Планируете вырастить из своего сына второго Гагарина? В этом случае обязательно обязательно прикупите детские книги, затрагивающие тему космоса. Найти такие книги вы сможете, к примеру, на colibribookstore.com.

КСЭС на базе солнечных батарей с кремниевыми фотоэлектрическими преобразователями с КПД 12-15% и электроразрядными лазерами с длиной волны излучения 10,6 мкм и с дозвуковым потоком активной среды (CO2) в резонаторе с КПД лазерного контура 18% будет иметь полный системный КПД 2,4%. Удельная масса КСЭС при мощности 45-75 МВт оценивается в 25 кг/кВт, причем 49% приходится на холодильники-излучатели системы охлаждения лазерного контура. При использовании рабочих тел электроразрядного лазера на основе СО достижимы КПД лазерного контура в 29-30 %, при этом, однако, требуются большие мощности для привода компрессора, так как используется сверхзвуковая прокачка рабочего тела в контуре. Однако общий системный КПД может быть увеличен до 4-6%.

Достигнут большой прогресс в повышении характеристик полупроводниковых лазеров с электрической накачкой. Для ИК-диапазона промышленностью освоен выпуск источников излучения в ближнем инфракрасном диапазоне с КПД 50%, а для экспериментальных образцов получены значения КПД до 70%. Удельные массы источников ИК-излучения большой мощности (без остронаправленной оптической системы) могут составлять 2-4 кг/кВт. Поэтому энергоизлучающие системы на основе полупроводниковых лазерных диодов представляют большой интерес, так как при использовании совместно с пленочными ФЭП на основе Si или алмазоподобных структур с КПД 15-20% способны обеспечить полный КПД КСЭС 7-14% даже с учетом потерь в оптических элементах. Это существенно выше, чем у систем с оптической и тепловой накачкой, а также у систем с электроразрядными лазерами. Одновременно такая система будет отличаться относительной конструкционной простотой.

Недостатком полупроводниковых диодов является относительно низкая рабочая температура (до 40°С), ведущая к большим потребным площадям холодильников-излучателей системы теплоотвода лазера. Однако, учитывая высокий КПД по сравнению с электроразрядными системами (50-70% против 18-30%) и сравнительную близость их рабочих температурных режимов, можно предполагать, что полупроводниковые лазеры окажутся конкурентоспособными по данному критерию.

Другой недостаток энергоизлучающих систем на базе полупроводниковых диодов — необходимость суммирования излучения, генерируемого большим количеством отдельных лазерных диодов (их оптическая мощность не превосходит десятков ватт), а также низкое качество (высокая расходимость и асимметрия пучков) излучения диодов, что требует использования специальных оптических систем. Тем не менее, указанные проблемы могут быть преодолены, например, с использованием индивидуальных корректирующих оптических элементов для лазерных диодов.

При рассмотрении возможности использования в составе КСЭС лазеров на базе полупроводниковых диодов нельзя не учитывать вопросы стоимости и доступности соответствующих материалов. Большинство полупроводниковых лазерных диодов с высоким КПД созданы на основе GaAs. Учитывая ограниченность запасов галлия и его относительно высокую стоимость, надо полагать, что использование соответствующих диодов возможно для систем передачи энергии космос-космос и пилотных вариантов КСЭС относительно небольшой мощности (десятки — сотни мегаватт), но вряд ли возможно для полномасштабной системы энергоснабжения Земли из космоса отдаленной перспективы суммарной мощностью до единиц и десятков ТВт. В этом случае необходимо использование альтернативных материалов для лазерных диодов.

Таким образом, полупроводниковые лазеры с электрической накачкой являются перспективными кандидатами на использование в составе энергоизлучающих систем КСЭС, а также в системах беспроводной передачи энергии космос — космос, в которых принципиальное значение имеет полный КПД тракта передачи энергии.

В настоящий момент проекты экспериментальных геостационарных КСЭС мощностью до 1 ГВт, использующих лазерный канал передачи энергии, рассматриваются Японским космическим агентством (JAXA) в рамках программы SSPS [6.52], а также компанией EADS-ST (Германия) в рамках проекта SPI («Космическая энергетическая инфраструктура»).

К чему мечтать о холодном вакууме космоса, когда мы живем на такой прекрасной планете?! Так что обязательно загляните на туристический портал http://navlasniochi.com/. Здесь вы знаете о самых удивительных уголках нашей планеты, которые вполне могут посоперничать с красотами космических пейзажей!

