Uzay tabanlı güneş enerjisi

Uzay tabanlı güneş enerjisi, dünyada kullanılması için uzaydan güneş enerjisi toplama konseptidir. 1970 lerden bu yana araştırmaları devam etmektedir.
Uzay tabanlı güneş enerjisi, geçerli güneş toplama yöntemlerinden, Dünya'nın yüzeyindeki enerjiyi toplamak yerine, yörüngeli uydularda bulunan enerjiyi toplayarak daha farklı olacaktır. Böyle bir sistemin bazı öngörülen faydaları ise; daha yüksek bir toplama oranı, atmosfer difüzyon eksikliği ve  uzayda gece vaktinden mütevellit daha uzun bir toplama periyodudur. 
Güneş enerjisinin bir kısmı (55-60 %) atmosfer boyunca yolculuğu sırasında emilme ve yansıma etkilerinden dolayı kaybolmaktadır. Uzay tabanlı güneş enerji sistemleri atmosferin dışında güneş ışığını mikrodalgalara dönüştürerek bu kaybı ve Dünya'nın rotasyonundan dolayı meydana gelecek eksilmeyi önler.
Böyle bir sistemin uygulanması maliyetinin yanı sıra, uzay tabanlı güneş enerjisi aynı zamanda birçok yeni engeli de beraberinde getirir. Bunlardan ilki kullanım için orbit ve Dünya yüzeyi arasındaki enerji transfer problemidir. Çünkü Dünya'nın yüzeyinden uydu orbitallerine uzanan kablolar ne pratik bir kullanıma sahip olacak ne de günümüz teknolojisi ile ulaşılabilir olacaktır. Uzay tabanlı güneş enerjisi tasarımları genellikle kablosuz güç aktarımını içerecek şekilde tasarlanır. Uydu toplama, güneş enerjisini paneller üzerinde elektrik enerjisine çevirecek, (mikrodalga vericisi ya da lazer yayıcı güç), ve ışınını yeryüzünde bulunan koleksiyoncu (alıcı antenler) e odaklayacak. Bunun yanı sıra, radrasyon ve mikrometeoroid hasar da uzay bazlı güneş enerjisi için diğer kaygı verici unsurlardır.
Uzay tabanlı güneş enerjisi, sürdürülebilir veya yeşil enerjinin, yenilenebilir enerjinin bir formu olarak düşünülmekte ve bazen de iklim mühendisliği önerileri arasında yer almaktadır.
Aynı zamandan uzay tabanlı gübeş enerjisi, antropojenik iklim değişikliği veya fosil yakıt tükenmesi gibi sorunlara geniş ölçekli çözüm arayanlar için çok ilgi çekicidir.
Uzay tabanlı güneş enerjisi aktif olarak Japonya ve Çin tarafından takip edilmektedir. 2008 de uzay güneş enerjisini millî bir hedef olarak gören, temel uzay yasasını kabul etmiş ve JAXA uzay bazlı güneş enerjisi için bir reklam filmi hazırlamıştır. 2015 te Çin Akademisi Uzay Teknolojileri bölümü Uluslararası Uzay Gelişim Konferansı'nda 2050 yılına kadar olan 1 GW için ticari yol haritaları, ve dizaynlarının videoları ve tanımları  hakkında bilgi vermiştir. Savunma Bakanı, Dışişleri Bakanı, ve USAID Direktörünün sponsoru olduğu (Diplomasi, Geliştirme, Savunma) yarışmasını kazanmasının ardından,Birleşik Devletlerin Uzay tabanlı güneş enerjisi projesine liderlik yapma önerisi son zamanlarda bütün dikkatleri üzerine çekmiştir. 21Mayıs 2015 tarihi itibarıyla, Change.org ve ikinci bir  Whitehouse web sitesinde bu konuyla ilgili aktif bölümler oluşturuldu.

