Орбитальная СЭС

Теги:космос
 
EE Татарин #10.12.2004 19:45
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
Исходные установки. Имеем:

Основные заморочки размещения электростанций на СБ на Земле:
-- большая стоимость на квадратный метр.
-- малая плотность энергии (1200Вт/м2 максимум в пике, средняя - куда меньше, все это еще и множим на КПД);
-- из предыдущего следует большая занимаемая площадь, что в населенных местах себе особенно не позволишь;
-- суточная зависимость выработки;
-- сезонная зависимость выработки;
-- полная неманевренность, выработка в стиле "бери пока дают", а не "когда надо".

Основные заморочки "традиционно" предлагаемого способа размещения СЭС на орбите:
-- к большой стоимости на кв.м. прибавляется еще и где-то 10000$ на килограмм - стоимость вывода.
-- передача энергии на Землю - процесс сложный и дорогой (то есть, много стоящий: все эти преобразователи-микроволновые антенны... да еще их вывод, да еще и железо на Земле, все это само по себе уже как бы не дороже самих СБ);
-- приемники СВЧ на Земле занимают опять же относительно большие площади (+площади отчуждения из соображений безопасности);
-- невеликий КПД передачи;
-- потенциальная опасность сверхмощного СВЧ-луча (даже сильно рассеянный он может натворить больших бед, ведь мы же говорим о гигаваттах или, по меньшей мере, сотнях мегаватт в непрерывном режиме);

Предлагается (мной - Татарин :) ) решение этих проблем.
(Которое может сподвигнуть на расширение космического грузопотока, решить проблемы СЭС, решить проблемы экологии, способствовать развитию хай-тека, помочь развитию удаленных регионов и народов Крайнего Севера и проч., проч., проч. что обычно говорят в таких случаях.)

Мысль в том, что на Земле располагается крупный (порядка десятых кв.км, а то и единиц кв.км) плотный массив эффективных солнечных батарей.
На геостационаре располагается массив отражателей фокусирующих солнечный свет на наземной станции.

Массив состоит из единичных спутников с площадью зеркала порядка 1000-10000кв.м. (радиус зеркала порядка 15-80м). Зеркало сформировано сверхтонкой алюминированной (возможно - серебреной) пленкой с плотностью 5-10грамм на кв.м (это то, что доступно сейчас технологии, возможно и меньше). Зеркало имеет соответствующий радиус кривизны за счет вращения и силовых конструкций, чтобы обеспечить максимальную плотность "зайчика" на Земле. Каждый 10-й спутник имеет свою систему связи с Землей, контроль остальных производится с помощью локальной радиосети через эти выделенные спутники (это сокращает общую выводимую массу). Понятно, что каждый спутник имеет свою систему управления и ориентации (на гиродинах), СБ энергообеспечения и пр..

Наземная система представляет из себя массив солнечных батарей радиусом в "зайчик" спутника, охлаждаемых жидким аммиаком (для повышения эффективности и утилизации избыточного тепла). При рабочей температуре 150С утилизация этого тепла в ТД-цикле дает дополнительные 10%КПД.

Предполагается размещение трех-четырех таких электростанций в разных часовых поясах. Тогда становится возможным переброс энергии в энергодефицитные зоны простым поворотом отражателей на соответствующую электростанцию. Многомегаваттные ЛЭП становятся не нужны, в систему способность к передаче энергий "встроена" изначально.
Помимо прямой своей задачи (выработка электроэнергии) система способна обеспечивать освещение северных городов зимой (продлевать световой день), ночное освещение городов, курортов, праздников, зон стихийных бедствий. При достаточной общей мощности системы (порядка десятка гигаватт) становится доступным прямое управление погодой, подавление смерчей и ураганов в зародыше... Кроме того система тогда приобретает помимо народохозяйственного еще и... гм... некоторое оборонное значение. :)

Если имеется политическая возможность размещения пары десятков станций равномерно размещенных по экватору (или не экватору, но каждая со своей правильной долготой), то вместо геостационара можно использовать куда более низкие орбиты (скажем, 7000-10000км), что позволит немножко сэкономить на выводе. Но это сильно опционально, на возможность постройки системы влияет несущественно.

