Rymdbaserad solenergi - Space-based solar power

Se även: Solpaneler på rymdfarkoster
NASA Integrated Symmetrical Concentrator SPS -koncept

Rymdbaserad solenergi ( SBSP ) är konceptet att samla solenergi i yttre rymden och distribuera den till jorden . Potentiella fördelar med att samla solenergi i rymden inkluderar en högre insamlingshastighet och en längre insamlingsperiod på grund av avsaknaden av en spridande atmosfär och möjligheten att placera en solfångare i en kretsande plats där det inte finns någon natt. En betydande bråkdel av inkommande solenergi (55–60%) går förlorad på vägen genom jordens atmosfär genom effekterna av reflektion och absorption. Rymdbaserade solenergisystem omvandlar solljus till mikrovågor utanför atmosfären, vilket undviker dessa förluster och stilleståndstid på grund av jordens rotation , men till stora kostnader på grund av kostnaden för att lansera material i omloppsbana. SBSP betraktas som en form av hållbar eller grön energi , förnybar energi , och anses ibland bland klimattekniska förslag. Det är attraktivt för dem som söker storskaliga lösningar på antropogena klimatförändringar eller utarmning av fossila bränslen (t.ex. toppolja ).

Olika SBSP-förslag har undersökts sedan början av 1970-talet, men inget är ekonomiskt lönsamt med dagens infrastruktur för rymdlansering. Vissa teknologer spekulerar i att detta kan förändras inom en avlägsen framtid om det skulle utvecklas en industriell bas utanför världen som skulle kunna tillverka solenergisatelliter av asteroider eller månmaterial, eller om radikal ny rymduppskjutningsteknik än raket skulle bli tillgänglig i framtida.

Förutom kostnaden för att implementera ett sådant system, introducerar SBSP också flera tekniska hinder, inklusive problemet med att överföra energi från omloppsbana till jordens yta för användning. Eftersom ledningar som sträcker sig från jordens yta till en kretsande satellit varken är praktiska eller genomförbara med nuvarande teknik, inkluderar SBSP -konstruktioner i allmänhet användningen av någon form av trådlös kraftöverföring med dess konverteringsineffektivitet, samt problem med markanvändning för de nödvändiga antennstationerna för att ta emot energin på jordens yta. Uppsamlings satellit skulle omvandla solenergi till elektrisk energi ombord, att driva en mikrovågsugn sändare eller lasersändare, och överföra denna energi till en kollektor (eller mikrovågsugn rectenna ) på jordens yta. I motsats till vad SBSP förekommer i populära romaner och videospel, föreslår de flesta konstruktioner strålenergitätheter som inte är skadliga om människor oavsiktligt skulle utsättas, till exempel om en sändande satellits stråle skulle vandra utanför kursen. Men den stora storleken på de mottagande antenner som skulle vara nödvändig skulle fortfarande kräva att stora markblock nära slutanvändarna upphandlas och ägnas åt detta ändamål. Rymdbaserade samlares livslängd inför utmaningar från långvarig exponering för rymdmiljön, inklusive nedbrytning från strålning och mikrometeoroidskador , kan också bli ett problem för SBSP.

SBSP drivs aktivt av Japan, Kina, Ryssland, Storbritannien och USA.

År 2008 antog Japan sin grundläggande rymdlag som fastställde rymd solenergi som ett nationellt mål och JAXA har en färdplan till kommersiell SBSP.

År 2015 visade China Academy for Space Technology (CAST) sin färdplan på den internationella rymdutvecklingskonferensen. I februari 2019 rapporterade Science and Technology Daily (科技 日报, Keji Ribao), den officiella tidningen för ministeriet för vetenskap och teknik i Folkrepubliken Kina , att byggandet av en testbas hade påbörjats i Chongqings Bishan -distrikt. CASTs vice ordförande Li Ming citerades för att säga att Kina förväntar sig att vara den första nationen som bygger ett solcellsanläggning med praktiskt värde. Kinesiska forskare rapporterades planera att lansera flera små och medelstora rymdkraftverk mellan 2021 och 2025. I december 2019 rapporterade Xinhua News Agency att Kina planerar att lansera en 200 ton SBSP-station som kan generera megawatt (MW) el till jorden år 2035.

I maj 2020 genomförde US Naval Research Laboratory sitt första test av solenergiproduktion i en satellit. I augusti 2021 meddelade California Institute of Technology (Caltech) att det planerade att lansera en SBSP -testmatris 2023, och avslöjade samtidigt att Donald Bren och hans fru Brigitte, båda Caltech -förvaltare, sedan 2013 finansierat institutets Rymdbaserat Solar Power Project, donerar över 100 miljoner dollar.

Historia

En laserpilotstråle leder mikrovågströmsöverföringen till en rektenna

1941 publicerade science fiction -författaren Isaac Asimov science fiction -novellen " Reason ", där en rymdstation överför energi som samlats in från solen till olika planeter med hjälp av mikrovågsstrålar. SBSP-konceptet, ursprungligen känt som satellit-solenergisystem (SSPS), beskrevs första gången i november 1968. 1973 beviljades Peter Glaser US patentnummer 3 781 647 för sin metod att överföra kraft över långa avstånd (t.ex. från en SPS till jordens yta ) använder mikrovågor från en mycket stor antenn (upp till en kvadratkilometer) på satelliten till en mycket större, nu känd som en rektenna , på marken.

Glaser var sedan vice president på Arthur D. Little , Inc. NASA tecknade ett kontrakt med ADL för att leda fyra andra företag i en bredare studie 1974. De fann att även om konceptet hade flera stora problem - främst kostnaden för att sätta nödvändigt material i omloppsbana och bristen på erfarenhet av projekt av denna skala i rymden - det visade tillräckligt löfte för att förtjäna ytterligare undersökning och forskning.

Satellite Power System Concept Development and Evaluation Program

Mellan 1978 och 1986 godkände kongressen Department of Energy (DoE) och NASA att gemensamt undersöka konceptet. De organiserade Satellite Power System Concept Development and Evaluation Program. Studien är fortfarande den mest omfattande som gjorts hittills (budget på 50 miljoner dollar). Flera rapporter publicerades för att undersöka hur genomförbart ett sådant konstruktionsprojekt är. De inkluderar:

Konstnärens koncept av en solkraftsatellit på plats. Visas monteringen av en mikrovågsöverföringsantenn. Solenergisatelliten skulle placeras i en geosynkron bana, 35 786 kilometer (22 236 mi) över jordens yta. NASA 1976
  • Resurskrav (kritiska material, energi och mark)
  • Scenarier för ekonomi/förvaltning
  • Allmän acceptans
  • Statliga och lokala föreskrifter som tillämpas på satellitkraftsystemets mikrovågsmottagande antennanläggningar
  • Studentdeltagande
  • Laserpotential för SBSP -kraftöverföring
  • Internationella avtal
  • Centralisering/decentralisering
  • Kartläggning av uteslutningsområden för Rectenna -webbplatser
  • Ekonomiska och demografiska frågor relaterade till distribution
  • Några frågor och svar
  • Meteorologiska effekter på laserstråleförökning och direkta solpumpade lasrar
  • Public Outreach Experiment
  • Kraftöverföring och mottagning Teknisk sammanfattning och utvärdering
  • Rymdtransport