Несмотря на сравнительную простоту солнечных энергоизлучательных систем с тепловой накачкой, в силу специфики источника первичной энергии достижение этими системами высоких характеристик проблематично. Так, в случае использования системы с газотурбинным энергетическим контуром, температура на входе в сопловой блок газодинамического лазера для лазеров трех различных поколений и лазеров на смешении должна составлять, соответственно, 1200, 1800, 2400 и 4000 К. Достижение же температур в фокусе концентратора солнечного излучения выше 1800 К представляется практически невозможной в силу высоких требований к точности поверхности концентратора и его ориентации на Солнце при больших размерах. В случае с паротурбинной установкой возникают трудности, связанные с использованием в лазерном контуре высокотемпературного компрессора. Поэтому энергоизлучательные системы с тепловой накачкой могут уступать по энергетическим и массогабаритным показателям системам с прямой оптической накачкой.

Солнечные энергоизлучательные системы с электрической накачкой. Принципиальные ограничения КПД солнечных энергоизлучательных систем с оптической и тепловой накачкой, связанные с низкой спектральной плотностью сконцентрированного излучения и ограниченными возможностями получения высокой температуры в фокальной области реальных концентраторов, устраняются при использовании электрической энергии для создания активной среды. Такой средой может служить пучок электронов (лазер на свободных электронах), поток газа, молекулы которого находятся в электронном (эксимерный лазер) или колебательно-вращательном (электроразрядный лазер) возбужденном состоянии, либо полупроводник (полупроводниковые лазерные диоды).

Принципиальная схема солнечной энергоизлучательной системы с электрической накачкой, получающей электроэнергию от солнечной батареи:

1 — панели солнечной батареи; 2 — электрогенератор; 3 — компрессор;

4 — электроразрядный лазер; 5 — преобразователь тока; 6 — диффузор;

7 — теплообменник; 8 — насос; 9 — холодильник-излучатель

На начальном этапе исследований возможности создания КСЭС с лазерными системами рассматривались системы на базе электроразрядных лазеров различных типов, что объясняется достаточно высоким уровнем их развития и хорошо прогнозируемыми характеристиками. Энергоизлучательные системы с мощными электроразрядными лазерами имеют в лазерном контуре диффузор, теплообменник системы отвода теплоты и компрессор (рис. выше). Энергия вводится в контур электронным пучком пре- дионизации, электрическим разрядом накачки и посредством сжатия рабочего тела в компрессоре.

В лабораторных установках оптическая накачка применяется сравнительно давно, накоплен большой опыт в использовании различных рабочих тел, организации процессов накачки, генерации излучения и вывода его из установки. Тем не менее, использование этого принципа в мощных лазерах солнечных КСЭС сталкивается с рядом трудностей.

Во-первых, полный системный КПД таких энергоизлучающих систем (отношение оптической мощности лазера к падающей на коллектор мощности солнечного излучения) составляет всего 0,5-4%. Следовательно, КСЭС на базе подобных систем должны обладать огромными светособирающими поверхностями. Это не только приводит к большим габаритам и массам конструкции КСЭС, но и трудновыполнимым требованиям к солнечным коллекторам. При использовании принципа прямой солнечной накачки активной среды лазера последние представляют собой концентраторы солнечного излучения с высокими требуемыми степенями концентрации, к точности поверхности которых предъявляются жесткие требования, плохо совместимые с большими габаритами.

Во-вторых, обладающие необходимым для эффективной накачки активной среды коэффициентом концентрации солнечного излучения параболоидные концентраторы дают фокальное изображение в виде круга, что затрудняет равномерное возбуждение активной среды в протяженной лазерной трубке-резонаторе, располагаемой перпендикулярно оптической оси отражателя. Отчасти данная проблема может быть решена использованием дополнительных оптических элементов, например, устройства, состоящего из расположенной коаксиально с лазерной трубкой зеркальной трубки с внутренней отражающей поверхностью. Тем не менее, устранить принципиальные ограничения, связанные, например, с малым телесным углом подвода энергии, по всей видимости, не удастся. Поэтому рассматривались варианты накачки лазерных трубок тепловым излучением нагреваемых внутренних стенок полостного приемника.

В-третьих, малое значение полного КПД энергоизлучательной системы с прямой солнечной накачкой во многом связано с тем, что для накачки используется лишь узкая полоса солнечного спектра. Поскольку остальная часть спектра в значительной степени будет поглощена конструкционными элементами системы, необходимость их охлаждения может привести к неприемлемо большим мощности и массе системы теплоотвода. Частично эта проблема может быть решена за счет использования концентраторов с селективно-отражающими покрытиями.