Общая экономическая эффективность системы зависит от соотношения площадь наземных СБ/площадь отражателей, широтами размещения приемных станций, КПД СБ, стоимости вывода и пр. А также от качества решения весьма нетривиальной задачи: фокусировки отраженного луча на как можно более малой площади.

Вот.
Гнилые фрукты принимаются.

Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★
Татарин
Помимо прямой своей задачи (выработка электроэнергии) система способна обеспечивать освещение северных городов зимой (продлевать световой день), ночное освещение городов, курортов, праздников, зон стихийных бедствий. При достаточной общей мощности системы (порядка десятка гигаватт) становится доступным прямое управление погодой, подавление смерчей и ураганов в зародыше...
 


Должен огорчить: идея не совсем нова, концепция орбитальных зеркал (лунетт и солетт) восходит к Цандеру и Циолковскому. Хотя предложений концентрировать солеттами свет именно на наземных СБ я вроде не встречал.

Теперь маленькая табуретка в уважаемого докладчика: ведь электростанции тем не менее будут зависеть от погодных условий - ежели плотная облачность, зеркала с земли и не увидать.
 
EE Татарин #10.12.2004 20:12
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
Фокусировка - довольно хитрое место... Не то, чтобы больное. Но непонятное. Неизвестно, к чему прицепиться и от чего отталкиваться для грамотной оценки.

Очень грубо, если эта задача решена на "хорошо" ("зайчик" на экваторе имеет размеры порядка 100000кв.м.), то стоимость системы СЕЙЧАС составляет около:

-- наземные станции. СБ - 20Е5m*1000$/m = 200М$ (23% КПД с монтажом и прибамбасами), около 300M$ - тепловое оборудование, электротехника. Итого что-то около 0.5Г$

-- космический сегмент. Предполагается, что один спутник с зеркалом 100000кв.м. имеет массу 100000m2*8g/m2=800kg (пленка + силовые конструкции) + СБ, системы управления/ориентации, около 400kg. Если мы берем стоимость вывода на геостационар 15000$/кг, то стоимость вывода спутника будет 18М$ (учитываем, что выводить мы их можем как поодиночно, так и пачкой, гнездятся они все равно кучами). Стоимость самого спутника спотолочно фиксируем на 40М$ - никакой особо хитрой начинки; штука, как планируется, очень серийная, так что вот. Итого 60М$.

-- система управления космическим/наземным сегментом, диспетчеризация и пр. Ну, с техникой в 50M$ уложимся, бо в одном экземпляре оно всего надо, а задач особо специальных никаких. Связь с ГСС и диспетчеризация выработки - фи, тоже мне, задача.

Для системы из трех приемников и двухста спутников имеем 1.5Г$+200*60 + 50 =~ 13Г$.
Эта система теоретически имеет суммарную установленную электрическую мощность 200 спутников * 10Е5м2 * 1200Вт/м2 * 0.33 = 8Е9Вт = 8ГВт. Без учета естественного облучения нашего массива из СБ. Это копейки, но их тоже надо посчитать, хотя бы ради шутки. На российских широтах это около 200Вт/м2 (в среднем, с учетом того что облачность над нами всегда отсутствует, мы ее просто сносим тепловым потоком). 2E2*10Е5 = 2Е7 = 200 МВт.
Итого - все равно 8.2 гигаватт за 13Г$ денег.

А что, ИМХО, очень неплохо... :)

...первые 10-15 лет. :) Пока не начнет нафиг сыпаться космический сегмент. Поэтому при нынешней технике оный прожект экономически мимо. Увы.

Что нужно сделать, чтобы он стал экономически эффективным? В первую очередь - продлить время активного существования спутников хотя бы лет до 30 лет. Лучше бы до 50-ти. Плюс организация орбитального буксира, штатно прикрепленный к группировке, который занимался бы тем, что таскал бы на ГСО топливо и корректировал бы орбиты.
Кроме того, можно предусмотреть замену модулей электроники в автоматическом режиме тем же буксиром... Зеркалу, в общем-то, особенно портиться незачем... На микрометеориты мы наплюем - они хоть и подтачивают зеркало, но это слишком долгий процесс чтобы сильно волноваться из-за этого...

Короче, прожект выглядит вполне осуществимым, если не в ближайшем, то не в слишком далеком будущем.