Japon Uzay Araştırma Ajansı

Mayıs 2014 te,  Elektrik ve elektronik mühendisliği enstitüsü (IETT) spektrum dergisinde Dr. Susumu Sasaki tarafından yayınlanan ‘uzay her zaman güneşlidir’ adlı uzun bir makale yer aldı. Belirtilen makalede, ‘ Birçok yıllardır yapılan çalışmalar bilim kurgu içeriklidir  ancak uzay tabanlı
Güneş enerjisi gerçek olabilir’ ifadeleri kullanıldı.
Japon Uzay Araştırma Ajansı 12 mart 2015'te, kablosuz olarak 1.8 kilovatı 50 metre ötede bir alıcıya, elektriği mikrodalgaya çevirerek ilettiklerini daha sonra da tekrar elektriğe çevirdiklerini duyurdu. Bu durum bu tür bir güç için uygulanması gereken standart prosedür idi. 12 Mart 2015 te Mitsubishi Endüstri, 10 kilowatt bir enerjiyi 500 metre uzaklığa ilettiklerini açıkladı.

Mikrodalga güç iletimi

William C. Brown 1964 yılında Walter Cronkite’ın CBS News programı sırasında,                    
gösterdi ki, mikrodalga destekli model helikopteri uçuş için gerekli tüm enerjiyi mikrodalgalardan alabiilir. 1969 ve 1975 yılları arasında Bill Brown JPL Raytheon programın teknik direktörü 30 kW lık bir gücü 1 millik bir mesafeye %84 lük bir etkinlikle gönderdi.Onlarca kilowattlık mikrodalga güç iletimi de Kaliforniya’daki Goldstone’da yapılan testler ile kanıtlandı. (1975).

Lazer ışınlama gücü

Lazer ışınlama gücü, mekanın daha fazla sanayileşme için bir atlama taşı olarak NASA’nın öngördüğü bir konsepttir. 1980'li yıllarda, NASA araştırmacıları uzay-uzay gücü  için güneş enerjili lazerin gelişimine odaklı olarak lazerlerin potansiyel kullanımı üzerinde çalıştı. 1989 yılında gücün dünyadan uzaya lazer formunda gönderilebileceği olabileceği öne sürüldü. 1991 yılında içeriği bir ay üssüne güç sağlamak için lazer güç çalışması dahil olan SELENE projesi (uzay lazer enerjisi) başladı. SELENE programı iki yıllık bir araştırma çabası oldu, ancak operasyonel duruma kavramını alarak maliyeti çok yüksek oldu ve bir uzay tabanlı gösterime ulaşmadan önce 1993 yılında resmi proje sona erdi.
1988 yılında Toprak tabanlı lazer kullanımı uzay itici gücü için bir elektrik pervanesi iktidara Grant Logan tarafından teknik detaylı bir çalışma sunuldu. O ultraviyole lazer ışınını dönüştürmek için 600 derece elmas güneş pilleri kullanmayı önerdi.

Yörünge konumu

yörüngeye bir uzay güç istasyonu bulmanın  ana avantajı ; anten geometrisi sabit kalır ve böylece antenleri düzgün tutmak daha kolaydır. Diğer bir avantajı sürekli güç aktarımının şimdi hemen hemen  kullanılabilir olmasıdır. Neredeyse sürekli güç üretmelerinde önce diğer uzay tabanlı santraller daha uzun bir başlama zamanları vardır.

Toprak tabanlı alıcı

Toprak tabanlı Alıcı antenlerin muhtemelen çok kısa diotlarla bağlanmış dipol antenlerinden oluşacaktır. Uydudan Mikrodalga yayılan yayınların yaklaşık % 85 verimlilik ile dipol olarak kabul edileceği düşünülmektedir. Geleneksel bir mikrodalga anteni ile Resepsiyon verimi daha iyidir ancak maliyeti ve karmaşıklığı da oldukça büyüktür.

uzay uygulamalarında

Bir lazer uzay tabanlı güneş enerjisi  Ay ya da Mars yüzeyinde bir baz veya araç gücü olabilir. Bir uzay gemisi veya başka bir uydu da Aynı yollarla güç olabilir. 2012 yılında, Uzay Güneş Enerjisi NASA tarafından sunulan bir raporda otoriteler Uzay Güneş Enerjisi arkasında teknoloji için başka potansiyel kullanımı için bir rapor sundular.