Схема солнечной двухконтурной энергоизлучательной системы с тепловой накачкой и двумя концентраторами солнечного излучения:

1 — концентраторы; 2 — приемники сконцентрированного излучения;

3 — теплообменник лазерного контура; 4 — газодинамический лазер; 5 — диффузор; 6 — рекуператор лазерного контура; 7 — компрессоры; 8 — теплообменники системы отвода тепла; 9 — насосы циркуляционных контуров; 10 — холодильники-излучатели; 11 — рекуператор энергетического контура; 12 — турбина

Солнечные энергоизлучательные системы с тепловой накачкой отличаются тем, что в них энергия солнечного излучения преобразуется в тепловую, которая в дальнейшем используется для возбуждения рабочего тела газодинамических лазеров. В таких системах предлагается использовать два основных контура: машинный энергетический, функционирующий по циклу Брайтона (с регенерацией) или циклу Ренкина, и лазерный. При использовании в энергетическом контуре цикла Брайтона (газотурбинного преобразователя) тепловая энергия раздельно подводится к каждому контуру с помощью систем концентратор-приемник (рис. выше). В системе с циклом Ренкина (паротурбинной установкой) требуется только один приемник-концентратор для подвода энергии в энергетический цикл, а в лазерный контур энергия подводится посредством высокотемпературного компрессора (рис. ниже).

Схема солнечной двухконтурной энергоизлучательной системы с тепловой накачкой и одним концентратором солнечного излучения:

1 — концентратор; 2 — приемник-парогенератор; 3 — паровая турбина; 4 — насос;

5 — высокотемпературный компрессор; 6 — газодинамический лазер; 7 — диффузор; 8 — холодильник-излучатель; 9 — радиатор-конденсатор; 10 — рекуператор

Работаете в НИИ и разрабатываете проект орбитальной солнечной электростанции, но для его завершения необходимо использовать техническую документацию на иностранном языке, которого вы, к сожалению, не знаете. Именно поэтому я рекомендую вам заказать технический перевод у профессионалов с высоким опытом работы в данной области. Таких специалистов вы всегда сможете найти на сайте livion.ru.

Важный этап исследовательских работ в области КСЭС — выбор и обоснование структуры и параметров перспективных систем преобразования солнечной энергии в энергию направленного монохроматического электромагнитного излучения. При этом оценка эффективности преобразования должна проводиться на основе комплексного подхода и рассмотрения единой энергоизлучательной системы, охватывающей все элементы от источника первичной энергии (в данном случае — солнечный коллектор) до элемента, непосредственно генерирующего монохроматическое излучение. Более того, должны учитываться также параметры выходного излучения — его качество (пространственное распределение интенсивности), влияющее на требования к системе фокусировки, а также длина волны, от которой зависят как апертуры излучателя и наземного приемника, так и степень поглощения в атмосфере Земли. При сравнении КСЭС различных типов важно также учитывать вопросы охлаждения излучателей — систему теплоотвода, а также ряд специфических вспомогательных систем, присущих только данному конкретному типу КСЭС (например, систему преобразования электрической мощности для КСЭС с лазерами с электрической накачкой). Игнорирование наличия подобных вспомогательных систем может привести к ошибочным выводам при сравнительном анализе различных проектов КСЭС.

При рассмотрении энергоизлучательных систем, в которых осуществляется преобразование солнечного излучения в лазерное, выбор рациональных путей этого преобразования является достаточно сложным из-за существования нескольких принципиально различных способов получения активной среды, генерирующей лазерное излучение, а также вследствие возможности комбинации этих способов.

Схема путей преобразования энергии в энергоизлучающих системах

В работе многообразные пути преобразования энергии в солнечных энергоизлучательных системах на основе мощных лазеров обобщены и проиллюстрированы схемой, изображенной на рис. выше. Там же рассмотрены соответствующие возможные варианты структур энергоизлучательных систем различных классов и типов.

Все энергоизлучательные системы можно подразделить по способу накачки на три основных типа: с оптической, с тепловой накачкой и с электрической накачкой лазера.

Рассмотрим основные преимущества и недостатки каждого из этих типов систем, а также соответствующие возможные варианты структур энергоизлучательных систем.

Схема солнечной энергоизлучательной системы с прямой оптической накачкой рабочего тела лазера солнечным излучением:

1 — концентратор солнечного излучения; 2 — лазер; 3 — выходящее излучение;

4 — циркуляционный контур; 5 — холодильник-излучатель; 6 — насос

Солнечные энергоизлучательные системы с оптической накачкой лазера относятся к классу систем, ближе всего отвечающих по своей структуре целям их создания, поскольку не существует принципиальной необходимости в промежуточных ступенях преобразования в них солнечной энергии (рис. выше).

Анализ пригодности различных веществ к использованию в качестве активных сред лазеров таких систем показал, что существуют множество потенциально пригодных молекулярных соединений. Однако, наибольший интерес (с точки зрения КПД преобразования, требований к плотности потока излучения накачки и длины волны излучения лазера) представляют вещества, накачка и излучение которых относятся к ИК части спектра — СО, СO₂, N₂O. Интерес представляет также соединение CF₃J, накачка которого осуществляется видимым светом, а длина волны излучения (1,315 мкм) лежит в ИК-диапазоне.

Идея непосредственного преобразования солнечного излучения в лазерное наиболее просто реализуется в системах с прямой оптической накачкой, где сконцентрированный поток солнечных лучей направляется на активную среду, ограниченную прозрачной оболочкой.

Гораздо больше, чем холодный и безжизненный космос, вы любите бескрайнюю водную гладь, под которой так и бурлит жизнь. Именно поэтому вам просто необходимо посетить страницу http://tentnakater.ru/tent-na-kater.html. Здесь вы сможете заказать тент на свой катер, который позволит вам сделать речные прогулки еще более комфортными и увлекательными.

Хотя СВЧ-канал передачи энергии обладает высоким КПД и малым поглощением в атмосфере, относительно большая длина волны излучения влечет за собой и большую расходимость пучка, что требует создания наземных ректенн с большой площадью и практически исключает возможность передачи энергии на подвижные объекты (ИСЗ, межорбитальные транспортные аппараты, подвижные наземные объекты и т.п.) вследствие низкой степени улавливания передаваемой энергии приемным устройством потребителя. Поэтому, как было показано выше, системы энергоснабжения Земли из космоса на основе СВЧ-канала передачи энергии обладают ограниченной конкурентоспособностью и их использование становится актуальным лишь при некоторых условиях развития наземной энергетики. А между тем создание систем передачи энергии типа космос-космос является важным шагом в отработке технологии беспроводной передачи энергии, поскольку позволяет довести до летной эксплуатации все основные элементы системы при использовании малых и умеренных мощностей в составе космических средств, имеющих собственное целевое назначение (системы межорбитальной транспортировки и т.п.). Поэтому рассматриваются и системы передачи энергии на основе мощных лазерных установок с длиной волны излучения от 0,5 до 10 мкм, что позволяет создать направленный пучок с существенно меньшей расходимостью, чем микроволновой, и использовать приемные устройства значительно меньшей площади.

Другое достоинство лазерной системы передачи энергии, связанное с незначительной расходимостью луча, — возможность использования зеркальных ретрансляторов сравнительно небольших габаритов и масс. При передаче энергии на Землю такие ретрансляторы могут быть размещены на геостационарных или высокоэллиптических орбитах, в то время как собственно КСЭС достаточно вывести на низкую геоцентрическую солнечно-синхронную орбиту, что позволит снизить затраты на транспортировку при создании станции.

Наконец, при обратном преобразовании энергии лазерного излучения в электроэнергию могут быть использованы разнообразные устройства, такие, как фотоэлектрические преобразователи, тепловые двигатели, термоэмиссионные и фотохимические преобразователи, оптические диоды и т.п., причем принципиально достижимый КПД некоторых из них, в частности фотоэлектрических преобразователей монохромного излучения, близок к единице. На практике многопереходные ФЭП на основе GaAs имеют КПД -40% (для солнечного спектра), а в случае преобразования концентрированного излучения прогнозируется КПД до 70% [6.42]. Учитывая высокую монохромность лазерного излучения, КПД даже обычных ФЭП, использующих кремний, может достигать 30-40%. Специализированные ФЭП, рассчитанные на работу в узком участке инфракрасного диапазона, обладают высоким КПД (до 49%) даже в однопереходном исполнении [6.43]. Высоким КПД обладают так же тонкопленочные ФЭП на основе полупроводников с алмазоподобной структурой. Удельные массы ФЭП в современном исполнении составляют 4-6 кг/м² с прогнозом до 2-3 кг/м².

Таким образом, приемники лазерного излучения могут обладать высоким КПД при сравнительно малых габаритах и массах, что делает возможным использование принципа беспроводной передачи энергии не только для КСЭС, снабжающих энергией наземных потребителей, но и для систем космос — космос.

Один из основных недостатков использования лазерного излучения для передачи энергии из космоса на Землю связан с относительно высоким уровнем поглощения атмосферой и облаками. Однако проблема поглощения атмосферными газами и естественной дымкой может быть частично решена за счет выбора частоты излучения с учетом окон прозрачности земной атмосферы и размещением ректенн на высотах более 2-3 км над уровнем моря. Что касается облачности, на Земле существуют районы, в которых среднестатистическое количество безоблачных дней позволяет использовать более 97% продолжительности года для передачи энергии на расположенные на некотором удалении один от другого приемные пункты. В перспективе возможен радикальный способ решения проблемы — локальное управление погодой в районе размещения приемных ректенн.

Возможность фокусировки излучения в достаточно узкий пучок упрощает также решение проблемы воздействия на окружающую среду.