Avbrytande

Projektet fortsatte inte med förändringen av förvaltningarna efter USA: s federala val 1980. Den Office of Technology Assessment slutsatsen att "För lite för närvarande känt om de tekniska, ekonomiska och miljömässiga aspekterna av SPS att göra ett bra beslut om att gå vidare med sin utveckling och införande. Dessutom utan ytterligare forskning en SPS demonstration eller system- ingenjörsverifieringsprogram skulle vara ett högriskprojekt. "

År 1997 genomförde NASA sin "Fresh Look" -studie för att undersöka det moderna tillståndet för SBSP -genomförbarhet. Vid bedömningen av "Vad har förändrats" sedan DOE -studien, hävdade NASA att "USA: s nationella rymdpolitik nu kräver att NASA gör betydande investeringar i teknik (inte ett särskilt fordon) för att sänka kostnaderna för ETO [Earth to Orbit] -transport. dramatiskt. Detta är naturligtvis ett absolut krav på rymdens solenergi. "

Omvänt hävdade Pete Worden från NASA att rymdbaserad solenergi är cirka fem storleksordningar dyrare än solenergi från Arizona-öknen, med en stor kostnad att transportera material till bana. Worden hänvisade till möjliga lösningar som spekulativa, och som tidigast inte skulle vara tillgängliga på decennier.

Den 2 november 2012 föreslog Kina rymdsamarbete med Indien som nämnde SBSP, "kan vara rymdbaserat solkraftsinitiativ så att både Indien och Kina kan arbeta för långsiktig förening med ordentlig finansiering tillsammans med andra villiga rymdresande nationer för att ge utrymme solenergi till jorden. "

Space Solar Power Exploratory Research and Technology program

Huvudartikel: Space Solar Power Exploratory Research and Technology program
SERT Integrerad symmetrisk koncentrat SPS -koncept. NASA

År 1999 initierades NASA: s Space Solar Power Exploratory Research and Technology -program (SERT) för följande ändamål:

  • Utför designstudier av utvalda flygdemonstrationskoncept.
  • Utvärdera studier av den allmänna genomförbarheten, designen och kraven.
  • Skapa konceptuella konstruktioner av delsystem som använder avancerad SSP -teknik för att gynna framtida rymd- eller markanvändningar.
  • Formulera en preliminär handlingsplan för USA (i samarbete med internationella partner) för ett aggressivt teknikinitiativ.
  • Konstruera teknikutveckling och demonstrations färdplaner för kritiska rymdens solenergi (SSP) element.

SERT gick på att utveckla ett solkraftsatellit (SPS) -koncept för ett framtida rymdkraftsystem för gigawatt , för att ge elektrisk kraft genom att omvandla solens energi och stråla den till jordens yta, och gav en konceptuell utvecklingsväg som skulle utnyttja nuvarande teknik. SERT föreslog en uppblåsbar fotovoltaisk gossamerstruktur med koncentratorlinser eller solvärmemotorer för att omvandla solljus till elektricitet. Programmet tittade både på system i solsynkron bana och geosynkron bana . Några av SERTs slutsatser:

  • Det ökande globala energibehovet kommer sannolikt att fortsätta i många decennier vilket resulterar i att nya kraftverk i alla storlekar byggs.
  • Miljöpåverkan från dessa anläggningar och deras inverkan på världens energiförsörjning och geopolitiska relationer kan vara problematisk.
  • Förnybar energi är ett övertygande tillvägagångssätt, både filosofiskt och tekniskt sett.
  • Många förnybara energikällor är begränsade i sin förmåga att på ett överkomligt sätt tillhandahålla baslasten som krävs för global industriell utveckling och välstånd, på grund av inneboende mark- och vattenkrav.
  • Baserat på deras konceptdefinitionsstudie kan rymden solkraftsbegrepp vara redo att återuppta diskussionen.
  • Solkraftsatelliter bör inte längre tänkas kräva ofattbart stora initiala investeringar i fast infrastruktur innan utplacering av produktiva kraftverk kan börja.
  • Rymd solenergisystem verkar ha många betydande miljöfördelar jämfört med alternativa metoder.
  • Den ekonomiska lönsamheten för rymdens solsystem beror på många faktorer och den framgångsrika utvecklingen av olika nya tekniker (inte minst tillgången på mycket billigare tillgång till rymden än vad som har varit tillgängligt); Detsamma kan dock sägas om många andra avancerade energiteknologialternativ.
  • Rymd solenergi kan mycket väl framstå som en seriös kandidat bland alternativen för att möta 2000 -talets energikrav.
  • Lanseringskostnader i intervallet $ 100– $ 200 per kilo nyttolast från låg jordbana till geosynkron bana behövs för att SPS ska vara ekonomiskt livskraftigt.

Japan Aerospace Exploration Agency

IEEE Spectrum -tidningen i maj 2014 innehöll en lång artikel "It's Always Sunny in Space" av Susumu Sasaki. I artikeln stod det: "Det har varit föremål för många tidigare studier och sci-fi-material i årtionden, men rymdbaserad solenergi kan äntligen bli verklighet-och inom 25 år, enligt ett förslag från forskare vid Tokyo -baserade Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). "

JAXA meddelade den 12 mars 2015 att de trådlöst strålade 1,8 kilowatt 50 meter till en liten mottagare genom att konvertera el till mikrovågor och sedan tillbaka till el. Detta är standardplanen för denna typ av ström. Den 12 mars 2015 visade Mitsubishi Heavy Industries överföring av 10 kilowatt (kW) kraft till en mottagarenhet på ett avstånd av 500 meter (m) bort.

Fördelar och nackdelar

Fördelar

SBSP -konceptet är attraktivt eftersom rymden har flera stora fördelar jämfört med jordens yta för insamling av solenergi:

  • Det är alltid solmiddag i rymden och full sol.
  • Samla ytor kan få mycket mer intensivt solljus, på grund av bristen på hinder som atmosfäriska gaser , moln , damm och andra väderhändelser. Följaktligen är intensiteten i omloppsbana cirka 144% av den högsta möjliga intensiteten på jordens yta.
  • En satellit kan tändas över 99% av tiden och vara i jordens skugga högst 72 minuter per natt vid vår- och höstdagjämningen vid lokal midnatt. Kretsande satelliter kan vara utsatta för en konstant hög grad av solinstrålning , i allmänhet under 24 timmar per dag, medan jorden yta solpaneler närvarande collect effekt för ett genomsnitt av 29% av dagen.
  • Ström kunde relativt snabbt omdirigeras direkt till områden som behöver det mest. En insamlingssatellit kan möjligen leda ström på begäran till olika ytplatser baserat på geografisk baslast eller topplastbehov .
  • Minskad störning av växter och djur .

Nackdelar

SBSP -konceptet har också ett antal problem:

  • Den stora kostnaden för att skjuta upp en satellit i rymden. För 6,5 kg/kW kan kostnaden för att placera en kraftsatellit i GEO inte överstiga $ 200/kg om strömkostnaden ska vara konkurrenskraftig.
  • Mikrovågsoptik kräver GW -skala på grund av luftig diskstråle . Vanligtvis sprider sig en 1 km sändarskiva vid 2,45 GHz till 10 km på jordavstånd.
  • Oförmåga att begränsa kraftöverföringen inuti små strålvinklar. Till exempel krävs en stråle på 0,002 grader (7,2 bågsekunder) för att hålla sig inom ett kilometer mottagande antennmål från geostationär höjd. De mest avancerade riktade trådlösa kraftöverföringssystemen från och med 2019 sprider sin halva effektstrålbredd över minst 0,9 båggrader.
  • Otillgänglighet: Underhåll av en jordbaserad solpanel är relativt enkelt, men konstruktion och underhåll på en solpanel i rymden skulle vanligtvis ske telerobotiskt. Förutom kostnad utsätts astronauter som arbetar i GEO (geosynkron jordbana) för oacceptabelt höga strålningsrisker och risker och kostar cirka tusen gånger mer än samma uppgift som utförs telerobotiskt.
  • Rymdmiljön är fientlig; PV -paneler (om de används) drabbas av cirka åtta gånger den nedbrytning de skulle göra på jorden (utom vid banor som skyddas av magnetosfären).
  • Rumsrester är en stor fara för stora föremål i rymden, särskilt för stora strukturer som SBSP -system som transiteras genom skräpet under 2000 km. Kollisionsrisken minskar mycket i GEO eftersom alla satelliter rör sig i samma riktning med mycket nära samma hastighet.
  • Sändningsfrekvensen för mikrovågsnedlänken (om den används) skulle kräva isolering av SBSP -systemen från andra satelliter. GEO-utrymmet är redan välutnyttjat och kräver samordning med ITU-R .
  • Den stora storleken och motsvarande kostnad för mottagningsstationen på marken. Kostnaden har uppskattats till en miljard dollar för 5 GW av SBSP -forskaren Keith Henson .
  • Energiförluster under flera faser av omvandling från fotoner till elektroner till fotoner tillbaka till elektroner.
  • Värmehantering i rymdkraftsystem är svårt att börja med, men blir svårhanterligt när hela rymdfarkosten är konstruerad för att absorbera så mycket solstrålning som möjligt. Traditionella rymdskepps termiska styrsystem , såsom strålande skovlar, kan störa blockering av solpaneler eller kraftsändare.

Design

Konstnärens koncept av en solskiva ovanpå en LEO till GEO elektriskt driven rymdbåt .

Rymdbaserad solenergi består i huvudsak av tre element:

  1. samla solenergi i rymden med reflektorer eller uppblåsbara speglar på solceller eller värmare för termiska system
  2. trådlös kraftöverföring till jorden via mikrovågsugn eller laser
  3. ta emot ström på jorden via en rektenna , en mikrovågsantenn

Den rymdbaserade delen behöver inte stödja sig mot tyngdkraften (annat än relativt svaga tidvattensspänningar). Det behöver inget skydd mot markvind eller väder, men måste hantera rymdrisker som mikrometorer och solfacklor . Två grundläggande omvandlingsmetoder har studerats: solceller (PV) och soldynamik (SD). De flesta analyser av SBSP har fokuserat på fotovoltaisk omvandling med solceller som direkt omvandlar solljus till elektricitet. Solar dynamic använder speglar för att koncentrera ljuset på en panna. Användningen av soldynamik kan minska massan per watt. Trådlös kraftöverföring föreslogs tidigt som ett sätt att överföra energi från insamling till jordens yta, med antingen mikrovågs- ​​eller laserstrålning vid olika frekvenser.

Mikrovågsöverföring

William C. Brown visade 1964, under Walter Cronkite s CBS nyhetsprogram, mikrovågsugn driven modell helikopter som fick all den kraft som den behövde för flygning från en mikrovågsugn balk. Mellan 1969 och 1975 var Bill Brown teknisk chef för ett JPL Raytheon -program som strålade 30 kW effekt över en sträcka på 1,6 km med 9,6% effektivitet.

Mikrovågsöverföring av tiotals kilowatt har bevisats väl genom befintliga tester i Goldstone i Kalifornien (1975) och Grand Bassin på Reunion Island (1997).

Jämförelse av laser- och mikrovågstransmission. NASA -diagram

På senare tid har mikrovågstransmission överförts, i samband med solenergi fångst, mellan en bergstopp i Maui och ön Hawaii (92 miles away), av ett team under John C. Mankins . Tekniska utmaningar när det gäller matrislayout, design av enstaka strålningselement och övergripande effektivitet, liksom de tillhörande teoretiska gränserna är för närvarande ett ämne för forskning, vilket det demonstrerades av Special Session on "Analysis of Electromagnetic Wireless Systems for Solar Power Transmission "hölls under IEEE -symposiet 2010 om antenner och förökning. År 2013 publicerades en användbar översikt som täcker teknik och problem i samband med mikrovågsöverföring från rymden till marken. Den innehåller en introduktion till SPS, aktuell forskning och framtidsutsikter. Dessutom har en översyn av nuvarande metoder och teknik för utformning av antennmatriser för mikrovågstransmission överförts i IEEE: s förfaranden.

Laserstrålning

Laserstrålning ansågs av vissa på NASA som en springbräda för ytterligare industrialisering av rymden. På 1980-talet arbetade forskare vid NASA med den potentiella användningen av lasrar för strålning mellan rymden och rymden, med fokus främst på utvecklingen av en soldriven laser. År 1989 föreslogs att kraft också användbart kunde strålas av laser från jorden till rymden. 1991 hade SELENE -projektet (SpacE Laser ENErgy) påbörjats, vilket omfattade studier av laserstrålar för att leverera ström till en månbas. SELENE-programmet var en tvåårig forskningsinsats, men kostnaden för att ta konceptet till operativ status var för hög, och det officiella projektet avslutades 1993 innan en rymdbaserad demonstration nåddes.

1988 föreslogs användningen av en jordbaserad laser för att driva en elektrisk thruster för rymddrivning av Grant Logan, med tekniska detaljer utarbetade 1989. Han föreslog att använda diamantsolceller som arbetar vid 600 grader för att konvertera ultraviolett laserljus.