Lansman maaliyetleri

Uzay tabanlı güneş enerjisi kavramı için maliyeti bir sorun alanı başlattı. Yeniden kullanılabilir fırlatma sistemleri alt fırlatma maliyetlerini düşürmek için önerildi. Kasım 2013 itibarıyla, bir şirket, SpaceX, iki yıl boyunca özel olarak finanse edilen çok-yıllık kalkınma programı üzerinde  durarak belirtilen niyeti ile bir yeniden roket fırlatma sistemi ile "Tam ve hızlı bir şekilde yeniden kullanılabilir" fırlatma teknolojisini ticarileştime girişiminde bulundu. SpaceX, düşük irtifa güçlendirici dönüş prototipini sekiz test uçuşu ile tamamladı.
Başlatılan malzemenin  nihai yörüngesine teslim olması gerekmez. Örneğin iyon iticileri veya nükleer tahrik içerikleri. mikrodalgalar tarafından yörüngeye gelen optik açıklık 'boyutlarının çok büyük olması gibi  zorluklar taşır. Örneğin, 1978 de NASA SPS çalışmasında 1 kilometrelik çaplı verici antene ihtiyaç duymuştur ve 2.45 GHz hızında mikrodalga ışınları için de, alıcı antenlerin alanının 10 km çapında olması gerektiğini belirtmiştir. Bu boyutlar,  atmosfer emişini artmasına sebep olmasına rağmen biraz daha kısa dalga boyları kullanılarak azaltılabilir. Bu kadar geniş ebatlarda verici ve alıcı antenler SPS için asgari pratik güç seviyesinin mutlaka yüksek olması gerektiği anlamına gelmektedir. Mümkündür ancak ekonomik değildir.
Sorunun ölçeği hakkında bir fikir vermek için, kilovat başına 20 kg bir güneş paneli kitle varsayarak, 4 GW elektrik santrali yaklaşık 80.000 metrik ton ağırlığında ve dünyadan başlatılması düşünülür. Çok hafif tasarımlarda büyük olasılıkla aynı 4 GW kapasiteli istasyon için güneş panelleri  4.000 metrik ton yani 1 kg / kW değerine ulaşacaktır. tahmini seri bir ödeme planı başlatmanın maliyet 500 - 800 dolar arası kadar olacaktır. Bu maliyetlere ağır uzaya fırlatma emisyonlarının çevreye etkisi de eklenmelidir.
Ancak, 2013 yılında son yeniliklere dayalı, Elektrik Alan: Uzay Tabanlı Güneş Enerjisi Teknolojileri ve Uygulamaları daha küçük uyduları değiştirerek ve daha düşük Yörüngeler maliyetleri azaltmak için yeni bir yol önerdi.

Uzaydan bina

Gerard O'Neill, 1970'li yılların başında yüksek fırlatma maliyetleri sorununu belirterek,  Önerilen malzeme ile Ay'a yörüngesinde SPSS bina inşa etmeyi önerdi. Ay'a fırlatma maliyetleri düşük yerçekimi ve atmosferik drag eksikliği nedeniyle  Dünya'dan çok daha düşük idi. Bu yaklaşım Ay'da kitle sürücüleri kurmak için önemli  sermaye yatırımı gerektirmekteydi. Bununla birlikte, Nisan 1979 tarihinde 30, NASA sözleşme kapsamında General Dynamics 'Convair Bölümü tarafından Nihai Rapor Aysal kaynakların kullanımı ucuz olacağını sonucuna vardı.
Hammaddenin kiloluk kaynağı başına nispeten ucuz olması ve uzaydaki bu tasarımlar için endişe azaltak istenmesi SPSlerin farklı bir türlerde inşa edilmesi sonucuna neden oldu. O'Neill'in vizyonunda Ay malzemelerinin pound başına düşük maliyetli olması yörüngede daha fazla ay tesisi kurulmasına teşvik olacaktı. Ay'a inşaaların  başlatılması için ileri teknikler bir güneş enerjisi uydu inşası maliyetini azaltabilirdi. Bunun için ilk öneriler Jerome Pearson’dan geldi.

Ay’da

David Criswell Ay’ın, güneş enerjisi istasyonları için en uygun yer olduğunu önerdi, ve Aysal güneş enerjisi fikrine teşvik ettii. Criswell, büyük ölçüde Ay’da bulunan malzemelerin kullanımasını,  in-situ kaynak kullanımını ve Rovers montaj ve güneş hücreleri açmayı en büyük avantajlar olarak görüyordu. Dünya çevresindeki yörüngelerinde dönen güç rölesi uydular ve  mikrodalga ışını yansıtan Ay Projenin aynı zamanda bir parçası olacaktı.

Bir göktaşından

Asteroit madenciliği  de ciddi bir fikir kabul edilmiştir. Bir NASA tasarım çalışması  10.000 tonluk yörüngeye bir 500.000 tonluk asteroit fragmanı dönecek olan birmaden aracı  fikrini değerlendirdi. sadece yaklaşık 3.000 ton maden geminin geleneksel havacılık dereceli yükü olarak kabul edilecekti. Gerisi ise kitle sürücü motoru için reaksiyon kütlesi olacaktı. Getirilen asteroidin % 100 yararlı olduğunu varsayarsak başlatma maliyetlerinde yaklaşık% 95 azalma gözlenecektir. Ancak böyle bir yöntem ile toplanmaya aday astroidler için kapsamlı bir anket çalışması gerekecektir. Şimdiye kadar, biz sadece onların kompozisyonları üzerinde tahminlerde bulunduk.

Güvenlik

Güç mikrodalga iletimi kullanımı,  herhangi bir SPS tasarım dikkate alındığında en tartışmalı sorunu olmuştur. Dünya'nın yüzeyinde, önerilen mikrodalga ışın  merkezinde maksimum yoğunluğa sahip olurdu. Ve aynı zamanda yoğunluğu 1 mW/ /cm² den daha küçük olurdu. Bu değerler akım ile Amerika Birleşik Devletleri Mesleki Güvenlik ve Sağlık Yasası (OSHA) işyerinde karşılaştırıldığında  mikrodalgalar için  10 mW/cm² olan maruz kalma sınırları ortaya çıkmaktadır. Bu yoğunluk demeti, kendi merkezinde, geçerli güvenli işyeri seviyelerine benzer büyüklükte bir seviyededir.
Huzmeye maruz kalma riskinin başka yollarla minimize edilmesi mümkündür. Yerde, fiziksel erişim kontrol edilebilir ve mikrodalgaların kesişi noktası olan kiriş koruyucu metal kabuğu ile yolcu sağlayarak tipik uzay aracı uçuşu sağlanır. Ayrıca airflight kontrol alanları gözlemleyerek pozlamayı önleyebilirsiniz. Işının merkezinde yer seviyesinde o mikrodalga ışın yoğunluğu  sisteminde yerleşik olarak tasarlanmış ve fiziksel bir hale bürünecektir.  Sadece taşıyıcılar çok uzakta ve güvensiz seviyelere yoğunluğunu artırmanın mümkün olamayacak kadar küçük olduğu görülecektir.
Yaygın önerilen yaklaşım, güvenli ışın hedefleme sağlamak için, bir retrodirective faz dizi anten / alıcı antenlerini kullanır.  Alıcı antenlerin merkezinden yayılan bir "Pilot" mikrodalga ışın verici antene bir önfaz kurar. Anten altdizilimlerden her birinde, devreler bir iç saati fazı ile Pilot ışınının ön fazını, giden sinyalinin fazını kontrol etmek için karşılaştırır. Pilot ışın verici kullanmayan  bir sistem gücünü ışınını herhangi bir yere odaklaması açısından aciz olurdu.

20. yüzyılda

1941: Asimov, ‘’Reason’’ adlı kısa bir uzay istasyonundan mikrodalga ışınları kullanarak çeşitli gezegenlere güneşten toplanan enerjinin iletimi konulu bilim kurgu öyküsünü yayınladı.
1968: Dr. Peter Glaser bir "güneş enerjisi uydu" sistemi kavramını  yüksek yere eşzamanlı yörüngede güneş kollektörleri mil kare tanımlasıyla tanıttı.
1973: Dr. Peter Glaser önerdiği  mikrodalgalar kullanılarak uzun mesafelerde iletim gücü yöntemi için  3781647 numarası Birleşik Devletler Patent numarasını aldı.
1982: Boeing önerisi [90]
1987: Sabit Yüksek İrtifa Röle Platformu Kanadalı deneyi
1995-1997: NASA uzay güneş enerjisi (SSP) kavram ve teknolojileri "Fresh Look" çalışması yürüttü.
1998: Japonya'nın uzay ajansı Uzay Güneş Enerjisi Sistemi (SSPS), günümüze kadar devam eden bir programı geliştirmeye başladı.
1999: NASA'nın Uzay Güneş Enerjisi Keşif Araştırma ve Teknoloji programı (SERT, aşağıya bakınız) başlar.
2000: NASA John Mankins’in Büyük ölçekli SSP mevcut teknoloji ve yetenekleri çok önemli ilerlemeler gerektiren sistemleri için çok karmaşık bir entegre sistem "diyerek, ABD Temsilciler Meclisi'nde ifade verdi.

