذا العدد من الخلايا الشمسية من الأرض غير ممكن، وفقا للعلماء، فيجب إنتاج الخلايا الشمسية مباشرة على القمر. للقيام بذلك، يمكنك استخدام التربة القمرية التي يمكنك من خلالها صنع الألواح الشمسية.

نقل الطاقة

سيتم نقل الطاقة من هذا الحزام عن طريق موجات الراديو باستخدام هوائيات ضخمة يبلغ طولها 20 كيلومترًا، وسيتم استقبالها بواسطة هوائيات مستقيمة هنا على الأرض. طريقة الإرسال الثانية التي يمكن استخدامها هي إرسال شعاع الضوء باستخدام الليزر واستقباله بواسطة ماسك الضوء على الأرض.

مزايا النظام

ونظرًا لعدم وجود أي ظواهر جوية أو جوية على القمر، فيمكن توليد الطاقة على مدار الساعة تقريبًا وبعامل كفاءة عالية.

اقترح ديفيد كريسويل أن القمر هو الموقع الأمثل لمحطات الطاقة الشمسية. الميزة الرئيسية لوضع مجمعات الطاقة الشمسية على القمر هي أن معظم الألواح الشمسية يمكن بناؤها من مواد محلية بدلا من الموارد الأرضية، مما يقلل بشكل كبير من الكتلة وبالتالي التكلفة مقارنة بخيارات محطات الطاقة الشمسية الفضائية الأخرى.

التقنيات المستخدمة في الطاقة الفضائية

نقل الطاقة لاسلكيًا إلى الأرض

تم اقتراح نقل الطاقة لاسلكيًا في وقت مبكر كوسيلة لنقل الطاقة من محطة فضائية أو قمرية إلى الأرض. يمكن نقل الطاقة باستخدام إشعاع الليزر أو الموجات الدقيقة بترددات مختلفة حسب تصميم النظام. ما هي الاختيارات التي تم اتخاذها للتأكد من أن انتقال الإشعاع غير مؤين، وذلك لتجنب الاضطرابات المحتملة في البيئة أو النظام البيولوجي للمنطقة المنتجة للطاقة؟ يتم تعيين الحد الأعلى لتردد الإشعاع بحيث لا تتسبب الطاقة لكل فوتون في تأين الكائنات الحية عند المرور عبرها. يبدأ تأين المواد البيولوجية فقط بالأشعة فوق البنفسجية، ونتيجة لذلك، يحدث عند ترددات أعلى، لذلك سيكون هناك عدد كبير من الترددات الراديوية متاحة لنقل الطاقة.

الليزر

تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية

في مجال الطاقة الفضائية (في المحطات القائمة وفي تطوير محطات الطاقة الفضائية)، فإن الطريقة الوحيدة للحصول على الطاقة بكفاءة هي استخدام الخلايا الكهروضوئية. الخلية الكهروضوئية هي جهاز إلكتروني يحول طاقة الفوتون إلى طاقة كهربائية. تم إنشاء أول خلية ضوئية تعتمد على التأثير الكهروضوئي الخارجي على يد ألكسندر ستوليتوف في نهاية القرن التاسع عشر. الأجهزة الأكثر كفاءة، من وجهة نظر الطاقة، لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية هي المحولات الكهروضوئية لأشباه الموصلات (PVCs)، لأن هذا هو انتقال مباشر للطاقة على مرحلة واحدة. تبلغ كفاءة الخلايا الشمسية المنتجة تجاريًا في المتوسط ​​16%، مع أفضل العينات تصل إلى 25%. وفي ظروف المختبر، تم بالفعل تحقيق كفاءة قدرها 43%.

