יום ראשון, 5 ביוני 2011

ג'וּנוֹ פורשת כנפיים

בתמונות הבאות מופיעות החלליות גלילאו, קאסיני, וווֹיאג'ר, כולן משימות לכוכבי הלכת החיצוניים של מערכת השמש:
Credits: NASA/JPL
ובתמונות האלה מופיעים לווין התקשורת ארטמיס, החלליות מרינר-10, וחללית המחקר Mars Global Surveyor, כולם משימות במערכת השמש הפנימית.
Credit: NASA/ESA-J.Huart 
שמים לב להבדל המשמעותי בין שני הסוגים?
אני מתכוון, כמובן, לכנפיים הסולריות, ולהיעדרן במשימות הרחוקות מהשמש.
כל מכשיר צריך חשמל כדי לפעול, והדרך הזולה להפיק אותו היא באמצעות תאים סולריים, שצריך רק לדאוג שיפנו לכיוון השמש כל הזמן (כמובן שתמיד קיים גם מצבר לגיבוי).
במשימות שבהן צריך להתרחק מהשמש יש בעיה. לא רק ששטף האור שמגיע מהשמש יורד לאחוזים בודדים לעומת הכמות שמגיעה לכדור הארץ, אלא שתאים סולריים הם מלכתחילה דרך גרועה מאד לייצר חשמל - הנצילות שלהם היא רק 28% לכל היותר וגם זה בתנאי מעבדה בלבד. כשנחשפים לחלל הם מתחילים להדרדר בביצועים. כל שאר האנרגיה, למען הסר ספק, הופכת לחום.

אז מדוע למרות הכל, נאס"א מתכוננת לשגר משימה חדשה לכוכב הלכת צדק, ג'וּנוֹ שמה (Juno), שנושאת שלוש כנפיים סולריות בשטח כולל של כ- 60 מטרים רבועים, אשר במרחק 780 מיליון קילומטרים מהשמש (המרחק הממוצע של מסלול צדק מהשמש) יפיקו כ- 400 וואט בלבד? חצי מההספק הזה, אגב, הולך לחימום...
החלליות שהרחיקו לכת בעבר (גלילאו, קאסיני, וויאג'ר, פיוניר, ניו-הורייזנס) הפיקו חשמל באמצעות מכשיר שנקרא RTG, המייצר חשמל מחום שנוצר מהתפרקות חומר רדיואקטיבי. האם טכנולוגיית התאים הסולריים הפכה לזולה או אפקטיבית מספיק כדי להצדיק תקדים שכזה, או שמא החשש ממחאה ציבורית כנגד שימוש בטכנולוגיה גרעינית כפי שקרה לפני שיגור גלילאו ב- 1989, הביאה לבחירה בפתרון הסולרי?
מסתבר שהמציאות בדרך כלל פשוטה הרבה יותר. לפי גיליון מרץ של Aviation Week, חברת לוקהיד-מרטין המייצרת את החללית, בחרה בכנפיים סולריות משיקולים של חוסר זמינות של יחידות RTG. פשוט נגמר המלאי.
כנראה שלפעמים נוצרים תקדימים מרשימים גם כתוצאה משיקולים יומיומיים. כך מופיעה החללית ג'ונו על גבי הפוסטרים של נאס"א. תודו שחללית עם כנפיים יפה הרבה יותר. 
Credit: NASA/JPL
השיגור, למקרה שאתם תוהים, מתוכנן ל- 5 באוגוסט השנה.

4 תגובות:

  1. מעניין ומשעשע ביותר.
    רק הערה קטנונית אחת קטנה. כאשר אתה מציין שהנצילות של תאי שמש (28%) היא נמוכה, לכאורה מצטייר שנצילות של שיטות אחרות להפקת אנרגיה מתקרבות ל-100% או משהו כזה. ביחס למה זה נמוך?
    בדקתי והפקת חשמל בתחנת כוח פחמית היא בנצילות של כ-50% (לא לקחת קשה את המספר, סתם דליתי מוויקיפדיה). בקישור ששמת רשום שנצילות ה-RTG נעה (אם הבנתי נכון) בין 3-7% מסכנים :-)
    כמו כן, תא סולרי לא צריך דלק, הוא מקבל אותו בחינם ויש תאים יקרים בשימוש צבאי שמגיעים אפילו ל-40% (Tandem cells) אבל אני לא יודע עם הם מותאמים לעמוד בקרינה בחלל.

    השבמחק
  2. זו לא הערה קטנונית בכלל. שיטות יעילות ב- 50% אין בנמצא עבור כלי טיס, למעט מצברים, שאורך חייהם קצר מאד והם כבדים כך שזה לא פתרון.
    הפקת חשמל מחום היא מאד לא יעילה, כפי שכתבת, אבל יש לה שני יתרונות בלעדיים:
    1 - במרחק גדול מהשמש אין מספיק אור, וצריך משטחי ענק כדי להפיק את אותו הספק. זה יקר מאד, כבד מאד ולכן עד כה פשוט לא השתלם.
    2 - הם יכולים לפעול ללא הפסקה וכמעט ללא ירידה בביצועים במשך עשרות שנים. תאים סולרים מתבלים מהר יחסית.
    ולגבי ה- tandem, אני לא מכיר, אבל במשימות חלל משתמשים בתאים מסוג triple-junction, שאלה שלוש שכבות קולטות אור שהעליונות שקופות לאורכי הגל שהתחתונות רגישות אליהן, וכך מנצלים חלק גדול יותר של הספקטרום האלקטרומגנטי באותו שטח תא. אולי זה אותו רעיון, אבל לא נתקלתי בנצילות של 40%.

    השבמחק
  3. מעניין מאוד!
    אני יכול להוסיף שבנוסף לעניין הנצילות לאנרגיה סולארית יש צפיפות אנרגיה נמוכה למדי ולכן יש צורך בשטח גדול על מנת להפיק כמות אנרגיה סבירה.

    השבמחק