Такое оно мое ИМХО. :)
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  
EE Татарин #10.12.2004 20:24  @Fakir#10.12.2004 20:09
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
Fakir>Татарин
Fakir>
Помимо прямой своей задачи (выработка электроэнергии) система способна обеспечивать освещение северных городов зимой (продлевать световой день), ночное освещение городов, курортов, праздников, зон стихийных бедствий. При достаточной общей мощности системы (порядка десятка гигаватт) становится доступным прямое управление погодой, подавление смерчей и ураганов в зародыше...
 

Fakir> Должен огорчить: идея не совсем нова, концепция орбитальных зеркал (лунетт и солетт) восходит к Цандеру и Циолковскому. Хотя предложений концентрировать солеттами свет именно на наземных СБ я вроде не встречал.
Дык и я ведь о том же! Почему-то все рвутся ими города освещать... Тоже прикольно (уж больно КПД велик :), но не факт, что это лучшее их использование...

Я толкаю альтернативу.

Fakir> Теперь маленькая табуретка в уважаемого докладчика: ведь электростанции тем не менее будут зависеть от погодных условий - ежели плотная облачность, зеркала с земли и не увидать.[»]

Это если мы бы очень-очень аккуратно сливали все тепло в воду, как это делают приличные атомщики. А мы - не атомщики. У нас 100000кв/м есссным образом получившийся воздушный радиатор, с помощью которого мы сливаем в атмосферу тепло довольно высокого потенциала гигаваттами.
Над такой грелкой облачность просто не живет (французы эксперементально доказали, у них был (и сейчас есть) такой интересный агрегат - нефтяной факел на пару гигаватт с лишним). Правда, как побочный эффект, облачность организуется недалеко от такого источника тепла (это уже в Израиле баловались)...
Ну да и черт бы с ним.
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  
+
-
edit
 

valture

опытный

в принципе можно просто нагревать участок пустыни - получится что-то типа минициклона ,а по краям просто поставить ветрогенераторы ...
 
EE Татарин #10.12.2004 21:17  @valture#10.12.2004 21:05
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
valture>в принципе можно просто нагревать участок пустыни - получится что-то типа минициклона ,а по краям просто поставить ветрогенераторы ...[»]

КПД маленький. :\
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  
+
-
edit
 

valture

опытный

общий КПД в любом случае будет небольшой ,плохо то что атмосфера будет активно нагреваться ....или может быть можно отработанное тепло сбрасывать в космос?
 
EE Татарин #10.12.2004 21:51  @valture#10.12.2004 21:44
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
valture>общий КПД в любом случае будет небольшой ,плохо то что атмосфера будет активно нагреваться ....или может быть можно отработанное тепло сбрасывать в космос?[»]

Ну, процентов на 20-30 наверняка можно расчитывать. С ветряками, ИМХО, единицы-десяток процентов, не более...

Сложно... да и незачем. Пусть себе атмосфера греется. Я уже говорил, что это для нас только плюс: меньше проблем с облачностью в нашем районе.
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  
+
+1
-
edit
 

Mathieus

втянувшийся

кпд передачи будет просто ничтожный
Во время эксперимента Знамя развернутое на Прогрессе зеркало из алюминевой фольги диаметром метров 10 давало на земле зайчик в 5-10 км . СЭС с ГСО при всей возможной фокусировке даст думаю пятно минимум 10-километровых размеров если не больше. Геометрическая оптика тут в принципе не годится, лазерАми надо . Помню попадался мне проект по прямому преобразованию солнечного излучения в лазерное с последующей передачей на землю в каком-то там окне прозрачности.
 
EE Татарин #11.12.2004 01:33  @Mathieus#11.12.2004 00:21
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
Mathieus>кпд передачи будет просто ничтожный
Mathieus>Во время эксперимента Знамя развернутое на Прогрессе зеркало из алюминевой фольги диаметром метров 10 давало на земле зайчик в 5-10 км . СЭС с ГСО при всей возможной фокусировке даст думаю пятно минимум 10-километровых размеров если не больше. Геометрическая оптика тут в принципе не годится, лазерАми надо . Помню попадался мне проект по прямому преобразованию солнечного излучения в лазерное с последующей передачей на землю в каком-то там окне прозрачности.[»]

Вот это самый тонкий вопрос во всей теории... :)

Да, лазерами - можно. И даже очень хорошо (КПД наземных СБ растет с жуткой силой до невероятных величин)...
Но. Простота теряется. :\ Масса, вывод... стоимость... Зеркала сразу требуются в разы побольше (хотя - плюс! - ими теперь в процессе рулить не надо).