استقبال الطاقة من موجات الميكروويف المنبعثة من القمر الصناعي

ومن المهم أيضًا تسليط الضوء على طرق الحصول على الطاقة. واحد منهم هو الحصول على الطاقة باستخدام المستقيمات. Rectenna (هوائي التصحيح) هو جهاز عبارة عن هوائي غير خطي مصمم لتحويل طاقة المجال الناتجة عن سقوط موجة عليه إلى طاقة تيار مباشر. يمكن أن يكون أبسط خيار تصميم هو هزاز نصف موجة، حيث يتم تثبيت جهاز ذو موصلية أحادية الاتجاه (على سبيل المثال، الصمام الثنائي) بين أذرعه. في خيار التصميم هذا، يتم دمج الهوائي مع كاشف، عند إخراجه، في وجود موجة ساقطة، يظهر EMF. ولزيادة الكسب، يمكن دمج هذه الأجهزة في صفائف متعددة العناصر.

المميزات والعيوب

الطاقة الشمسية الكونية هي الطاقة التي يتم الحصول عليها خارج الغلاف الجوي للأرض. وفي حالة عدم وجود تلوث غازي في الغلاف الجوي أو السحب، فإن ما يقرب من 35% من الطاقة التي دخلت الغلاف الجوي تسقط على الأرض. بالإضافة إلى ذلك، من خلال اختيار المسار المداري الصحيح، يمكن الحصول على الطاقة في حوالي 96% من الوقت. وبالتالي، فإن الألواح الكهروضوئية الموجودة في مدار الأرض الثابت بالنسبة للأرض (على ارتفاع 36000 كيلومتر) ستتلقى في المتوسط ​​ضوءًا أكثر بثمانية أضعاف من الألواح الموجودة على سطح الأرض، بل وأكثر عندما تكون المركبة الفضائية أقرب إلى الشمس من الأرض. ومن المزايا الإضافية حقيقة أنه لا توجد مشكلة في الوزن أو تآكل المعادن في الفضاء بسبب عدم وجود غلاف جوي.

ومن ناحية أخرى، فإن العيب الرئيسي للطاقة الفضائية حتى يومنا هذا هو تكلفتها العالية. إن الأموال التي يتم إنفاقها على إطلاق نظام يبلغ إجمالي كتلته 3 ملايين طن إلى المدار لن تؤتي ثمارها إلا في غضون 20 عامًا، وذلك إذا أخذنا في الاعتبار التكلفة المحددة لتسليم البضائع من الأرض إلى مدار العمل البالغة 100 دولار/كجم . التكلفة الحالية لوضع البضائع في المدار أعلى بكثير.

المشكلة الثانية في إنشاء IPS هي فقدان الطاقة الكبير أثناء الإرسال. سيتم فقدان ما لا يقل عن 40-50% عند نقل الطاقة إلى سطح الأرض.

المشاكل التكنولوجية الرئيسية

وفقا لدراسة أمريكية أجريت عام 2008، هناك خمسة تحديات تكنولوجية رئيسية يجب على العلم التغلب عليها حتى تصبح الطاقة الفضائية متاحة بسهولة:

• يجب أن تعمل المكونات الكهروضوئية والإلكترونية بكفاءة عالية عند درجات حرارة عالية.

• يجب أن يكون نقل الطاقة لاسلكيًا دقيقًا وآمنًا.

• يجب أن يكون إنتاج محطات الطاقة الفضائية غير مكلف.

• انخفاض تكلفة مركبات الإطلاق الفضائية.

• الحفاظ على وضع ثابت للمحطة فوق مستقبل الطاقة: ضغط ضوء الشمس سيدفع المحطة بعيدًا عن الوضع المطلوب، كما أن ضغط الإشعاع الكهرومغناطيسي الموجه نحو الأرض سيدفع المحطة بعيدًا عن الأرض.

طرق أخرى لاستخدام الطاقة الكونية

استخدام الكهرباء في رحلات الفضاء

بالإضافة إلى إشعاع الطاقة إلى الأرض، يمكن للأقمار الصناعية ECO أيضًا تشغيل محطات بين الكواكب والتلسكوبات الفضائية. وقد يكون هذا أيضًا بديلاً آمنًا للمفاعلات النووية على متن سفينة ستطير إلى الكوكب الأحمر. هناك قطاع آخر يمكن أن يستفيد من منظمة التعاون الاقتصادي وهو السياحة الفضائية.

