Du machst es falsch

Denken Sie zunächst daran, dass die Optik früher ein normaler Zweig der Physik war, in dem Sie all die unmöglichen Dinge lernen mussten, die Sie nicht können. Nun, das ist keineswegs das Seltsamste, was ich in letzter Zeit gelesen habe: Anti-Solarzellen: Eine photovoltaische Zelle, die nachts funktioniert

Als nächstes, gut, wenn Sie Licht vom Mond zu einem Punkt auf der Erde reflektieren möchten, sollten Sie dort einfach ein Solarpanel bauen, das Licht in Mikrowellen oder Laser umwandeln und es direkt zu dem Punkt strahlen, an dem Sie es empfangen möchten. Andernfalls können Sie die Wirkung eines Spiegels nicht auf einen Bereich auf der Erde eingrenzen, der aus derselben Perspektive auf dem Mond kleiner aussieht als die Sonne. Und niemand auf dem Mond zahlt dafür, Spiegel zu bauen, die ihre Vorteile auf so viele nicht zahlende Kunden verteilen.

Nein. Der Mond ist einfach zu klein, um als Spiegel brauchbar zu sein.

Wie Sie sicher wissen, ist Mondlicht bereits von der Sonne reflektiertes Licht. Mondstaub ist ziemlich dunkel, mit einer Albedo von etwa 11-12%. Mit anderen Worten, etwa 8/9 des Lichts, das auf den Mond fällt, erreicht die Erde nicht. Mit einem perfekten Spiegel könnten Sie all das liefern.

Das Problem ist, dass der Mond in einer typischen Nacht nur etwa 0,1 Lux liefert . 1 Lux, das Sie mit einem perfekten mondgroßen Spiegel erreichen könnten, entspricht ungefähr dem Licht, das von einer Kerze auf eine einen Meter entfernte Oberfläche geworfen wird. Ein bewölkter Tag kann mit 1000 Lux beleuchtet werden .

Egal wie viele Spiegel Sie darauf anbringen, der Mond wird Ihre Sonnenkollektoren nicht beleuchten. Darf ich Batterien vorschlagen?

Das wäre furchtbar unpraktisch. Denken Sie außerdem daran, dass sich der Mond in 27 Tagen um seine Achse dreht und noch einige mehr, und Ihre Panels würden die Hälfte dieser Zeit im Dunkeln verbringen, sodass sie sehr grob nur 12 Stunden pro Tag nützlich sind (Erde Nachtzeit), 13,5 von 27 Tagen, so dass Sie sogar ohne zusätzliche Physik oder Technik einen Wirkungsgrad von 1/4 haben.

Aus dem Kopf heraus erinnere ich mich, dass Gerard K. O'Neil in The High Frontier einige (ziemlich optimistische) Berechnungen angestellt hat, um zu berechnen, an welchem ​​Punkt die orbitale Energieerzeugung wirtschaftlich rentabel ist (unter der Annahme, dass lokal gewonnenes Material von kurzlebigen Asteroiden verwendet wird). Hier haben Sie den Vorteil einer h24/d365-Energieerzeugung, die per Mikrowelle auf die Erde gestrahlt wird. Bodenempfangsantennen wären nicht größer als Photovoltaikparks und weniger störend für die Umwelt. Zubrin spricht darüber auch in The Case for Space, wenn Sie nach weiteren Referenzen suchen. Es ist ein sehr häufiges Diskussionsthema, wenn es um die Industrialisierung des Weltraums geht, und Sie werden viele Referenzen finden. Was ist, wenn wir sie auf den Mond bringen, was, wenn wir sie an Lagrange-Punkten platzieren, was, wenn wir das Material von der Erde transportieren müssen, was, wenn wir es lokal beziehen? usw.

Können Spiegel auf dem Mond den Betrieb von Sonnenkollektoren bei Nacht ermöglichen?

Nicht wirklich.

Sie haben vielleicht schon einmal in den Nachthimmel geschaut und sich gefragt: " Wo ist der Mond hingegangen? "

Der Mondzyklus dauert etwa einen Monat. Da es nicht ganz ein Monat ist, nennen wir das einen Mondmonat. Es gibt einen weniger lustigen, astronomischeren Begriff dafür, den ich nicht verwenden werde. In einem typischen Mondmonat erscheint der Mond etwa die Hälfte der Zeit halb beleuchtet oder weniger, und wohlgemerkt nicht immer die gleiche Hälfte. Und zu Beginn eines Mondmonats wird es gerade komplett dunkel sein. Nicht gut.

Es gibt keinen Punkt auf dem Mond, der jede Nacht durchgehend beleuchtet wird. Sie müssten die nahe Seite des Mondes von einem Ende zum anderen abdecken, um fast alle Nächte Licht zu bekommen, und dann würden Sie bei Neumond immer noch nichts bekommen. Das Fazit ist, dass Sie anstelle von Sonnenkollektoren im Leerlauf Mondspiegel im Leerlauf haben. Denken Sie darüber nach, bevor Sie das Scheckbuch zücken.

Ein weiterer Grund für die Abwesenheit des Mondes sind Wolken. Ich bin mir nicht sicher, ob ein ausreichend guter Spiegel es dem Licht ermöglichen könnte, durch eine kräftige Wolkenschicht zu blicken, aber das ist definitiv etwas, das Sie herausfinden sollten, bevor Sie Billionen in die Mondspiegeltechnologie investieren.

Und auch Frame-Challenge.