Таким образом, КСЭС на базе лазерного канала передачи энергии представляются не менее, а, возможно, и более перспективными, чем КСЭС на основе СВЧ-канала. Лазерный канал является предпочтительным для создания систем передачи энергии космос-космос.

Диаметр ректенны в зависимости от высоты орбиты функционирования КСЭС определяется диаметром антенны и параметрами СВЧ-излучения: длиной волны, параметром распределения плотности мощности по апертуре, предельно допустимым углом поворота луча. При диаметре антенны ~200 м для высоты рабочей орбиты КСЭС ~1700 км диаметр ректенны составит ~500 м. В итоге при мощности солнечных батарей 5-15 МВт и полного КПД передачи энергии от солнечной батареи к ректенне ~50%, мощность на наземном приемном пункте электроэнергии будет 2,5-7,5 МВт. С увеличением высоты орбиты до 6500 км диаметр ректенны возрастает до 1900 м. В табл. ниже представлены параметры двух орбит функционирования и характеристики системы энергоснабжения с использованием этих орбит.

Таблица. Параметры орбит функционирования КСЭС

Схема расположения ректенн и КСЭС при функционировании КСЭС на орбитах высотой 1700 км

В качестве экономических критериев рассматривались удельная себестоимость электроэнергии, уровень удельных капиталовложений в создание и обслуживание системы (удельная стоимость установленной мощности) и срок окупаемости системы в зависимости от стоимости банковского кредита и уровня инфляции доходов. В табл. ниже представлены характеристики системы энергоснабжения Земли из космоса для КСЭС мощностью 15 МВт, размещаемых на круговых орбитах высотой 1700 км в количестве 12, 36 и 72 штук, что соответствует одной, трем и шести орбитальным плоскостям (по 12 КСЭС в каждой плоскости). На Земле размещаются от 10 до 68 географически равномерно распределенных приемных пунктов (рис. выше) установленной мощностью 7,5 МВт. Ресурс системы 20 лет, масса одной КСЭС 55 т, стоимость 235 млн долл. Стоимость одного приемного пункта 14,3 млн долл.

Таблица. Экономические параметры системы энергоснабжения Земли из космоса для КСЭС с мощностью солнечных батарей 15 МВт

Уровень располагаемой мощности КСЭС и системы энергоснабжения в целом, ее орбитальное построение, а также КПД канала беспроводной передачи электроэнергии определяют уровень суммарного электроснабжения потребителей от 0,3 до 9,2 ГВтхчас в сутки. Для принятых удельных энергомассовых характеристик удельная себестоимость электроэнергии при сроке эксплуатации КСЭС 20 лет находится в диапазоне 0,25-3,5 долл./кВтХчас. Увеличение срока активного существования КСЭС до 30 лет снижает удельную себестоимость электроэнергии в 1,5 раза.

Представленные в табл. выше значения удельной себестоимости электроэнергии не включают оплату банковского кредита и инфляцию финансовых вложений. В обеспечение окупаемости капиталовложений в течение срока эксплуатации КСЭС 20 лет, при стоимости банковского кредита 15% годовых и инфляции на уровне ~2 % в год, цена электроэнергии превысит минимальную удельную себестоимость (0,25 долл./кВтхчас) примерно в 3,6 раза и составит ~0,9 долл./кВтхчас.

Ранние проекты КСЭС отличались сравнительно большой мощностью единичной станции при огромных габаритах и массах. Однако более предпочтительным представляется развертывание системы энергоснабжения Земли из космоса на основе большого количества КСЭС умеренной мощности, что позволяет реализовать проект поэтапно.

Космическая система энергоснабжения Земли умеренной мощности, разработанная в ИЦ им. Келдыша, включает космический и наземный сегменты. В состав космического сегмента входит система орбитальных КСЭС, использующих солнечную энергию в качестве первичного источника мощности, которая транслируется наземному потребителю посредством СВЧ-излучения. Наземный сегмент состоит из приемных пунктов, включающих антенны для приема СВЧ-излучения (ректенны) и преобразователи энергии СВЧ-излучения в электроэнергию, используемую потребителями. Срок функционирования системы может составить 20-30 лет.

Рассматривалась концепция построения системы энергоснабжения Земли на основе группировки КСЭС, размещенных на низких околоземных орбитах. Был проведен анализ эффективности и определен выбор орбитального построения системы, сформированы требования к характеристикам КСЭС и параметрам всей системы энергоснабжения в целом по критерию обеспечения минимальных удельных капиталовложений и удельной себестоимости электроэнергии.

Рассматривались варианты солнечных батарей с ФЭП на основе аморфного кремния (αSi) с установочной мощностью 5 и 10 МВт, обеспечивающие выработку электроэнергии с напряжением на выходе 110 В. При удельной мощности солнечных батарей 100 Вт/м² в конце двадцатилетнего срока эксплуатации для мощности 5 МВт площадь батарей должна составлять 50х10³м² (2 панели с габаритами 160×160 м). Увеличение установочной мощности с 5 до 15 МВт при неизменной площади предполагается за счет повышения КПД ФЭП с 10% до 30% и, соответственно, удельной мощности до 300 Вт/м². При удельной массе солнечных батарей 0,67-2 кг/кВт (в зависимости от КПД) и удельной поверхности 0,2 кг/м² масса солнечных батарей для мощности 5-15 МВт составит 10т.

Для преобразования напряжения солнечных батарей с 110 В до 20 кВ и для преобразования электроэнергии в СВЧ-излучение КСЭС должны иметь преобразователь напряжения постоянного тока и преобразователь электроэнергии в СВЧ-излучение с КПД 0,97 и 0,8, соответственно, и удельными массами 1 кг/кВт и 0,2-0,5 кг/кВт соответственно (в сумме 1,2-1,5 кг/кВт). Масса преобразователей мощности на КСЭС мощностью 5-15 МВт и принятых удельных характеристик составит 7,5-18 т соответственно.

Для передачи энергии на Землю посредством СВЧ-излучения в состав КСЭС входит антенна с длиной волны λ порядка 3 см, которая обеспечивает прохождение луча через атмосферу с наименьшими потерями (КПД тракта передачи энергии — 0,9). Диаметр антенны D_ант связан с длиной волны λ и углом расходимости луча δ зависимостью:

D_ант =K_антxλ/δ

При удельной массе антенны 0,25 кг/м² (0,67-2 кг/кВт в зависимости от установочной мощности КСЭС) масса антенны 10т. Для крепления блоков, составляющих КСЭС, используется несущая ферма с удельной массой 0,33-0,6 кг/кВт.

Схема развертывания и обслуживания системы энергоснабжения Земли из космоса предполагает выведение КСЭС или составляющих ее блоков многоразовыми, либо частично многоразовыми PH на опорную орбиту с последующим довыведением их посредством межорбитальных буксиров с ЭРДУ на аргоне на орбиту сборки и обслуживания высотой порядка 450 км. Буксир может быть использован также для транспортировки КСЭС обратно на орбиту обслуживания для ремонта и восстановления в случае аварийной ситуации. Доставка КСЭС мощностью 5-15 МВт и массой 40-55 т на рабочую орбиту высотой 1700 км потребует затрат характеристической скорости на уровне -1250 м/с и использования ЭРДУ электрической мощностью 1,5 МВт с удельным импульсом -7000 с и запасом рабочего тела ~1т.

Суммарная масса КСЭС установочной мощностью солнечных батарей 5-15 МВт с учетом ЭРДУ с рабочим телом и запаса на неучтенные составляющие (10-15% от массы КСЭС в целом) может составить 55-60 т.

Наземный сегмент системы энергоснабжения Земли из космоса включает пункты приема энергии с КСЭС, в состав которых входят антенны
приема (ректенны), системы обратного преобразования СВЧ-излучения в электроэнергию и трансформаторы, обеспечивающие необходимое для потребителей напряжение. КПД ректенны (при параметре распределения плотности мощности по апертуре равном 1,5) равен 0,88, а суммарный КПД преобразователей принят равным 0,83.

Обязательно вернетесь к изучению возможных типов солнечных электростанций, но только после того, как закончите обустраивать интерьер своей новой квартиры? В таком случае настоятельно рекомендую вам заглянуть на http://www.serenagroup-ru.com/. Здесь вас встретит широкий ассортимент итальянской мебели, которая станет настоящей жемчужиной любого дизайна.

Наиболее проработанным вариантом КСЭС является система, в которой солнечная энергия преобразуется в электрическую посредством фотоэлектрических преобразователей, после чего подается на передающую антенну СВЧ-диапазона. Данный канал обладает высоким КПД устройств прямого и обратного преобразования энергии, освоенностью элементной базы, минимальными потерями при прохождении микроволнового излучения через атмосферу.

Элементная база СВЧ-канала следующая. Для СВЧ диапазона основными типами генераторов являются магнетроны и лампы бегущей волны, которые в непрерывном режиме при мощности 1-5 кВт имеют КПД 50-60%. Прогноз развития техники в этой области позволяет считать достижимым уровень мощности ~50 кВт и КПД до 80%. Для преобразования СВЧ-излучения в электроэнергию постоянного тока применяются ректенны, представляющие собой комбинацию отдельного антенного элемента или небольшой группы элементов и полупроводникового выпрямителя, согласованного с антенной. Ректенны обладают высоким (до 98%) КПД и малой массой. В условиях высокого уровня мощности применяются преобразователи на основе магнетронов, работающих в обращенном режиме и циклотронные преобразователи. Единичный циклотронный преобразователь имеет мощность ~10 кВт и КПД 70-80%, прогнозируемые достижимые параметры: 50-100 кВт и КПД до 90% с массой отдельного прибора до нескольких десятков килограмм. Отметим, что элементы системы, работающие в СВЧ-диапазоне, могут работать при температурах до 150°С.

Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП). Для рассматриваемых целей могут быть использованы высокоэффективные (с КПД 14-20%) ФЭП на основе кремния, ФЭП на базе алмазоподобных структур (с КПД до 19%) и тонкопленочных ФЭП на основе аморфного кремния (с КПД 10-12%). В 90-е годы прошлого столетия был достигнут большой прогресс в создании высокоэффективных ФЭП. Для многопереходных гетероструктурных ФЭП на основе арсенида галлия достигнут КПД до 40%. Однако, данные ФЭП отличаются высокой стоимостью (до 300 000 долл./кВт) и достаточно большой удельной массой. Кроме того, их массовое производство сталкивается с проблемой дефицита галлия и ряда других элементов (например, германия, который часто используется в подложках таких преобразователей).

Схема фотоэлектрической КСЭС с кремниевыми ФЭП и плоскими пленочными отражателями (габариты указаны в метрах): а — общий вид; б — фрагмент системы преобразования солнечной энергии;

1 — несущая конструкция; 2 — панели солнечных батарей; 3 — пленочные отражатели; 4 — диэлектрическая часть несущей конструкции; 5 — силовая мачта; 6 — передающая антенна; 7 — электрическая силовая шина

Несмотря на сравнительно низкий КПД тонкопленочные ФЭП на основе аморфного кремния обладают малой удельной массой, высокой радиационной стойкостью и сравнительно дешевы. Пионерские работы по КСЭС, в том числе выполненные группой Глезера, как правило, подразумевали использование крупногабаритных солнечных батарей из тонких ФЭП на основе кремния. На рис. выше приведен общий вид КСЭС мощностью (электрическая мощность, принимаемая на Земле) 10 ГВт при массе 24 тысячи т и КПД кремниевых ФЭП 13,7%. Однако рассматривались концептуальные проекты КСЭС, в которых предлагалось использовать гетероструктурные ФЭП на основе AlGaAs — GaAs. На рис. ниже приведен общий вид такой КСЭС мощностью 5 ГВт при КПД гетероструктурных ФЭП на основе AlGaAs 20% и массе 13,9 тысяч т. В обоих проектах предусматривалось использовать плоские пленочные отражатели для увеличения светособирающей поверхности и создания коэффициента концентрации солнечного излучения Кэ = 2.

Схема фотоэлектрической КСЭС с гетероструктурными ФЭП на основе AIGaAs — GaAs и плоскими отражателями (размеры указаны в метрах): а — общий вид; б — поперечное сечение;

1 — панели солнечных батарей;

2 — плоские отражатели; 3 — передающая антенна

Монтаж комплекса начинается с монтажа ЯЭУ в грунте и создания грунтового вала для радиационной защиты. Рядом с ЯЭУ размещается агрегат для термообработки грунта. В процессе работы добывающий агрегат движется вокруг ЯЭУ по спирали, а транспортировка добытого грунта осуществляется модульной транспортной системой. По мере удаления добывающего агрегата от ЯЭУ в транспортировку включаются дополнительные транспортные модули. Максимальное расстояние, с которого производится транспортировка грунта, 150-200 м. После обработки участка, определяемого максимально возможным удалением добывающего агрегата от ЯЭУ, производится перерыв в работе и перемещение ЯЭУ и агрегата термообработки на новый участок, где уже подготовлено место для размещения ЯЭУ и вал радиационной защиты.

Работа проводится круглосуточно в течение года. Предусмотрены перерывы в работе для перемещения на новый рабочий участок и проведения при необходимости ремонтно-профилактических работ. Предполагается, что суммарное время работы составит 80% продолжительности года.

Схема обработки лунного грунта с использованием тепловой и электрической энергии атомной теплоэлектростанции

Схема обработки лунного грунта с использованием тепловой и электрической энергии атомной теплоэлектростанции приведена на рис. выше.