21. yüzyılda

2001: Dr. Neville Marzvelle ‘’ biliyoruz ki, güneşin enerjisini yüzde 42 ile 56 oranında dönüştürecek teknolojiye sahibiz.... Muazzam bir ilerleme kaydettik.... Eğer büyük aynalar kullanmak suretiyle güneş ışınlarını konsantre edebilirsen veya daha çok para ödeyerek lensleri kullanırsan....Burada bir risk meydana gelir ama bunu södümleyebilirsin...İnanıyoruz ki15-20yıl içerisinde kilovat başına daha az para ödeyeceğiz....
2001: NASDA (Japonya'nın ulusal uzay ajanslarının biri JAXA bir parçası olmadan önce 10 kilowatt ve güç 1 megavat ile deneysel uydu fırlatılması için ek araştırma ve bir prototip yapmayı planladığını duyurdu.
2003: ESA çalışmaları
2007: ABD, Pentagon'un Ulusal Güvenlik Uzay Dairesi (NSSO) bir rapor yayınladı
2007: Mayıs 2007'de SBSP pazar ve teknoloji mevcut durumunu gözden geçiren bir atölye kuruldu (Massachusetts Teknoloji Enstitüsü)
2009: Birçok şirket geleceğin SBSP ortaklıklarını ve taahhütlerini ilan etti.
2010: Avrupa'nın en EADS Astrium SBSP planlarını açıkladı.
2010: Sky'ın Limitsiz: Uzay Tabanlı güneş enerjisi, Hint-ABD stratejik ortaklığı sonrası önemli bir adım.
2012: Çin eski Hint Başkanı Dr. APJ Abdul Kalam ziyareti sırasında, bir güneş enerjisi uydu geliştirmeye yönelik Hindistan ve Çin arasında ortak geliştirilme projesi önerdi.
2015: Uzay Teknolojisi (CAST) ekibi Çin Akademisi onların Multi-Döner Ortak Tasarım video ile Uluslararası SunSat Tasarım Yarışması kazandı.
2016: Justin Lewis-Weber tarafından bir kağıt "Lunar Tabanlı Self-çoğaltılıyor Solar Fabrikası" yenilikçi yaklaşımı için ulusal ilgi gördü.
2016: Mike Snead 4 bölümlük serisi bir kapak taşı olarak Uzay Güneş Enerjisi jumpstart için mevzuat önerdi.
2016: Keith Henson yüksek hacimli SBSP bir ışın çalışan tahrik önyükleme yaklaşımı ile ilgili bir video yayımladı.

Kurgu

Güneş enerjisi verici uzay istasyonları bilim-kurgu eserlerinde Isaac Asimov un eseri "Reason" (1941) da olduğu  gibi, ortaya çıktı. Asimov’un kısa öyküsü "Son soru" da Dünya'da kullanılmak üzere sınırsız enerjiyi sağlamak için SBSP kullanımını anlatılır. Ben Bova gerilim filmi PowerSat diğerleri onu sabote etmeye çalışırken ,bir güneş enerjisi oluşturma hakkında bir milyarderin hikâyesini anlatır. video oyunu Sid Meier'in Alpha Centauri olarak bilinen versiyonunda, bir şehir iyileştirmek için, oyuncu bir "Orbital Güç Verici" olarak adlandırılan sistemi kullanarak bunu başarabilir. oyuncu sahibi olduğu tüm şehirler için enerji üretimine büyük ikramiye ödülünü kullanarak katkıda bulunabilir. manga ve anime Mobile Suit Gundam 00 da ise ; güneş kolektörleri ve mikrodalga vericilerinin her ikisini birden içeren bir yörünge boyunca, Dünya'nın yüzeyine geri aşağı güç taşıyan güç santralleri ve uzay asansörleri, 24 yüzyılda Dünya için elektriğin ana kaynağıdır. Çeşitli havacılık şirketleri de, kurumsal vizyon videoları için yaratıcı gelecek güneş enerjisi uydularını gösterime sunmaktadır. Boeing Just Wait dahil olmak üzere Lockheed Martin'in The Next 100 yaşında, 1000 Birleşik Fırlatma İttifakı CIS-Lunar.