29. března 2021
Agentura NASA navázala spolupráci s americkými firmami, které mají vyladit technologii výsuvných vertikálních fotovoltaických panelů, které by se daly využít na povrchu Měsíce. Právě návrat na Měsíc bude cílem amerického programu Artemis, v jehož rámci by v okolí jižního pólu měly vzniknout základy pro udržitelnou lidskou přítomnost. Spolehlivý a udržitelný zdroj elektrické energie by mohl zásobovat lunární habitaty, rovery, ale třeba i stavební systémy pro budoucí robotické i pilotované mise. NASA proto nyní vybrala pět firem, které dostaly úkol navrhnout technologii fotovoltaických panelů, které by se dokázaly samostatně rozvinout a dosáhnout výšky až 9,75 metru. To ale není vše – panely mají umožňovat také jejich opětovné složení, aby mohly být přemístěny do jiné oblasti.
Mise Artemis mají přistát v okolí jižního pólu Měsíce, kde se vertikální panely hodí více.
Zdroj: https://scitechdaily.com/
„Z přijatých návrhů jsme nadšeni a ještě více se těšíme, až uvidíme design, který vzejde z této prvotní snahy,“ říká Niki Werkheiser, ředitelka pro vyzrávání technologií z direktoriátu technologických misí NASA a dodává: „Možnost mít na Měsíci spolehlivý zdroj energie je klíčem k téměř všemu, co bychom mohli na povrchu dělat. Tím, že spolupracujeme s pěti různými firmami, které vytvoří své návrhy těchto prototypových systémů, efektivně snižujeme riziko, které je spojené s vývojem podobných přelomových technologií.“ NASA uzavřela se všemi firmami dohodu na základní fázi, aby měly společnosti čas vytvořit návrh vertikálních panelů a provést příslušné analýzy. Konkrétně se jedná o těchto pět firem:
- Astrobotic Technology, Pittsburgh
- ATK Space Systems (Northrop Grumman), Goleta, California
- Honeybee Robotics, Brooklyn, New York
- Lockheed Martin, Littleton, Colorado
- Space Systems Loral (Maxar Technologies), Palo Alto, California
Umělecká představa astronautů z programu Artemis během práce na lunárním povrchu v okolí jižního pólu.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
Kontrakty na vývoj těchto téměř desetimetrových autonomně rozložitelných panelech obsahují i další požadavky ze strany NASA. Jak sami uvidíte, některé požadavky jsou poměrně náročné, protože se téměř vylučují s jinými požadavky. Předložené návrhy například musí být stabilní i na svahu, musí odolávat abrazivním účinkům lunárního regolitu a přitom musí mít co nejmenší hmotnost i objem ve složeném stavu, aby se daly snadno dopravit na povrch Měsíce.
Až skončí dvanáct měsíců dlouhé základní kontrakty s fixní cenou (700 000 dolarů pro každou firmu), dodají společnosti agentuře NASA návrhy svých systémů, související analýzy a data. Agentura následně přijaté údaje analyzuje a na základě tohoto přezkoumání vybere jednu nebo dvě firmy pro další fázi, ve které může každá společnost získat až 7,5 milionu dolarů. Tyto peníze už mají sloužit ke stavbě prototypů, environmentálním zkouškám a pokud půjde vše dobře, mohlo by vše být korunováno rozložením jednoho z těchto systémů u lunárního jižního pólu na konci tohoto desetiletí.
Mapa sklonu svahů u jižního pólu Měsíce.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/
A proč se vlastně musí vyvíjet nové fotovoltaické panely? Ty, které v současné době mají certifikaci pro použití v kosmonautice, jsou stavěné na použití v mikrogravitaci, případně k horizontálnímu rozložení na povrchu. Právě vertikální orientace a výška těchto nových návrhů jsou ale nezbytné k tomu, aby se zabránilo výpadkům v generování energie. Technologie se totiž má použít u lunárních pólů, kde Slunce nestoupá vysoko nad obzor. Když pak paprsky Slunce nízko nad obzorem zasáhnou terénní překážky jako jsou různé balvany, vzniká za nimi stín. Ten pak znemožní všem povrchovým fotovoltaickým panelům získat světlo. Vysoké vertikální panely naopak zvyšují pravděpodobnost, že na ně nerušeně dopadnou sluneční paprsky.
„Návrhy těchto panelů by nám pomohly zajistit nepřetržitou dodávku energie pro habitaty a další aktivity v rámci programu Artemis, dokonce i v oblastech, které jsou zastíněny kameny na povrchu,“ říká Chuck Taylor, který vede vývoj vertikálních solárních panelů na Langley Research Center v Hamptonu, stát Virginia. Podle jeho slov by aktuální hledání způsobů, jak zefektivnit účinnost fotovoltaických panelů, když se setkají s měsíčním stínem, mohlo vést i k souvisejícím aplikacím na Zemi. Majitelé domů a firmy by mohli těžit z optimálně upravených návrhů, které zvyšují účinnost střešních fotovoltaických panelů, které jsou občas zastíněny stromy nebo okolními budovami.
Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/surface_power_2.png
https://scitechdaily.com/images/Next-Generation-Spacesuit-for-Artemis-Astronauts.jpg
https://www.nasa.gov/…/image/artemis_humans_space_moon_gateway_main.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/78/Starry_night.jpg
Rubrika 
Štítky: 
Nahrávání ...
Tech reseni u zakladen dal od polu je mozna vice,a nemuselo by byt nakladna, vzpomnel jsem si na rusky projekt(Luneta), satelit rozvinul odrazovou plochu a osvetloval odvracenou cast Zeme.
Totez by slo pouzit i na Mesici, diky absenci atmosfery by dopadalo na mesicni povrch i vice odrazeneho svetla, a existuji technologie, ktere dokazi vyrabet energii i z Mesicniho svitu, tady by byl svetelny tok z odrazeneho svetla jiste vyssi. Propad vykonu na strane FVE by byl zrejme velky, ale porad lepsi nejaka minimalni stabilni energie nez zadna.
Jeste diky panu Hoskovi za upresneni, proto jsem pouzil radeji u rekatoru vs. Constellation vyraz „mozna“
pardon „mesicniho svitu“
„Futuristicky vyhlížející kopule je ale ve skutečnosti solární elektrárna, kterou vytvořil německý architekt Andre Broessel. Jeho hybridní elektrárna dokáže vyrábět elektřinu i ze svitu Měsíce“
https://byznys.ihned.cz/c1-65161700-nemec-vyvinul-solarni-elektrarnu-ktera-funguje-i-v-noci-na-mesicni-svit
Se zrcadlem to nejde protože Slunce není bodový zdroj. Tj. zrcadlo např. o průměru 100 metrů bude li 10 000 km vysoko neosvětlí plochu 100 metrů ale kruh cca 90 kilometrů. Intenzitou cca 0.00017 W/m2.
Řeší to přenos energie ze satelitu do kráteru laserem. Rozptyl laseru na 10 000 km je v pohodě.
A ty solární panely na desetimetrovém klacku dobře poslouží max. půl roku. Pak budou půl roku ve tmě. Opuštěná stanice vymrzne na -200 °C, ale přežije.
V posledním odstavci chybně píšete, že solární panely budou na Měsíci půl roku osvícené a půl roku ve tmě. Lunární den ale trvá jen přibližně 29,5 pozemských dnů.
Část valu kráteru Shackleton v bezprostřední blízkosti jižního pólu je díky své vyvýšené poloze osvícena Sluncem po dobu 75 % lunárního dne, tedy cca 22 pozemských dnů a ve tmě cca 7,5 pozemských dnů. Deset metrů nad povrchem bude poměr ještě větší:
https://kosmonautix.cz/wp-content/uploads/2019/04/nasa-moonbase-setting.gif
Pozor na to, že osa rotace Měsíce je téměř kolmá k ekliptice (sklon asi 1,5°), takže kdyby byl Měsíc dokonalá hladká koule, měl by polární kruh jen velmi malý (na 88,5° lunární šířky), tedy cca 90 km v průměru. Pokud správně počítám, tak přímo na pólu by u ideální koule stačil kopec (budova :-)) cca 600 metrů vysoký, aby měl špičku trvale osvětlenou. Vyvýšená místa tak relativně snadno mohou být osvětlena trvale nebo téměř trvale, ze stejného důvodu jsou prohlubně v trvalém stínu a všichni počítají s tím, že tam bude dostatek vodního ledu.
Vím, jenže základnu potřebujeme nejlépe v kráteru, kde je vodní led, rovné dno pro přistání, a kde je posádka chráněná před radiací od Slunce. Nebo aspoň na rovině. Základna na kopci není praktická – malý výběr takových míst, riziko přistání a pak, budou se zkoumat dna kráterů kvůli vodě, a to by se pak něco najezdili! A tahat z kopce dolů kabely by také byla komplikace, takový kilometr silového kabelu váží docela dost. I když, dalo by se. Jiné řešení je, smířit se se „sezónním“ využitím stanice, a nebo být o něco dál od pólu, kde nebude půl roku stín. Ovšem tam se zase bude střídat lunární den/noc a baterky by musely utáhnout provoz stanice 14 pozemských dní, což je zase problém…
Bude to prostě volba menšího zla z několika možných.
Pokud však mluvíme o uvažované základně NASA Artemis Base Camp, tak pro ní jsou oblastmi zájmu vyvýšená místa u jižního pólu poblíž trvale zastíněných oblastí. Místa, která nabízí dlouhodobý přístup ke slunečnímu světlu a přímou komunikaci mezi Zemí.
https://www.leonarddavid.com/wp-content/uploads/2020/04/ARTEMIS-LANDING.jpg
Tak ono by stačilo, že u toho panelu nahoře bude nějaká ta energeticky náročná část stanice (výroba vody, kyslíku, vodíku atd.) a dole v kráteru bude stanice, která toho tolik až zas nespotřebuje. A položit kilometr relativně tenkého drátu (dejme tomu do 6mm = max 50A) není zas tak těžké (=hmotnost třeba 100 kilo Zemi).
Buď se panely musí otáčet, nebo jich musí být víc (s různým směrováním). Zajímalo by mne, která z těch 2 variant zvítězí.
Otočné.
„Eventually, we think solar power will be best situated on the Moon at the poles where, similar to Earth’s poles, the sun doesn’t set at certain parts of the year,” says McNatt. “The arrays would be rotated to constantly take advantage of the sun’s energy.“
https://www.nasa.gov/feature/glenn/2020/solar-power-investigation-to-launch-on-lunar-lander
Takze asi nuklearni reaktory, ktere by v rozhodovani o umisteni pripadne zakladny hodne „uvolnili ruce“ jsou definitivne mimo hru. Ted defacto zakladna musi byt pobliz polu.
Tedy pokud se do te doby nevyvinou nejake superakumulatory.
Traba v ramci programu Constellation se s reaktory mozna jeste pocitalo:
https://sservi.nasa.gov/articles/a-lunar-nuclear-reactor/
A behem noci by resily i vytapeni.
Pokud vím, tak NASA pracuje na technologii malých reaktorů „Kilopower“.
Ale určitě to nebude tak „mobilní“ řešení, jako je přenosný solární panel, reaktory se hodí spíše pro trvalé, větší základny. Proto si myslím, že se mohou uplatnit oba přístupy !
Navíc Kilopower zatím není otestován a těžko říct, na jaké komplikace se při vývoji narazí. Oproti tomu jsou FV panely poměrně sázkou na jistotu.
Už v programu Constellation se pro stanici u jižního pólu primárně počítalo s vertikálními fotovoltaickými panely. Viz strana 36 až 45:
https://www.nasa.gov/pdf/164310main_2nd_exp_conf_26_ExplorationStrategyArch_IntegratedLAT_CookeVolosinLavoie.pdf
10 kW Kilopower ma vazit asi 3,5 tuny. I na Mesici (petinova gravitace) se s tim bude dat manipulovat jenom velmi obtizne.
Zatimco tocit klickou a rozvinout tak solarni panel by asi dokazal i cviceny pes. Instalovat jeraby a provozovat jaderny reaktor bude potrebovat predevsim infrastrukturu napriklad i v podobe neustaleho pripojeni k Zemi, resp. nejblizsimu ridicimu stredisku. Nepocital bych s tim drive jak v roce 2025.
Do budoucna budou pravdepodobne i mnohem lehci moznosti. Samozrejme v pripade Mesice je potreba pocitat s hmotnostni rezervou kvuli chladici konstrukci.
„Podle Charlese Stevense, šéfa firmy Laser Power Systems (LPS), by jedna taková pohonná jednotka o výkonu 250 kW mohla vážit asi 227 kg. Jednoduše by tak bylo možné ji zamontovat do klasického automobilu. Na pouhých osm gramů thoria by pak údajně bylo možné ujet až půl milionu kilometrů.“
http://www.hybrid.cz/auto-s-nuklearnim-pohonem-500-000-km-na-8-gramu-thoria
Ano jistě thorium začíná být populární jako bezpečnější a levnější alternativa k uranu. Ale myslím si, že vyvinutí takového reaktoru pro kosmické účely bude přece jen běh na delší trať.
Zatímco ten Kilopower je už ve fázi testování, takže existuje reálná šance, že to třeba během tak 5 – 10 let někde použijou. Ale není to moc alternativa k solárnímu panelu, byť hodně velkému, ten je prostě jednoduchý, ověřený a opravdu mobilní i bez nějaké delší přípravy, potřeby plánované demontáže atd.