Оценки годовой производительности добывающего и промышленно-перерабатывающего комплекса были выполнены для следующих исходных данных:

При проведении оценки производительности добывающего комплекса предполагалось, что основным агрегатом, определяющим производительность, является теплообменник-рекуператор с псев-доожиженным слоем грунта. Были определены производительность по нагреву грунта до заданной температуры, габаритные размеры и количество тепловых труб, требуемых для заданной степени рекуперации, габариты и масса теплообменника-рекуператора в целом, расход водорода, требуемого для режима псевдоожиженного движения грунта. Полученные результаты позволили провести оценки химического состава газовой смеси на выходе из теплообменника-рекуператора и количество никелида лантана, требуемого для извлечения водорода из газовой смеси. Основные параметры цикла термообработки лунного грунта следующие:

Затраты мощности на выемку грунта оценивались по аналогии с существующими агрегатами для работы с грунтом. С учетом пониженной силы тяжести в качестве аналога лунного грунта были выбраны легкие песчаные грунты и влажный, смерзшийся снег.

На основе полученных результатов были оценены габариты, масса и мощность агрегата для работы с лунным грунтом заданной производительности. Затраты энергии на транспортировку грунта принимались несущественными по сравнению с энергией, требуемой для выемки грунта.

Характеристики модуля добычи и переработки грунта следующие:

Приболели, и сейчас Вас гораздо больше интересует не добыча лунного грунта, а поиск ближайшей аптеки аптеки по станциям метро Москвы, где и лекарства продают качественные и цены приемлемые. И именно поэтому Вам следует прямо сейчас заглянуть на apteki-moskvy.ru, где вы найдете всю необходимую вам информацию!

Предложенная в конце 2002 года концепция добычи и переработки лунного грунта использует ЯЭУ в качестве источника электрической и тепловой энергии для функционирования. Тепловая обработка грунта проводится в периодически перемещаемом теплообменном агрегате, снабжаемом теплом от ЯЭУ.

Выемка грунта проводится подвижным добывающим агрегатом до глубины 3 м, ширина захвата обрабатываемого участка 3 м. При подъеме грунта на поверхность происходит предварительное удаление крупной фракции. Транспортировка мелкой фракции грунта на перемещаемый агрегат тепловой обработки и обратно осуществляется модульной транспортной системой. Транспортная система состоит из подвижных модулей, каждый из которых обеспечивает транспортировку грунта на 10-15 м. Требуемое расстояние доставки обеспечивается необходимым количеством модулей. Каждый подвижный модуль несет две стрелы, поддерживающие два монорельса, по которым движутся автономные грузовые тележки с грунтом на термообработку и возвращающие его обратно после термообработки.

Грунт, доставленный на агрегат тепловой обработки, нагревается в теплообменнике-рекуператоре. Максимальная температура нагрева 650-700°С, степень рекуперации тепловой энергии 80%. Тепло для нагрева грунта передается в теплообменник-рекуператор от ЯЭУ с помощью высокотемпературных тепловых труб с натриевым рабочим телом. Передача тепла от тепловых труб к грунту производится через вакуумный зазор, необходимый для обеспечения заданного ресурса работы тепловых труб.

В процессе нагрева грунт в теплообменнике-рекуператоре движется сверху вниз под действием силы тяжести. Для увеличения коэффициента теплообмена применяется ожижение восходящим потоком
водорода, который отбирается из газообразных продуктов термообработки грунта. Требуемая средняя скорость движения грунта в теплообменнике-рекуператоре определяется регулирующим затвором.

Для рекуперации тепла используются также тепловые трубы. Для высокого уровня температур в качестве рабочего тела используются дифенил и нафталин, для более низкого уровня температур используется вода. Десорбированные при термообработке грунта газы проходят через вихревой пылеотделитель и теплообменник, и поступают на отделитель водорода. Для отделения водорода от остальных газов используется явление обратимого поглощения водорода сплавами на основе никелида лантана. Часть водорода из отделителя возвращается в теплообменник-рекуператор для обеспечения ожижения грунта, остаток может быть использован для технических нужд.

После поглотителя водорода газовая смесь поступает на холодильник- конденсатор воды, где происходит конденсация водяных паров и отделение жидкой воды. После извлечения воды газовая смесь содержит гелий, метан, окись углерода, двуокись углерода, азот и остаточное количество пара воды и водорода. Эта газовая смесь поступает на центрифужный разделитель. Поскольку разница молекулярных масс изотопов гелия и остальных газов отличается более чем на 10 а.е.м., разделение происходит эффективно. На первых двух ступенях происходит отделение газовых компонентов с большой молекулярной массой. Последующие ступени газовых центрифуг производят разделение изотопов и выделение гелия-3.

Выделенный изотоп гелия-3 сжижается и передается на хранение. Поскольку количество гелия-3 мало, получаются небольшие затраты энергии на ожижение и поддержание необходимой низкой температуры в процессе хранения.

Вода, выделенная в процессе работы, передается на хранение и при необходимости подвергается электролизу для получения кислорода для поддержания жизнедеятельности экипажа или получения компонентов топлива. Изотоп гелий-4, метан, окись углерода, двуокись углерода, азот при необходимости хранятся или поступают на химическую переработку.