Хотя можно изобразить такую конструкцию - большие зеркала фокусируют на специальном спутнике солнечный свет, там ИК-часть отсекается, а остальное используется для накачки.
Вопрос с охлаждением встает при этом неслабый. Лазер, конечно, будет газовый, но все равно... :\

Интересно все это прикинуть на досуге.

С другой стороны, будем оптимистами - чем больше в космос выводить всякой байды, тем Стримфлову более подходит. :)
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  
+
-
edit
 

valture

опытный

ионосферу образуют в основном ионизированные азот и кислород ,в принципе если пропускать через неё излучение кислородного или азотного лазера то оно должно при определенных условиях усиливаться ....
 
EE Татарин #11.12.2004 01:41  @valture#11.12.2004 01:36
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
valture>ионосферу образуют в основном ионизированные азот и кислород ,в принципе если пропускать через неё излучение кислородного или азотного лазера то оно должно при определенных условиях усиливаться ....[»]

Между нами говоря - строго наоборот. :) Любой переход работает в обе стороны.

А после этого имеем 0.1мм эффективной толщины инверсно заселенной усиливающей ионосферы и 30км сверхэффективного поглощения нормальной атмосферы... И что-то мне кажется, что я даже знаю, какая тенденция победит. :)
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  
+
-
edit
 

valture

опытный

ну не знаю - на Марсе работает: там лазерные вспышки при восходе Солнца..
 
EE Татарин #11.12.2004 02:06  @valture#11.12.2004 02:02
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
valture>ну не знаю - на Маре работает: там лазерные вспышки при восходе Солнца..[»]

Можно ссылку? Хоть и оффтоп, но очень интересно...
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  
+
-
edit
 

valture

опытный

читал я об этом лет много назад в газете Соц.Индустрия вроде ....
 

hcube

старожил
★☆
Говорите, ГСО?

Какой там бишь угловой размер Солнца? ;-)

0.53 градуса, так? То есть 0.01 радиана? Иначе говоря, пятно от зеркала произвольного размера с 36 тыс. км будет размыто на 360 км. Есть вопросы?

И даже если придумать низкоорбитальную систему - все равно переброс света на 1000 км - это 10 км размытия зайчика.
Убей в себе зомби!  
EE Татарин #11.12.2004 02:43  @hcube#11.12.2004 02:24
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
hcube>Говорите, ГСО?
hcube>Какой там бишь угловой размер Солнца? ;-)
hcube>0.53 градуса, так? То есть 0.01 радиана? Иначе говоря, пятно от зеркала произвольного размера с 36 тыс. км будет размыто на 360 км. Есть вопросы?
hcube>И даже если придумать низкоорбитальную систему - все равно переброс света на 1000 км - это 10 км размытия зайчика.[»]
hcube>Говорите, ГСО?
hcube>Какой там бишь угловой размер Солнца? ;-)
hcube>0.53 градуса, так? То есть 0.01 радиана? Иначе говоря, пятно от зеркала произвольного размера с 36 тыс. км будет размыто на 360 км. Есть вопросы?
[»]

Я ж написал о кривизне зеркала. Оно вогнутое, фокусирующее, за счет силовых конструкций и искусственной гравитации (вращения попросту). Кривизна нужна ма-аленькая, поэтому вращение тоже очень медленное.

"Партия все продумала. Полетят ночью." (С) :)

Вопрос тут в точности, с которой можно выдерживать требуемую геометрию.
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  
EE Татарин #11.12.2004 02:44  @valture#11.12.2004 02:09
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
valture>читал я об этом лет много назад в газете Соц.Индустрия вроде ....[»]

Ну, это не авторитет... :) В газетах нынче и про человечков не постесняются написать...
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  

hcube

старожил
★☆
Ага. Вижу, сэр в детстве никогда не игрался с рефлектором от прожектора ;-)

Какая бы не была оптическая система, а пучок лучей с некоей угловой расходимосотью от неточечного источника она НИКОГДА не сделает менее расходящимся.