ملحوظات

1. جلاسر ، بيتر إي. (25 ديسمبر 1973). "طريقة وجهاز لتحويل الإشعاع الشمسي إلى طاقة كهربائية". براءة اختراع الولايات المتحدة رقم 3,781,647.

بعد عشرين عاما

المزايا التقنية

وتتمتع روسيا بميزة تكنولوجية أخرى

نحن في انتظار تعليقاتكم.

في أوائل التسعينيات، طورت روسيا مفهوم استكشاف الفضاء الشمسي. ونص على ذلك في 2020-2030. وسيتم بناء 10-30 محطة شمسية في مدار أرضي منخفض، بقدرة استقبال إجمالية تصل إلى 2.5 جيجاوات. بحلول 2050-2100 تم التخطيط لزيادة عدد المحطات إلى 800، بسعة إجمالية تساوي ألف محطة للطاقة الكهرومائية في دنيبر (960 جيجاوات). لكن الأزمة الاقتصادية العالمية دمرت كل هذه الخطط.

بعد عشرين عاما

على مدار عشرين عامًا، تغيرت حالة الطاقة الشمسية بشكل كبير. أصبحت البطاريات الشمسية أرخص بكثير، في حين زادت كفاءتها وكفاءتها. وعلى هذه الخلفية، عاد الاهتمام بالمحطات الفضائية الشمسية إلى الظهور من جديد. وفقا للخبراء، يتم الآن تشكيل سوق الكهرباء الفضائية. هناك عدة أسباب لذلك:

صديقة للبيئة (لا توجد انبعاثات ضارة)،

انخفاض تكلفة الكهرباء (وإن كانت بتكاليف أولية ضخمة)،

الاستقلال عن الموارد الطبيعية المحدودة.

ولدى روسيا فرصة فريدة لتصبح رائدة في هذا المجال.

المزايا التقنية

في عام 1993، فوجئت أوروبا بأكملها بـ "شعاع الشمس" الضخم (بحجم القمر) الذي كان يتحرك بسرعة عبر القارة بأكملها. لقد كان تنفيذًا رائعًا لمشروع زناميا الفريد. تم تسليم كبسولة إلى الفضاء، حيث تم تعبئة "لوحة قماشية" من عاكس الشمس. في المدار، انفتح العاكس إلى عرضه العملاق الكامل، في حين كانت مساحة 300 متر مربع بسمك 2 مم ووزنه 4 كجم فقط.

لم يتمكن أي شخص آخر في العالم من تكرار هذا. واليوم، تمتلك روسيا فقط هذه التكنولوجيا وبراءة الاختراع الخاصة بها.

ويفضل مطورو "الفضاء" الآخرون، اليابانيون والأمريكيون، العمل "الأرضي" - حيث يقومون بتجميع الهياكل الصلبة بمساحة مئات وآلاف الأمتار المربعة.

وتتمتع روسيا بميزة تكنولوجية أخرى

يمكن نقل الطاقة من الفضاء بطريقتين: موجات الراديو الميكروويف والليزر. يبلغ قطر شعاع الميكروويف على سطح الأرض 20 كم، وقطر الليزر 40 م، وتبين أن استخدام الليزر أكثر فعالية.

اليوم، تعد بلادنا رائدة عالميًا في إنتاج الليزر، حيث تنتج 70٪ من الحجم الإجمالي.

إن امتلاك تكنولوجيا الليزر المتقدمة والتكنولوجيا الفريدة لنشر الألواح الشمسية بدون إطار يمنح روسيا الفرصة ليس فقط لأن تصبح الأولى في تطوير الطاقة الشمسية الفضائية ونقلها إلى الأرض، ولكن للقيام بذلك بأقل تكاليف مادية.

شكرا لك على القراءة حتى النهاية.

نحن في انتظار تعليقاتكم.

إرسال عملك الجيد في قاعدة المعرفة أمر بسيط. استخدم النموذج أدناه

سيكون الطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب الذين يستخدمون قاعدة المعرفة في دراساتهم وعملهم ممتنين جدًا لك.