Orbital plats

Den största fördelen med att placera ett rymdkraftverk i en geostationär bana är att antennens geometri förblir konstant, så att det är enklare att hålla antennerna uppställda. En annan fördel är att nästan kontinuerlig kraftöverföring är omedelbart tillgänglig så snart den första rymdkraftstationen placeras i en bana, LEO kräver flera satelliter innan de producerar nästan kontinuerlig kraft.

Kraftstrålning från geostationär bana med mikrovågor bär svårigheten att de nödvändiga storleken på "optisk bländare" är mycket stora. Exempelvis krävde 1978 NASA SPS-studien en 1 km sändarantenn och en mottagningsrektenna med en diameter på 10 km för en mikrovågsstråle vid 2,45 GHz . Dessa storlekar kan minskas något genom att använda kortare våglängder, även om de har ökad atmosfärisk absorption och till och med potentiell strålblockering av regn eller vattendroppar. På grund av den tunnade matrisförbannelsen är det inte möjligt att göra en smalare stråle genom att kombinera strålarna från flera mindre satelliter. Den stora storleken på de sändande och mottagande antennerna innebär att den lägsta praktiska effektnivån för en SPS nödvändigtvis kommer att vara hög; små SPS -system kommer att vara möjliga, men oekonomiska.

En samling av LEO ( Low Earth Orbit ) rymdkraftverk har föreslagits som en föregångare till GEO ( Geostationary Orbit ) rymdbaserad solenergi.

Jordbaserad mottagare

Den jordbaserade rektenna skulle sannolikt bestå av många korta dipolantenner anslutna via dioder . Mikrovågssändningar från satelliten skulle tas emot i dipolerna med cirka 85% effektivitet. Med en konventionell mikrovågsantenn är mottagningseffektiviteten bättre, men dess kostnad och komplexitet är också betydligt större. Rectennas skulle troligen vara flera kilometer över.

I rymdapplikationer

En laser SBSP kan också driva en bas eller fordon på månens eller Mars yta, vilket sparar masskostnader för att landa strömkällan. En rymdfarkost eller annan satellit kan också drivas med samma medel. I en rapport från 2012 som presenterades för NASA om rymdens solenergi nämner författaren en annan potentiell användning för tekniken bakom rymdens solenergi kan vara för solelektriska framdrivningssystem som kan användas för interplanetära mänskliga utforskningsuppdrag.

Lanseringskostnader

Ett problem för SBSP -konceptet är kostnaden för rymdlanseringar och mängden material som skulle behöva lanseras.

Mycket av det lanserade materialet behöver inte levereras till dess slutliga bana omedelbart, vilket ökar möjligheten att högeffektiva (men långsammare) motorer kan flytta SPS -material från LEO till GEO till en acceptabel kostnad. Exempel är jonpropeller eller kärnframdrivning .

För att ge en uppfattning om problemets omfattning, förutsatt en solpanelsmassa på 20 kg per kilowatt (utan att beakta massan av stödstrukturen, antennen eller någon betydande massreducering av några fokuseringsspeglar) skulle en kraftstation på 4 GW väga cirka 80 000 ton , som alla under nuvarande omständigheter skulle sjösättas från jorden. Detta är dock långt ifrån den senaste tekniken för flygande rymdfarkoster, som 2015 var 150W/kg (6,7 kg/kW) och förbättrades snabbt. Mycket lätta konstruktioner kan sannolikt uppnå 1 kg/kW, vilket betyder 4000 ton för solpaneler för samma 4 GW kapacitetsstation. Utöver panelernas massa måste overhead (inklusive boost till önskad bana och stationshållning) läggas till.

Lanseringskostnader för 4GW till LEO
1 kg/kW 5 kg/kW 20 kg/kW
$ 1/kg (lägsta kostnad vid ~ $ 0,13/kWh effekt, 100% effektivitet) 4 miljoner dollar 20 miljoner dollar $ 80 miljoner
$ 2000/kg (ex: Falcon Heavy ) 8 miljarder dollar 40 miljarder dollar 160 miljarder dollar
$ 10000/kg (ex: Ariane V ) 40 miljarder dollar 200 miljarder dollar 800 miljarder dollar

Till dessa kostnader måste läggas miljöpåverkan av tunga rymdfarkoster, om sådana kostnader ska användas i jämförelse med jordbaserad energiproduktion. Som jämförelse varierar den direkta kostnaden för ett nytt kol- eller kärnkraftverk från 3 miljarder dollar till 6 miljarder dollar per GW (exklusive hela kostnaden för miljön från koldioxidutsläpp eller lagring av använt kärnbränsle).

Bygga från rymden

Från månmaterial som lanserades i omloppsbana

Gerard O'Neill , som noterade problemet med höga lanseringskostnader i början av 1970 -talet, föreslog att bygga SPS: er i omloppsbana med material från månen . Lanseringskostnaderna från månen är potentiellt mycket lägre än från jorden, på grund av den lägre tyngdkraften och bristen på atmosfäriskt drag . Detta förslag från 1970-talet förutsatte att den då annonserade framtida lanseringen kostar NASAs rymdfärja. Detta tillvägagångssätt skulle kräva betydande kapitalinvesteringar för att etablera massförare på månen. Den 30 april 1979 drog dock slutrapporten ("Lunar Resources Utilization for Space Construction") från General Dynamics 'Convair Division, enligt NASA-kontraktet NAS9-15560, slutsatsen att användning av månresurser skulle vara billigare än jordbaserat material för en system med så lite som trettio solkraftsatelliter med 10 GW kapacitet vardera.

1980, när det blev uppenbart att NASA: s uppskattningar för lanseringskostnader för rymdfärjan var grovt optimistiska, O'Neill et al. publicerade en annan väg till tillverkning med hjälp av månmaterial med mycket lägre startkostnader. Detta 1980-talets SPS-koncept förlitade sig mindre på mänsklig närvaro i rymden och mer på delvis självreplikerande system på månytan under fjärrkontroll av arbetare som är stationerade på jorden. Den höga nettoenergivinsten i detta förslag härrör från månens mycket grundare gravitationskälla .

Att ha en relativt billig råvara per kilo råvara från rymden skulle minska oron för lågmassedesigner och resultera i att en annan typ av SPS byggs. Den låga kostnaden per pund månmaterial i O'Neills vision skulle stödjas genom att använda månmaterial för att tillverka fler anläggningar i omloppsbana än bara solkraftsatelliter. Avancerade tekniker för att skjuta upp från månen kan sänka kostnaden för att bygga en solenergisatellit av månmaterial. Några föreslagna tekniker inkluderar månmassdrivrutinen och månens rymdhiss , som först beskrevs av Jerome Pearson. Det skulle kräva etablering av kiselbrytning och tillverkning av solceller på månen .

På månen

Fysikern Dr David Criswell föreslår att månen är den optimala platsen för solkraftverk och främjar månbaserad solenergi . Den främsta fördelen han föreställer sig är konstruktion till stor del av lokalt tillgängliga månmaterial, med resursutnyttjande på plats , med en teleopererad mobilfabrik och kran för att montera mikrovågsreflektorerna, och rovers för att montera och asfaltera solceller, vilket avsevärt skulle minska lanseringskostnaderna jämfört till SBSP -design. Kraftreläsatelliter som kretsar runt jorden och månen som reflekterar mikrovågsstrålen är också en del av projektet. Ett demoprojekt på 1 GW börjar på 50 miljarder dollar. Den Shimizu Corporation använder en kombination av laser och mikrovågsugn för Luna ring konceptet, tillsammans med makt reläsatelliter.

Från en asteroid

Asteroidbrytning har också övervägts på allvar. En NASA-designstudie utvärderade ett 10 000 ton gruvfordon (som ska monteras i omloppsbana) som skulle återföra ett 500 000 ton asteroidfragment till geostationär bana. Endast cirka 3 000 ton av gruvfartyget skulle vara traditionell nyttolast av flyg- och rymdkvalitet. Resten skulle vara reaktionsmassa för massförarmotorn, som kan arrangeras till de förbrukade raketstadierna som används för att starta nyttolasten. Om vi ​​antar att 100% av den returnerade asteroiden var användbar och att asteroidgruvarbetaren själv inte kunde återanvändas, motsvarar det nästan 95% minskning av lanseringskostnaderna. De sanna fördelarna med en sådan metod skulle dock bero på en grundlig mineralundersökning av kandidat asteroiderna; hittills har vi bara uppskattningar av deras sammansättning. Ett förslag är att fånga asteroiden Apophis till en jordbana och omvandla den till 150 solenergisatelliter på 5 GW vardera eller den större asteroiden 1999 AN10 som är 50x storleken på Apophis och tillräckligt stor för att bygga 7500 5-gigawatt solkraftsatelliter

Galleri

  • En månbas med en massförare (den långa strukturen som går mot horisonten). NASA konceptuell illustration

  • En konstnärs uppfattning om en "självväxande" robotmånefabrik.

  • Mikrovågsreflektorer på månen och teleopererad robotbeläggningsrover och kran.

  • "Crawler" passerar månytan, utjämnar, smälter ett översta lagret av regolit, sedan deponerar element av kisel -PV -celler direkt på ytan

  • Skiss av Lunar Crawler som ska användas för tillverkning av månens solceller på månens yta.

  • Här visas en rad solfångare som omvandlar kraft till mikrovågsstrålar riktade mot jorden.

  • En solkraftsatellit byggd av en brytad asteroid.

Säkerhet

Användningen av mikrovågsöverföring av kraft har varit den mest kontroversiella frågan när man överväger någon SPS -design. Vid jordens yta skulle en föreslagen mikrovågsstråle ha en maximal intensitet i mitten av 23 mW/cm 2 (mindre än 1/4 solstrålningskonstanten ) och en intensitet på mindre än 1 mW/cm 2 utanför rektenna fenceline (mottagarens omkrets). Dessa jämförs med nuvarande arbetsmiljögränsvärden för arbetsmiljöer, som är 10 mW/cm 2 , i USA: s arbets- och hälsolag (OSHA) . En stråle med denna intensitet är därför i centrum, av samma storlek som nuvarande säkra arbetsplatsnivåer, även för långvarig eller obestämd exponering. Utanför mottagaren är den mycket mindre än OSHA: s långsiktiga nivåer Över 95% av strålenergin kommer att falla på rektenna. Den återstående mikrovågsenergin kommer att absorberas och spridas väl inom de standarder som för närvarande tillämpas på mikrovågsutsläpp runt om i världen. Det är viktigt för systemeffektiviteten att så mycket av mikrovågsstrålningen som möjligt fokuseras på rektenna. Utanför rektangen minskar mikrovågsintensiteten snabbt, så närliggande städer eller annan mänsklig aktivitet bör vara helt opåverkad.

Exponering för strålen kan minimeras på andra sätt. På marken kan fysisk åtkomst kontrolleras (t.ex. via stängsel), och typiska flygplan som flyger genom strålen förser passagerarna med ett skyddande metallskal (dvs. en Faraday Cage ), som kommer att fånga upp mikrovågorna. Andra flygplan ( ballonger , ultralätt , etc.) kan undvika exponering genom att observera luftflygkontrollutrymmen, som för närvarande görs för militärt och annat kontrollerat luftrum. Mikrovågsstrålens intensitet vid marknivå i mitten av strålen skulle vara utformad och fysiskt inbyggd i systemet; helt enkelt skulle sändaren vara för långt bort och för liten för att kunna öka intensiteten till osäkra nivåer, även i princip.

Dessutom är en designbegränsning att mikrovågsstrålen inte får vara så intensiv att den skadar vilda djur, särskilt fåglar. Experiment med avsiktlig mikrovågsbestrålning på rimliga nivåer har inte visat negativa effekter även under flera generationer. Förslag har gjorts för att lokalisera rektennor till havs, men detta ger allvarliga problem, inklusive korrosion, mekaniska påfrestningar och biologisk kontaminering.

Ett vanligt föreslaget tillvägagångssätt för att säkerställa felsäker strålinriktning är att använda en retrodirektiv fasad array- antenn/rektenna. En "pilot" mikrovågsstråle som sänds ut från mitten av rektennen på marken upprättar en fasfront vid sändningsantennen. Där jämför kretsar i var och en av antennens underrutor pilotstrålens fasfront med en intern klockfas för att styra fasen för den utgående signalen. Detta tvingar den överförda strålen att centreras exakt på rektenna och ha en hög grad av fasenhetlighet; om pilotstrålen förloras av någon anledning (om sändningsantennen vrids bort från till exempel rektenna) misslyckas fasregleringsvärdet och mikrovågsstrålen defokuseras automatiskt. Ett sådant system skulle vara fysiskt oförmöget att fokusera sin effektstråle var som helst som inte hade en pilotstrålsändare. De långsiktiga effekterna av strålningskraft genom jonosfären i form av mikrovågor har ännu inte studerats, men inget har föreslagits som kan leda till någon signifikant effekt.