То есть сфокусировать вогнутым зеркалом лучи на СБ прямо на СЭС - ради Бога. А вот за 36000 км - не получится, однако ;-)
Убей в себе зомби!  
EE Татарин #11.12.2004 03:28  @hcube#11.12.2004 03:14
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
hcube>Ага. Вижу, сэр в детстве никогда не игрался с рефлектором от прожектора ;-)
hcube>Какая бы не была оптическая система, а пучок лучей с некоей угловой расходимосотью от неточечного источника она НИКОГДА не сделает менее расходящимся.
hcube>То есть сфокусировать вогнутым зеркалом лучи на СБ прямо на СЭС - ради Бога. А вот за 36000 км - не получится, однако ;-)[»]

Сэр не понимает.
Дело ведь не в расходимости.
Вопрос один: можно ли уменьшить изображение некоего удаленного предмета оптической системой? то есть - спроецировать его уменьшенное изображение на удаленный экран?
Вопрос два: может ли эта оптическая система состоять из одного вогнутого зеркала?
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  
+
-
edit
 

valture

опытный

valture>>читал я об этом лет много назад в газете Соц.Индустрия вроде ....[»]
Татарин>Ну, это не авторитет... :) В газетах нынче и про человечков не постесняются написать...[»]

нашел я пару упоменаний :в 1981 году астрономы обнаружили необычное свечение атмосферы Марса сразу после восхода Солнца в диапазоне волн характерных для СО2 лазера...
 
Это сообщение редактировалось 11.12.2004 в 04:21

hcube

старожил
★☆
Какая бы ни была оптическая система, у нее всегда есть оптический центр ;-) Проходящие через него лучи НЕ ИСКАЖАЮТСЯ. То есть угловой размер не изменится. Я поэтому и говорю - что для допустим 300-м зеркала можно добиться размера 'зайчика' в 1 метр. Но непосредственно внутри зеркала. Чем дальше относим мишень - тем больше будет изображение Солнца. Вплоть до 360 км на поверхности Земли. Да, каждый участок сфокусируется в точку, но нам это не сильно поможет ;-)
Убей в себе зомби!  
EE Татарин #11.12.2004 14:08  @hcube#11.12.2004 11:24
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
hcube>Какая бы ни была оптическая система, у нее всегда есть оптический центр ;-) Проходящие через него лучи НЕ ИСКАЖАЮТСЯ. То есть угловой размер не изменится. Я поэтому и говорю - что для допустим 300-м зеркала можно добиться размера 'зайчика' в 1 метр. Но непосредственно внутри зеркала. Чем дальше относим мишень - тем больше будет изображение Солнца. Вплоть до 360 км на поверхности Земли. Да, каждый участок сфокусируется в точку, но нам это не сильно поможет ;-)[»]

Ага, дошло, наконец. :)

Да, действительно. :)
Не подумал. :) "Ведь говорил же я ему за завтраком...". (С)

Стало быть, только с относительно низких орбит и только на крупные "мишени", навроде то же австралийской "солнечной башни"...

Вот так, понимаешь, проклятый калькулятор убивает самые смелые мечты... :)
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  
Это сообщение редактировалось 11.12.2004 в 14:15
+
+1
-
edit
 

Mathieus

втянувшийся

нашел я пару упоменаний :в 1981 году астрономы обнаружили необычное свечение атмосферы Марса сразу после восхода Солнца в диапазоне волн характерных для СО2 лазера...
 


Впервые явление было обнаружено в 1976 году , потом подтверждено в атмосферах Марса и Венеры. В начале 80-х об этом много писали . От Нейчур до Техники-молодежи. Эффект обусловлен инверсной заселенностью между 7-м и 8-м колебательными уровнями молекулы СО2 - основного компонента атмосфер Венеры и Марса. "Накачка" от солнечного излучения , длина волны - 10.33 мкм . Итоговое усиление около 10 процентов (то есть пройдя через всю атмосферу свет солнца усиливался на 10%) . В земной атмосфере этот механизм понятное дело отсутствует ввиду ничтожного количества углекислого газа.
Уже в 1988 году Шервудом было предложено вывести на орбиту Венеры 2 зеркала и получившийся мегалазер использовать для связи с инопланетными цивилизациями полета под парусом к звездам и прочих полезных вещей.

 
AD Реклама Google — средство выживания форумов :)
+
-
edit
 

valture

опытный

для Марса 10 процентов - это выходит 70вт\м2 лазерного излучения - очень неплохо....
 

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru