Paneles solares en estaciones espaciales con ruedas giratorias

Bueno, respuesta obvia: tener una sección no giratoria. Si observa obras de arte de diseños clásicos de estaciones espaciales como la Esfera de Bernal de los años 70, verá que tienen una bonita sección giratoria redondeada y también un eje delgado con varias piezas cuadradas y paneles adjuntos. Ese eje no gira, por lo que toda su infraestructura de gravedad cero se puede conectar a él.

Por cierto, esto podría incluir sus instalaciones de acoplamiento... Por geniales que sean las bahías de acoplamiento giratorias en muchos de estos diseños giratorios, suenan como una pesadilla de seguridad e ingeniería.

Del mismo modo, tienes un diseño ficticio de los 90 basado más en el cilindro de O'Neill en forma de Babylon 5 que tiene una división más obvia entre giratorio y no giratorio. Aunque no creo que la serie haya mostrado esto alguna vez, probablemente podrías girar los paneles solares en sus ejes largos para atrapar mejor la luz del sol, si es necesario (algo que la esfera de Bernal en la imagen de arriba no pudo hacer... Lo haré ¡Apuesto a que el artista no era un ingeniero espacial!). Si mira videos de lapso de tiempo de la ISS, puede ver los grandes paneles solares haciendo precisamente eso .

Si pone la estación en órbita alrededor del sol, o en una órbita sincrónica solar alrededor de un planeta o en un punto planetario de Lagrange (preferiblemente$L_4$o$L_5$, ya que son los más estables), podría configurar las cosas para asegurarse de que sus paneles solares siempre apuntaran en la dirección correcta y nunca se verá sombreado por un planeta.

Los diseños funcionan igual de bien con una rueda que con un cilindro (posiblemente redondeado). Monte todo en algún mecanismo robusto y seguro al vacío, como un cojinete magnético, y estará listo para comenzar.

Recuerde también que las estaciones espaciales reales no solo necesitan energía... también necesitan rechazo de calor. Tener partes de la estación que estén permanentemente alejadas del sol significa que tiene un excelente lugar para colocar sus radiadores.

Si es una rueda, entonces tiene una parte superior e inferior.

Así que solo haz que la rueda gire de manera que el lado plano mire hacia el sol, y coloca todos los paneles en ese lado. Obtienes 100% de cobertura todo el tiempo así.

Su único problema real es que su estación con frecuencia estará bloqueada el 50% del tiempo por cualquier planeta que esté orbitando.

Si está solicitando una estación espacial que se vea simplemente como una rueda que gira alrededor de la nada para estimular la gravedad, entonces podría tener casi cualquier configuración simétrica (simétrica porque tiene que girar alrededor del medio), la rueda debe estar frente al sol y al sol. los paneles podrían cubrir toda la rueda para una máxima eficiencia manteniendo la forma.

Agregue una tercera rueda muy delgada y colóquela en el lugar correcto

La solución más eficiente que se me ocurre, aunque puede tener problemas de estabilidad, es la siguiente:

• La estación espacial debe tener una órbita sincronizada con el sol . Cualquier otro tipo de órbita exige más paneles solares, lo que aumenta el costo y disminuye el tiempo medio entre fallas ( MTBF ).

Las órbitas sincrónicas solares (SSO) son órbitas andantes cuyo plano orbital tiene una precesión con el mismo período que el período de la órbita solar del planeta. En tal órbita, un satélite cruza el periapsis aproximadamente a la misma hora local en cada órbita. Esto es útil si un satélite lleva instrumentos que dependen de un cierto ángulo de iluminación solar en la superficie del planeta. Para mantener una sincronización sincrónica exacta, puede ser necesario realizar maniobras de propulsión ocasionales para ajustar la órbita.

• Una de las dos bases (caras planas del cilindro que describe la estación) debe mirar siempre hacia el sol. Esto podría requerir un uso casi constante del propulsor porque no es lo que el flujo y reflujo gravitatorio quiere que haga la estación. Sin embargo, como voy a explicar, hay mucho poder para hacer esto.

Una vez hecho esto, puede crear una "tercera rueda" para la estación. No es una rueda completa como se muestra en el diagrama, sino un "ventilador" o una rueda muy delgada ¹ sobre la que se montan los paneles solares. Existe suficiente área de superficie (y existe suficiente tecnología como lo describe la estación) para que la "rueda de panel" no alcance el anillo de hábitat para no bloquear la vista (del sol, que podría necesitar ser bloqueado de todos modos, pero tal vez tu gente tiene excelentes vidrios polarizados).

Suponiendo que el grosor del anillo del hábitat es aproximadamente el 10 % del radio de toda la rueda, y que el núcleo de acoplamiento también representa el 10 % del radio de toda la rueda. La superficie de la "rueda de paneles" es de 12.016,6 m ²

Usando solo las eficiencias actuales , eso es como mucho 200 W/m ² durante 24 horas (¡exposición perfecta a la luz solar!) o 11 536 mWh diarios, que es suficiente para alimentar la estación y el rayo de la muerte que revienta Marte conectado a ella. Para darle una comparación, la Presa Hoover genera alrededor de 12,000 mWh diarios y satisface las necesidades de unos 8 millones de personas.

_{¹  Si cubres los radios de un neumático de bicicleta con papel de aluminio, estoy hablando del papel de aluminio.}