Tidslinje

På 1900 -talet

  • 1941 : Isaac Asimov publicerade science fiction -novellen "Reason", där en rymdstation överför energi som samlats in från solen till olika planeter med hjälp av mikrovågsstrålar.
  • 1968 : Peter Glaser introducerar konceptet med ett "solenergisatellitsystem" med kvadratkilometer solfångare i hög geosynkron bana för insamling och omvandling av solens energi till en mikrovågsstråle för att överföra användbar energi till stora mottagande antenner ( rektenner ) på jorden för distribution.
  • 1973 : Peter Glaser beviljas amerikanskt patent nummer 3 781 647 för sin metod att överföra kraft över långa avstånd med hjälp av mikrovågor från en stor (en kvadratkilometer) antenn på satelliten till en mycket större på marken, nu känd som en rektenna.
  • 1978–81 : USA: s energidepartement och NASA undersöker solkraftsatellit (SPS) -konceptet i stor utsträckning och publicerar design- och genomförbarhetsstudier.
  • 1987 : Stationär höghöjdsreläplattform ett kanadensiskt experiment
  • 1995–97 : NASA genomför en "Fresh Look" -studie av rymdens solenergi (SSP) koncept och teknik.
  • 1998 : Space Solar Power Concept Definition Study (CDS) identifierar trovärdiga, kommersiellt gångbara SSP -koncept, samtidigt som tekniska och programmatiska risker påpekas.
  • 1998 : Japans rymdorganisation börjar utveckla ett rymdens solsystem (SSPS), ett program som fortsätter fram till i dag.
  • 1999 : NASA: s Space Solar Power Exploratory Research and Technology -program ( SERT, se nedan ) börjar.
  • 2000 : John Mankins från NASA vittnar i USA: s representanthus och säger "Storskalig SSP är ett mycket komplext integrerat system som kräver många betydande framsteg inom nuvarande teknik och kapacitet. En teknikplan har utvecklats som beskriver potentiella vägar för att uppnå alla nödvändiga framsteg - om än under flera decennier.

På 2000 -talet

  • 2001 : NASDA (En av Japans nationella rymdorganisationer innan den blev en del av JAXA ) tillkännager planer på att utföra ytterligare forskning och prototyper genom att skjuta upp en experimentell satellit med 10 kilowatt och 1 megawatt effekt.
  • 2003 : ESA -studier
  • 2007 : Den amerikanska Pentagon : s National Security Space Office (NSSO) utfärdar en rapport den 10 oktober 2007 anger de har för avsikt att samla in solenergi från rymden för användning på jorden för att hjälpa USA: s pågående relation med Mellanöstern och striden för olja. En demoanläggning kan kosta 10 miljarder dollar, producera 10 megawatt och bli operativ om 10 år.
  • 2007 : I maj 2007 hålls en workshop vid US Massachusetts Institute of Technology (MIT) för att granska SBSP -marknadens och teknikens nuvarande tillstånd.
  • 2010 : Professorerna Andrea Massa och Giorgio Franceschetti tillkännager en särskild session om "Analys av elektromagnetiska trådlösa system för solcellstransmission" vid 2010 Institute of Electrical and Electronics Engineers International Symposium on Antennas and Propagation.
  • 2010 : Indian Space Research Organization och USA: s National Space Society lanserade ett gemensamt forum för att stärka partnerskapet för att utnyttja solenergi genom rymdbaserade solfångare. Kallas Kalam-NSS-initiativet efter den tidigare indiske presidenten Dr APJ Abdul Kalam , forumet kommer att lägga grunden för det rymdbaserade solenergiprogrammet som skulle kunna se andra länder gå med också.
  • 2010: Sky's No Limit: Space-Based solar power, the next major step in the Indo-U.S .
  • 2012 : Kina föreslog en gemensam utveckling mellan Indien och Kina för att utveckla en satellit med solenergi, under ett besök av den tidigare indiske presidenten APJ Abdul Kalam .
  • 2015: The Space Solar Power Initiative (SSPI) upprättas mellan Caltech och Northrop Grumman Corporation. Uppskattningsvis 17,5 miljoner dollar ska tillhandahållas under ett treårigt projekt för utveckling av ett rymdbaserat solenergisystem.
  • 2015 : JAXA meddelade den 12 mars 2015 att de trådlöst strålade 1,8 kilowatt 50 meter till en liten mottagare genom att konvertera el till mikrovågor och sedan tillbaka till el.
  • 2016: Generallöjtnant Zhang Yulin, biträdande chef för [PLA] avrustningsutvecklingsavdelningen i Central Military Commission, föreslog att Kina nästa skulle börja utnyttja jord-månutrymme för industriell utveckling. Målet skulle vara konstruktionen av rymdbaserade solkraftsatelliter som skulle stråla energi tillbaka till jorden.
  • 2016: Ett team med medlemskap från Naval Research Laboratory (NRL), Defense Advanced Projects Agency (DARPA), Air Force Air University, Joint Staff Logistics (J-4), Department of State, Makins Aerospace och Northrop Grumman vann sekreteraren för Försvar (SECDEF) / Statssekreterare (SECSTATE) / USAID Direktör för hela byrån D3 (Diplomacy, Development, Defense) Innovation Challenge med ett förslag som USA måste leda inom rymden solenergi. Förslaget följdes av en visionsvideo
  • 2016: Medborgare för rymdbaserad solenergi har förvandlat D3-förslaget till aktiva framställningar på Vita husets webbplats "America Must Lead the Transition to Space-Based Energy" och Change.org "USA måste leda övergången till rymdbaserad energi" tillsammans med följande video .
  • 2016: Erik Larson och andra från NOAA tar fram ett papper "Globalt atmosfäriskt svar på utsläpp från ett föreslaget återanvändbart rymduppskjutningssystem" Tidningen gör gällande att upp till 2 TW/år kraftsatelliter kan konstrueras utan oacceptabla skador på atmosfären. Före detta dokument var det oroligt att NOx som produceras genom återinträde skulle förstöra för mycket ozon.
  • 2016: Ian Cash från SICA Design föreslår CASSIOPeiA (Constant Aperture, Solid State, Integrated, Orbital Phased Array) ett nytt koncept SPS [2]
  • 2017: NASA väljer ut fem nya forskningsförslag inriktade på investeringar i rymden. Colorado School of Mines fokuserar på "21st Century Trends in Space-Based Solar Power Generation and Storage."
  • 2019: Aditya Baraskar och prof Toshiya Hanada från Space System Dynamic Laboratory, Kyushu University föreslog Energy Orbit (E-Orbit), en liten rymd solenergi-satellitkonstellation för effektstrålning mellan satelliter i låg jordbana. Totalt 1600 satelliter för att överföra 10 kilowatt el i en radie på 500 km på en höjd av 900 km. "
  • 2019: Kina skapar en testbas för SBSP och tillkännager planen att lansera en fungerande SBSP-station på 200 ton i megawatt år 2035.

Otypiska konfigurationer och arkitektoniska överväganden

Det typiska referenssystemet-av-system involverar ett betydande antal (flera tusen multi-gigawatt-system för att betjäna hela eller en betydande del av jordens energibehov) av enskilda satelliter i GEO. Den typiska referensdesignen för den enskilda satelliten ligger i 1-10 GW-intervallet och involverar vanligtvis plan eller koncentrerad solfotovoltaik (PV) som energisamlare / omvandling. De mest typiska överföringsdesignerna är i 1–10 GHz (2,45 eller 5,8 GHz) RF -band där det finns minimala förluster i atmosfären. Material för satelliterna kommer från och tillverkas på jorden och förväntas transporteras till LEO via återanvändbar raketuppskjutning och transporteras mellan LEO och GEO via kemisk eller elektrisk framdrivning. Sammanfattningsvis är arkitekturvalen:

  • Plats = GEO
  • Energisamling = PV
  • Satellit = monolitisk struktur
  • Överföring = RF
  • Material & Tillverkning = Jord
  • Installation = RLV till LEO, Chemical till GEO

Det finns flera intressanta designvarianter från referenssystemet:

Alternativ energisamlingsplats : Medan GEO är mest typiskt på grund av dess fördelar med närheten till jorden, förenklad pekning och spårning, mycket liten tid i ockultation och skalbarhet för att möta all global efterfrågan flera gånger, har andra platser föreslagits:

  • Sun Earth L1: Robert Kennedy III, Ken Roy och David Fields har föreslagit en variant av L1-solskyddet kallat "Dyson Dots" där en primärkollektor med flera terawatt skulle stråla energi tillbaka till en serie LEO-solsynkrona mottagarsatelliter. Det mycket längre avståndet till jorden kräver en motsvarande större överföringsöppning.
  • Månytan : David Criswell har föreslagit att använda månens egen yta som uppsamlingsmedium, som strålar kraft till marken via en serie mikrovågsreflektorer i jordens bana. Den främsta fördelen med detta tillvägagångssätt skulle vara förmågan att tillverka solfångare på plats utan energikostnad och komplexitet vid lansering. Nackdelar inkluderar det mycket längre avståndet, som kräver större överföringssystem, den nödvändiga "överbyggnaden" för att hantera månkvällen och svårigheten med tillräcklig tillverkning och pekning av reflektorsatelliter.
  • MEO: MEO-system har föreslagits för verktyg inom rymden och för framdrivningsinfrastrukturer för strålkraft. Se till exempel Royce Jones tidning.
  • Mycket elliptiska banor: Molniya-, Tundra- eller Quazi Zenith -banor har föreslagits som tidiga platser för nischmarknader, vilket kräver mindre energi för att komma åt och ger bra uthållighet.
  • Sol-synkronisering LEO: I den här nära Polar-banan går satelliterna i en takt som gör att de alltid kan vända mot solen när de roterar runt jorden. Detta är en lättillgänglig bana som kräver mycket mindre energi, och dess närhet till jorden kräver mindre (och därför mindre massiva) sändaröppningar. Nackdelar med detta tillvägagångssätt inkluderar emellertid att ständigt måste flytta mottagningsstationer eller lagra energi för en burst -överföring. Denna bana är redan trångt och har betydande rymdskräp.
  • Ekvatorial LEO: Japans SPS 2000 föreslog en tidig demonstrator i ekvatorial LEO där flera ekvatoriella deltagande nationer kunde få viss makt.
  • Jordens yta : Narayan Komerath har föreslagit ett rymdkraftnät där överskottsenergi från ett befintligt elnät eller kraftverk på ena sidan av planeten kan ledas upp till en bana, över till en annan satellit och ner till mottagare.

Energisamling: De mest typiska konstruktionerna för solenergisatelliter inkluderar fotovoltaik. Dessa kan vara plana (och vanligtvis passivt kylda), koncentrerade (och kanske aktivt kylda). Det finns dock flera intressanta varianter.

  • Solvärme: Förespråkare för solvärme har föreslagit att använda koncentrerad uppvärmning för att orsaka en tillståndsförändring i en vätska för att utvinna energi via roterande maskiner följt av kylning i radiatorer. Fördelarna med denna metod kan innefatta den totala systemmassan (omtvistad), icke-nedbrytning på grund av solvindskador och strålningstolerans. En nyligen genomförd termisk solkraftsatellitdesign av Keith Henson och andra har visualiserats här. [3] Ett relaterat koncept finns här: [4] De föreslagna radiatorerna är tunnväggiga plattrör fyllda med lågt tryck (2,4 kPa) och temperatur (20 grader C) ånga.
  • Solpumpad laser: Japan har bedrivit en solpumpad laser, där solljus direkt upphetsar lasermediet som används för att skapa den koherenta strålen till jorden.
  • Fusionsförfall: Denna version av en kraftsatellit är inte "sol". Rummets vakuum ses snarare som en "funktion inte en bugg" för traditionell fusion. Per Paul Werbos, efter sammansmältning sönderfaller även neutrala partiklar till laddade partiklar som i en tillräckligt stor volym skulle möjliggöra direkt omvandling till ström.
  • Solvindslinga : Kallas även en Dyson – Harrop -satellit . Här använder satelliten inte fotonerna från solen utan snarare de laddade partiklarna i solvinden som via elektromagnetisk koppling genererar en ström i en stor slinga.
  • Direkta speglar: Tidiga begrepp för direkt spegelriktning av ljus till planeten Jorden led av problemet att strålar som kommer från solen inte är parallella utan expanderar från en skiva och så storleken på platsen på jorden är ganska stor. Lewis Fraas har utforskat en rad paraboliska speglar för att öka befintliga solceller.

Alternativ satellitarkitektur: Den typiska satelliten är en monolitisk struktur som består av ett strukturellt fackverk, en eller flera kollektorer, en eller flera sändare och ibland primära och sekundära reflektorer. Hela strukturen kan vara gravitationsgradientstabiliserad. Alternativa mönster inkluderar:

  • Svärmar av mindre satelliter : Vissa mönster föreslår svärmar av fritt flygande mindre satelliter. Detta är fallet med flera laserdesigner och verkar vara fallet med CALTECHs Flying Carpets. För RF -konstruktioner är en teknisk begränsning det glesa arrayproblemet .
  • Fritt flytande komponenter : Solaren har föreslagit ett alternativ till den monolitiska strukturen där primärreflektorn och transmissionsreflektorn är frittflygande.
  • Centrifugering: NASA undersökte ett centrifugerat tunnfilmskoncept.
  • Photonic laser thruster (PLT) stabilized structure: Young Bae har föreslagit att foton tryck kan ersätta kompressionselement i stora strukturer.

Överföring: Den mest typiska konstruktionen för energioverföring är via en RF -antenn på under 10 GHz till en rektenna på marken. Kontrovers finns mellan fördelarna med Klystrons, Gyrotrons, Magnetrons och fast tillstånd. Alternativa överföringsmetoder inkluderar:

  • Laser: Lasrar erbjuder fördelen med mycket lägre kostnad och massa till första effekt, men det finns kontroverser om fördelarna med effektivitet. Lasrar möjliggör mycket mindre sändnings- och mottagningsöppningar. En högkoncentrerad stråle har dock ögon-säkerhet, brandsäkerhet och vapenisering. Förespråkarna tror att de har svar på alla dessa problem. Ett laserbaserat tillvägagångssätt måste också hitta alternativa sätt att hantera moln och nederbörd.
  • Atmosfärisk vågledare: Vissa har föreslagit att det kan vara möjligt att använda en kortpulslaser för att skapa en atmosfärisk vågledare genom vilken koncentrerade mikrovågor kan strömma.
  • Kärnsyntes: Partikelacceleratorer baserade i det inre solsystemet (oavsett om de är i omloppsbana eller på en planet som Merkurius ) kan använda solenergi för att syntetisera kärnbränsle från naturligt förekommande material. Även om detta skulle vara mycket ineffektivt med hjälp av nuvarande teknik (i termer av mängden energi som behövs för att tillverka bränslet jämfört med mängden energi som finns i bränslet) och skulle väcka uppenbara kärnkraftssäkerhetsfrågor , den grundläggande teknik som ett sådant tillvägagångssätt skulle förlita sig på har använts i decennier, vilket gör detta till det kanske mest pålitliga sättet att sända energi, särskilt över mycket långa avstånd - i synnerhet från det inre solsystemet till det yttre solsystemet.

Material och tillverkning: Typiska konstruktioner använder det utvecklade industriella tillverkningssystemet som finns på jorden och använder jordbaserade material både för satelliten och drivmedlet. Varianter inkluderar:

  • Månmaterial: Det finns mönster för solenergisatelliter som källar> 99% av material från månregolit med mycket små insatser av "vitaminer" från andra platser. Att använda material från månen är attraktivt eftersom lanseringen från månen i teorin är mycket mindre komplicerad än från jorden. Det finns ingen atmosfär, och därför behöver komponenter inte packas tätt i en aeroshell för att överleva vibrationer, tryck och temperaturbelastningar. Lansering kan ske via en magnetisk massdrivrutin och kringgå kravet på att helt och hållet använda drivmedel. GEO kräver också mycket mindre energi än från jordens mycket djupare gravitationskälla. Att bygga alla solkraftssatelliter för att till fullo leverera all nödvändig energi för hela planeten kräver mindre än en miljonedel av månens massa.
  • Självreplikation på månen: NASA undersökte en självreplikerande fabrik på månen 1980. Mer nyligen föreslog Justin Lewis-Webber en metod för specialtillverkning av kärnelement baserat på John Mankins SPS-Alpha-design.
  • Asteroidala material: Vissa asteroider antas ha ännu lägre Delta-V för att återvinna material än månen, och vissa speciella material av intresse som metaller kan vara mer koncentrerade eller lättare att komma åt.
  • Tillverkning i rymden/på plats: Med tillkomsten av additiv tillverkning i rymden kan koncept som SpiderFab möjliggöra masslansering av råvaror för lokal extrudering.

Metod för installation / transport av material till energisamling Plats : I referensdesignerna lanseras komponentmaterial via välkända kemiska raketer (vanligtvis fullt återanvändbara sjösättningssystem) till LEO, varefter antingen kemisk eller elektrisk framdrivning används för att transportera dem till GEO. De önskade egenskaperna för detta system är mycket högt massflöde till låg total kostnad. Alternativa begrepp inkluderar:

  • Månskemikalielansering : ULA har nyligen visat upp ett koncept för en helt återanvändbar kemisk landare XEUS för att flytta material från månytan till LLO eller GEO.
  • Lunar mass driver : Lansering av material från månytan med hjälp av ett system som liknar ett hangarfartyg elektromagnetisk katapult. Ett outforskat kompakt alternativ skulle vara slingatronen.
  • Mån rymdhiss : En ekvatorial eller nära ekvatorkabel sträcker sig till och genom lagrange-punkten. Detta påstås av förespråkarna vara lägre i massa än en traditionell massförare.
  • Rymdhiss : Ett band av rena kolnanorör sträcker sig från tyngdpunkten i geostationär bana, så att klättrare kan klättra upp till GEO. Problem med detta inkluderar den materiella utmaningen att skapa ett band av sådan längd med tillräcklig styrka, hantering av kollisioner med satelliter och rymdskräp och blixtnedslag.
  • MEO Skyhook: Som en del av en AFRL -studie föreslog Roger Lenard en MEO Skyhook. Det verkar som om en tyngdgradientstabiliserad bindning med dess masscentrum i MEO kan konstrueras av tillgängliga material. Botten av skyhook är nära atmosfären i en "icke-keplerian bana". En återanvändbar raket kan skjuta upp för att matcha höjd och hastighet med botten av snöret som befinner sig i en icke-keplerian bana (färdas mycket långsammare än typisk orbitalhastighet). Nyttolasten överförs och den klättrar upp i kabeln. Själva kabeln hålls från omloppsbana via elektrisk framdrivning och/eller elektromagnetiska effekter.
  • MAGLEV lansering / StarTram : John Powell har ett koncept för ett mycket högt massflödessystem. I ett första generationens system, inbyggt i ett berg, accelererar en nyttolast genom ett evakuerat MAGLEV-spår. En liten raket ombord cirkulerar nyttolasten.
  • Beamed energy launch: Kevin Parkin och Escape Dynamics har båda koncept för markbaserad bestrålning av ett mono-drivande lanseringsfordon som använder RF-energi. RF-energin absorberas och värmer drivmedlet direkt, till skillnad från kärnkraftvärme i NERVA-stil. LaserMotive har ett koncept för ett laserbaserat tillvägagångssätt.

I fiktion

Rymdstationer som överför solenergi har dykt upp i science-fiction-verk som Isaac Asimovs " Reason " (1941), som centrerar kring problemen som orsakas av robotarna som driver stationen. Asimovs novell " The Last Question " innehåller också användningen av SBSP för att ge gränslös energi för användning på jorden.

Erc Kotani och John Maddox Roberts roman från 2000 The Legacy of Prometheus utmanar ett lopp mellan flera konglomerat för att vara de första som strålar ner en gigawatt energi från en solsatellit i geosynkron bana.

I Ben Bovas roman PowerSat (2005) strävar en entreprenör efter att bevisa att hans företags nästan färdiga kraftsatellit och rymdplan (ett sätt att få underhållspersonal till satelliten effektivt) är både säkra och ekonomiskt livskraftiga, medan terrorister med koppling till olja producerande nationer försöker spåra ur dessa försök genom subterfuge och sabotage.

Olika flyg- och rymdföretag har också visat upp fantasifulla framtida solenergisatelliter i sina företagsvisionsvideor, inklusive Boeing, Lockheed Martin och United Launch Alliance.

Solsatelliten är ett av tre sätt att producera energi i det webbläsarbaserade spelet OGame .

Se även

Referenser

Den National Space Society har ett omfattande utrymme solenergi bibliotek av alla viktiga historiska dokument och studier i samband med utrymme solenergi och stora nyhetsartiklar .

externa länkar

videoklipp

[5] BBC/Lighthouse DEV Eye-safe Laser Based Power Beaming Demo