تم النشر على http://www.allbest.ru

مقدمة

الطاقة الفضائية هي نوع من الطاقة البديلة التي تنطوي على استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء، مع وجود محطة توليد كهرباء في مدار الأرض أو على القمر.

منذ السبعينيات من القرن الماضي، كان الناس يفكرون في الحصول على الطاقة مباشرة من الفضاء. تم وصف هذه الفكرة لأول مرة من قبل إسحاق أسيموف في قصة الخيال العلمي "المنطق". وأول براءة اختراع تصف تكنولوجيا نقل الكهرباء باستخدام الموجات الدقيقة لمسافة كبيرة، حصل عليها بيتر جلاسر في عام 1973. على الرغم من أن ناسا لم تتناول تطوير هذه الفكرة في ذلك الوقت، معتبرة أنها مكلفة للغاية وخطيرة. ولا يمكن لأحد أن يضمن سقوط الموجات بدقة من هوائي إلى آخر.

1. القمر الصناعي لتوليد الطاقة

تطوير المفهوم.

تم تطوير مفهوم القمر الصناعي الشمسي من قبل فريق من المهندسين من شركة Artemis Innovation Management Solutions في كاليفورنيا، بقيادة جون مانكينز. ووفقا للمطورين، يتمتع المشروع بمزايا مهمة مقارنة بالتقنيات المقترحة سابقا. يلغي النهج المبتكر لبناء جهاز فضائي الحاجة إلى نظام معقد لإدارة الطاقة وتوزيعها.

وسيتم تجميع محطة الطاقة الشمسية الفضائية في الفضاء من عناصر فردية يتراوح وزنها بين 49.5 و198 كيلوغراما، وسيتم تصنيع كل منها بشكل فردي على الأرض وتسليمها إلى المدار. وهي في جوهرها عبارة عن مجموعة ضخمة من المرايا ذات الأغشية الرقيقة المتحركة الموجودة على السطح المنحني الخارجي للقمر الصناعي. تعترض هذه المرايا ضوء الشمس وتعيد توجيهه إلى الخلايا الكهروضوئية الموجودة في الجزء الخلفي من المصفوفة، والتي تولد الكهرباء. جانب القمر الصناعي المواجه للأرض عبارة عن مجموعة وحدات دائرية مغطاة بلوحات نقل الطاقة بالموجات الدقيقة. تولد هذه الألواح حزمًا من طاقة الترددات الراديوية منخفضة الكثافة التي سيتم نقلها إلى الأرض.

وبعد كل الحسابات، تبين أن مثل هذا القمر الصناعي سيولد 5000 ميغاواط من الطاقة، مع بقاء 2000 ميغاواط بعد إرساله إلى الأرض. لفهم ما إذا كان هذا كثيرًا أم لا، يجدر مقارنة هذه القوة بمحطة كراسنويارسك الكهرومائية، التي تبلغ سعتها 6000 ميجاوات.

مخطط التكنولوجيا.

يفترض النظام وجود جهاز باعث موجود في المدار الثابت بالنسبة للأرض. ومن المفترض تحويل الطاقة الشمسية إلى شكل مناسب للانتقال (الميكروويف، إشعاع الليزر) ونقلها إلى السطح في شكل "مركز". وفي هذه الحالة لا بد من وجود "مستقبل" على السطح يدرك هذه الطاقة.

يتكون القمر الصناعي لتجميع الطاقة الشمسية بشكل أساسي من ثلاثة أجزاء:

وسائل تجميع الطاقة الشمسية في الفضاء الخارجي، على سبيل المثال، من خلال الألواح الشمسية أو محرك ستيرلنغ الحراري؛

· وسائل نقل الطاقة إلى الأرض مثلاً عن طريق الميكروويف أو الليزر.

وسائل الحصول على الطاقة على الأرض، على سبيل المثال، من خلال المستقيمات.

ستكون المركبة الفضائية في المدار المستقر بالنسبة إلى الأرض ولن تحتاج إلى دعم نفسها ضد الجاذبية. كما أنها لا تحتاج إلى الحماية من الرياح الأرضية أو الطقس، ولكنها ستتعامل مع المخاطر الفضائية مثل النيازك الدقيقة والعواصف الشمسية.

الصلة اليوم.

منذ 40 عامًا منذ ظهور الفكرة، انخفضت أسعار الألواح الشمسية بشكل كبير وزادت إنتاجيتها، وأصبح توصيل البضائع إلى المدار أرخص، وفي عام 2007 قدمت جمعية الفضاء الوطنية بالولايات المتحدة تقريرًا تتحدث فيه حول آفاق تطوير الطاقة الفضائية في أيامنا هذه.

ميزة النظام

· كفاءة عالية نظراً لعدم وجود غلاف جوي، ولا يعتمد إنتاج الطاقة على الطقس والوقت من السنة.

· الغياب شبه الكامل للانقطاعات، حيث أن النظام الحلقي للأقمار الصناعية الذي يحيط بالأرض سيكون له على الأقل واحد مضاء بالشمس في أي وقت.

2. حزام القمر

مشروع للطاقة الفضائية قدمته شركة شيميزو في عام 2010. وبحسب فكرة المهندسين اليابانيين، يجب أن يكون هذا حزامًا من الألواح الشمسية يمتد عبر كامل خط استواء القمر (11 ألف كيلومتر) وعرضه 400 كيلومتر.

الألواح الشمسية.

وبما أن إنتاج ونقل هذا العدد من الخلايا الشمسية من الأرض غير ممكن، وفقا للعلماء، فيجب إنتاج الخلايا الشمسية مباشرة على القمر. للقيام بذلك، يمكنك استخدام التربة القمرية، والتي يمكنك من خلالها صنع الألواح الشمسية.

نقل الطاقة.

سيتم نقل الطاقة من هذا الحزام عن طريق موجات الراديو باستخدام هوائيات ضخمة يبلغ طولها 20 كيلومترًا، وسيتم استقبالها بواسطة هوائيات مستقيمة هنا على الأرض. طريقة النقل الثانية التي يمكن استخدامها هي نقل شعاع الضوء باستخدام الليزر واستقباله بواسطة مجمع الضوء على الأرض.

مزايا النظام.

ونظرًا لعدم وجود أي ظواهر جوية أو جوية على القمر، فيمكن توليد الطاقة على مدار الساعة تقريبًا وبعامل كفاءة عالية.

اقترح ديفيد كريسويل أن القمر هو الموقع الأمثل لمحطات الطاقة الشمسية. الميزة الرئيسية لوضع مجمعات الطاقة الشمسية على القمر هي أن معظم الألواح الشمسية يمكن بناؤها من مواد محلية بدلا من الموارد الأرضية، مما يقلل بشكل كبير من الكتلة وبالتالي التكلفة مقارنة بخيارات محطات الطاقة الشمسية الفضائية الأخرى.

3. التقنيات المستخدمة في الطاقة الفضائية

كهرباء الليزر الفضائية

نقل الطاقة لاسلكيا إلى الأرض.

تم اقتراح نقل الطاقة لاسلكيًا في وقت مبكر كوسيلة لنقل الطاقة من محطة فضائية أو قمرية إلى الأرض. يمكن نقل الطاقة باستخدام إشعاع الليزر أو الموجات الدقيقة بترددات مختلفة حسب تصميم النظام. المشكلة الرئيسية في استخدام الموجات الدقيقة هي تعطيل النظام البيئي والبيولوجي لإنتاج الطاقة في المنطقة. يبدأ تأين المواد البيولوجية فقط بالأشعة فوق البنفسجية ويظهر عند ترددات الراديو الأعلى. ولذلك سيكون من الضروري استخدام ترددات أقل من الأشعة فوق البنفسجية.

وعمل باحثو وكالة ناسا في الثمانينيات على إمكانية استخدام الليزر لبث الطاقة بين نقطتين في الفضاء. وفي المستقبل، ستصبح هذه التكنولوجيا وسيلة بديلة لنقل الطاقة في الطاقة الفضائية. في عام 1991، بدأ مشروع سيلين، الذي تضمن إنشاء أشعة ليزر للطاقة الفضائية، بما في ذلك انبعاث طاقة الليزر إلى القواعد القمرية. في عام 1988، اقترح جرانت لوجان استخدام الليزر الموجود على الأرض لتشغيل المحطات الفضائية، والذي كان يعتقد أنه ممكن في عام 1989. واقترح استخدام الخلايا الشمسية الماسية عند 300 درجة مئوية لتحويل ضوء الليزر فوق البنفسجي. استمر مشروع SELENE في العمل على هذا المفهوم حتى تم إغلاقه رسميًا في عام 1993 بعد عامين من البحث دون اختبار التكنولوجيا على مسافات طويلة. سبب الإغلاق: ارتفاع تكلفة التنفيذ.

تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.

في الطاقة الفضائية، الطريقة الوحيدة للحصول على الطاقة بكفاءة هي استخدام الخلايا الكهروضوئية. الأجهزة الأكثر كفاءة، من وجهة نظر الطاقة، لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية هي المحولات الكهروضوئية لأشباه الموصلات (PVCs)، لأن هذا هو انتقال مباشر للطاقة على مرحلة واحدة. تبلغ كفاءة الخلايا الشمسية المنتجة تجاريًا في المتوسط ​​16%، مع أفضل العينات تصل إلى 25%. وفي ظروف المختبر، تم بالفعل تحقيق كفاءة قدرها 43%.

استقبال الطاقة من موجات الميكروويف المنبعثة من المصدر.

ومن المهم أيضًا تعلم طرق الحصول على الطاقة. واحد منهم هو الحصول على الطاقة باستخدام المستقيمات. Rectenna (هوائي التصحيح) هو جهاز عبارة عن هوائي غير خطي مصمم لتحويل طاقة المجال الناتجة عن سقوط موجة عليه إلى طاقة تيار مباشر.

المميزات والعيوب.

الطاقة الشمسية الكونية هي الطاقة التي يتم الحصول عليها خارج الغلاف الجوي للأرض. وفي حالة عدم وجود تلوث غازي في الغلاف الجوي أو السحب، فإن ما يقرب من 35% من الطاقة التي دخلت الغلاف الجوي تسقط على الأرض. بالإضافة إلى ذلك، من خلال اختيار المسار المداري الصحيح، يمكن الحصول على الطاقة في حوالي 96% من الوقت. وبالتالي، فإن الألواح الكهروضوئية الموجودة في مدار الأرض الثابت بالنسبة للأرض (على ارتفاع 36000 كيلومتر) ستتلقى في المتوسط ​​ضوءًا أكثر بثمانية أضعاف من الألواح الموجودة على سطح الأرض، بل وأكثر عندما تكون المركبة الفضائية أقرب إلى الشمس من الأرض. ومن المزايا الإضافية حقيقة أنه لا توجد مشكلة في الوزن أو تآكل المعادن في الفضاء بسبب عدم وجود غلاف جوي.

ومن ناحية أخرى، فإن العيب الرئيسي للطاقة الفضائية حتى يومنا هذا هو تكلفتها العالية. إن الأموال التي يتم إنفاقها على إطلاق نظام يبلغ إجمالي كتلته 3 ملايين طن إلى المدار لن تؤتي ثمارها إلا في غضون 20 عامًا، وذلك إذا أخذنا في الاعتبار التكلفة المحددة لتسليم البضائع من الأرض إلى مدار العمل البالغة 100 دولار/كجم . التكلفة الحالية لوضع البضائع في المدار أعلى بكثير.

المشاكل التكنولوجية الرئيسية.

وفقا لدراسة أجريت عام 2008، هناك خمسة تحديات تكنولوجية رئيسية يجب على العلم التغلب عليها حتى تصبح الطاقة الفضائية متاحة بسهولة.

· يجب أن تعمل المكونات الكهروضوئية والإلكترونية بكفاءة عالية عند درجات حرارة عالية.

· يجب أن يكون نقل الطاقة لاسلكياً دقيقاً وآمناً.

· يجب أن يكون إنتاج محطات الطاقة الفضائية غير مكلف.

