Космическая энергетика

[lozga]

Советский ученый Николай Кардашев полвека назад сформировал шкалу, в которой уровень развития цивилизации определялся количеством используемой энергии. Подход очень логичный - когда человечество осваивало энергию лошади, угля, нефти и атомного распада - каждый раз оно поднималось на новый уровень могущества. Освоение космоса зависит не только от

Comments

[bigdrum]

Пока что солнечные батареи имеют предел жизненного цикла, установленный разрушением полупроводниковой структуры под воздействием факторов солнечного излучения и солнечного ветра. Полупроводниковая начинка аппаратов и сами батареи выходят из строя со временем. Если этот вопрос будет решен, то системы с прямым преобразованием солнечной энергии на низких (а с концентраторами - и на высоких) орбитах в пересчете на генерацию за период эксплуатации могут опередить ядерные источники, исходя из стоимости изотопов, сложности выведения (радиационная безопасность при работах на Земле), рисков повреждений при доставке на место, и утилизации отработавших конструкций.

Но пока вопрос времени жизни полупроводников в космосе не решен - похоже, изотопные источники для длительных миссий маст хэв.

[prostak_1982]

В контексте солнечной энергетики как-то не очень понимаю, почему не используют солнечные концентраторы в комплексе с двигателем Стирлинга или любым другим вариантом двигателя внешнего нагрева.
Солнечный концентратор деградирует с меньшей скоростью, чем полупроводниковый элемент, потому что солнечную энергию собирает чисто "механическим" путем. Да и прочим механическим частям излучения не так опасны.

[bigdrum]

Потому что Стирлинг - это сложное механическое устройство. Трение. Плюс точность изготовления, необходимая для Стирлинга - она гораздо выше, чем для паровой машины. При сравнимом КПД (там по циклу Карно). Самая надежная вещь - это турбинка, никаких тебе трений скольжения...

[prostak_1982]

Пар для турбинки тоже можно Солнцем греть.

[bigdrum]

Так никто ж и не мешает...

[prostak_1982]

Но никто и не делает.

[bigdrum]

А зачем?

[prostak_1982]

"Пока что солнечные батареи имеют предел жизненного цикла, установленный разрушением полупроводниковой структуры под воздействием факторов солнечного излучения и солнечного ветра."

но прин

[bigdrum]

У системы рефлектор-парогенератор-турбинка есть один маленькийЮ но принципиальный недостаток. Солнечная батарея может быть направлена +-30 градусов в сторону Солнца. Легко. А рефлектор должен быть направлен точно. Что создает совершенно иные требования к ориентации аппарата. Накладывает ограничения на его эксплуатацию. И так далее. Понимаете?

Думаю, на Луне где-нибудь такое мы увидим. Но на аппарате в космосе - вряд ли.

[black_semargl]

Есть ещё термоакустические генераторы.
Работают на тепле как стирлинг, но крутят турбинку.

[kofusun]

Все тепловые машины имеют одну проблему - им нужен холодильник. А поскольку ничего кроме излучения в космосе не работает, а энергия излучения растет пропорционально T^4, то надо температуру холодильника поднимать, а это уменьшает КПД, который не лучше, чем (T2-T1)/T2.

[black_semargl]

КПД в космосе не так важен, как масса устройства.

[kofusun]

КПД более чем важен. Если ваша тепловая машина из 1МВт преобразует в электроэнергию 10%, то куда она девает 0,9 МВт?
Для излучения путем испускания фотонов нужна поверхность, площадь которой рассчитывается просто: S=P/sigma/T^4.
sigma = 5,67 * 10e-8 Вт/м2К4.
Таким образом, если мы будем таскать излучатель, нагревшийся до красного цвета (сталь, 600С=900К), то нам для сброса 0,9 МВт потребуется минимум 25м2 такой поверхности, к которой подаем теплоноситель для охлаждения.
Если температуру понизим вдвое, до 450К=200С, то площадь вырастет в 16 раз, до 400 м2. Зато КПД можно будет поднять ;)

[black_semargl]

Если радиатор в 25м2 весит 100 кг, а в 400м2 - 1600кг, то и пофиг.
Мы на таскании этих лишних полутора тонн больше потеряем.