· انخفاض تكلفة مركبات الإطلاق الفضائية.

· الحفاظ على وضع ثابت للمحطة فوق مستقبل الطاقة: ضغط ضوء الشمس سيدفع المحطة بعيداً عن الوضع المطلوب، كما أن ضغط الإشعاع الكهرومغناطيسي الموجه نحو الأرض سيدفع المحطة بعيداً عن الأرض.

تم النشر على موقع Allbest.ru

وثائق مماثلة

طاقة شمسية. تاريخ تطور الطاقة الشمسية. طرق الحصول على الكهرباء والحرارة من الإشعاع الشمسي. مميزات وعيوب استخدام الطاقة الشمسية. أنواع الخلايا الكهروضوئية. تقنيات الطاقة الشمسية.

الملخص، تمت إضافته في 30/07/2008


ربحية تطوير محطة الطاقة الشمسية الفضائية، مراحل واتجاهات هذه العملية، آفاقها، أهميتها. التحويل الكهروضوئي للإشعاع الشمسي. نقل الطاقة لاسلكياً باستخدام معادلة نقل فريس.

تمت إضافة الدورة التدريبية في 17/06/2012


تزايد الاهتمام بمشكلة استخدام الطاقة الشمسية. العوامل المختلفة التي تحد من قوة الطاقة الشمسية. المفهوم الحديث لاستخدام الطاقة الشمسية. استخدام طاقة المحيط. مبدأ التشغيل لجميع توربينات الرياح.

الملخص، تمت إضافته في 20/08/2014


التعرف على التوجهات والآفاق الرئيسية لتطوير الطاقة البديلة. تحديد الفوائد الاقتصادية والبيئية لاستخدام طاقة الرياح والطاقة الشمسية والطاقة الحرارية الأرضية والفضاء والهيدروجين وطاقة كبريتيد الهيدروجين والوقود الحيوي.

الملخص، تمت إضافته في 15/12/2010


جوهر ووصف موجز لأنواع الطاقة. مميزات استخدام الطاقة الشمسية والهيدروجينية. المزايا الرئيسية للطاقة الحرارية الأرضية. تاريخ اختراع "الطوق" على يد أ. مطلق النار ومبدأ تشغيله واستهلاك طاقة نمو النبات.

تمت إضافة العرض في 20/12/2009


الطاقة الحرارية الأرضية واستخدامها. تطبيق موارد الطاقة الكهرومائية. تقنيات الطاقة الشمسية الواعدة. مبدأ تشغيل توربينات الرياح. طاقة الأمواج والتيارات. الدولة وآفاق تطوير الطاقة البديلة في روسيا.

الملخص، تمت إضافته في 16/06/2009


كمية الطاقة الشمسية الساقطة على الأرض واستخدامها من قبل الإنسان. طرق الاستخدام السلبي للطاقة الشمسية. تجميع الطاقة الشمسية. الدورة التكنولوجية لمحطات الطاقة الشمسية الحرارية. المنشآت الكهروضوئية الصناعية.

تمت إضافة العرض بتاريخ 12/06/2015


إنتاج الكهرباء بطرق مختلفة. المنشآت الكهروضوئية، أنظمة التدفئة الشمسية، أجهزة استقبال الطاقة الشمسية المركزة، مجمعات الطاقة الشمسية. تطوير الطاقة الشمسية. العواقب البيئية لتطوير الطاقة الشمسية.

الملخص، تمت إضافته في 27/10/2014


معلومات أساسية عن الطاقة البديلة. مميزات وعيوب مشعبات الفراغ. تقليل الاعتماد على إمدادات الطاقة. تطبيق جامعي التركيز. فوائد استخدام الطاقة الشمسية الصديقة للبيئة.

الملخص، تمت إضافته في 21/03/2015


مراجعة تقنيات وتطوير التركيبات الكهربائية لمحطات الطاقة الشمسية. آلة ستيرلينغ ومبدأ عملها إنتاج الكهرباء باستخدام الألواح الشمسية. استخدام الطاقة الشمسية في الصناعات المختلفة.