Das Problem der ungenutzten Solarpanels muss keins sein. Der Energieverbrauch ist weder über einen Tag noch von Tag zu Tag konstant. In unseren modernen Stromnetzen wollen wir immer so viel Strom produzieren, wie wir verbrauchen. Wenn wir überschüssige Energie haben, speichern wir sie. Sonnenkollektoren, die nachts nicht funktionieren, sind möglicherweise nur ein Feature und kein Fehler. Sie arbeiten und speichern tagsüber überschüssige Energie, und nachts wird die gespeicherte Energie verbraucht.

Ich weiß, dass die Sonne ein ziemlich kühler (aber eigentlich ziemlich heißer) Himmelskörper ist, und Sonnenkollektoren sind sicherlich nützlich, aber sie sind auch keine Wunderwaffe. Und das ist in Ordnung, wir haben andere Möglichkeiten, Strom zu erzeugen, und Sie sollten das auch tun. Wir nennen das den Energiemix.

Wenn Sie nun speziell nach einem ziemlich coolen (aber eigentlich ziemlich heißen) Himmelskörper suchen, der Tag und Nacht verfügbar ist, egal ob es regnet oder scheint, um Ihren Energiemix zu vervollständigen, haben Sie Glück, denn es gibt einen. Es heißt Erde. Ich bin ein Fan von Geothermie und denke, dass sie kriminell zu wenig genutzt wird. Ich meine, es ist nur zum Mitnehmen da, und Sie müssen kaum danach graben, und es ist gut für Strom und Heizung.

Wie auch immer, der Punkt ist, wenn Ihre Sonnenkollektoren für die Nacht ausfallen, können andere Kraftwerke die Lücke schließen. Ich gebe zu, es ist nicht ganz so cool wie Mirror Moon, aber ein gesunder Energiemix geht. Und wenn Sie anfangen, verworrene Raumgeräte zu entwerfen, um ein paar Sonnenkollektoren zu beleuchten, entwerfen Sie Ihr Stromnetz falsch.

Sicher. Naja fast.

Hier gibt es viele Antworten, die sagen, warum dies eine schlechte Nutzung Ihrer Ressourcen wäre, was sicherlich wahr ist, aber die Frage nicht beantwortet. Also mache ich das hier.

Die Sonnenscheibe hat am Himmel einen Winkeldurchmesser von etwa 32' (Bogenminuten). Wenn wir die nahe Seite des Mondes mit einstellbaren flachen Spiegeln abdecken, hätte der reflektierte Strahl von jedem Spiegel auch eine Strahlbreite von 32'. Wenn wir alle Spiegel auf denselben Punkt auf der Erde richten, sehen diese Spiegel von der Erde genauso hell aus wie die Sonne (unter der Annahme von 100 % reflektierenden Spiegeln). Die Scheibe des Mondes hat ungefähr die gleiche Winkelbreite wie die der Sonne, sodass bei Vollmond die gleiche Lichtmenge erzeugt wird. In dieser Gegend wäre es wie Tag. Der Fleck auf der Erde, den der 32 Fuß breite Strahl des Mondes beleuchtet, ist etwa 3500 km breit. (Was zufällig dem Durchmesser des Mondes entspricht, da Mond und Sonne am Himmel der Erde gleich groß aussehen.)

Nun, die Erde ist größer als das, so dass der 3500 km breite Fleck nicht die gesamte Erde bedeckt. Der Durchmesser der Erde beträgt etwa 12000 km, was dem 3,67-fachen Durchmesser unseres Flecks entspricht. Die vom Mond aus gesehene Winkelfläche der Erdscheibe wird 13,45 mal so groß sein wie die Fläche unseres Flecks. Um dieses Licht gleichmäßig über die gesamte Scheibe zu verteilen, wird es 13,45-mal dunkler, sodass Ihre Solarmodule nur mit 7,4 % der Tageslichtleistung arbeiten. Aber wenn Sie bereit sind, einige Kompromisse einzugehen, wie z. B. die Ozeane oder die Antarktis nicht zu beleuchten, sollten Sie in der Lage sein, Ihren Prozentsatz für einen großen Teil der Zeit auf über 25 % und manchmal näher an 100 % zu bringen.

Das funktioniert natürlich nur, wenn nachts der Mond am Himmel steht, was nicht immer der Fall ist. Es gibt einen glücklichen Zufall, der darin besteht, dass der beleuchtete Teil der Mondscheibe immer derselbe ist wie der dunkleTeil der Erdscheibe vom Mond aus gesehen, wenn Sie also den dunklen Teil der Erde gleichmäßig beleuchten möchten (bei 7,4 % der Tageslichtbeleuchtung), hebt sich die Mondphase schön auf. Wenn der Mond beispielsweise im ersten Viertel steht, dann befindet sich die Erde vom Mond aus gesehen im letzten Viertel, sodass nur die Hälfte der sichtbaren Erdscheibe nachts ist und beleuchtet werden muss, sodass wir die Spiegel nur auf den Mond richten können jenes Gebiet der Erde. Es funktioniert nicht perfekt, da die Spots, mit denen wir arbeiten können, 3500 km breit sind, aber es funktioniert in erster Näherung. Wenn Sie mindestens 25 % Tageslichtbeleuchtung wünschen, müssen mindestens 25 % der Mondscheibe im Sonnenlicht sein.

Dieser Plan geht davon aus, dass Sie die gesamte sichtbare Seite des Mondes mit Spiegeln abdecken. Das gibt Ihnen eine Beleuchtung von 7,4 % der Sonne, wenn Sie die gesamte Nachtseite der Erde abdecken möchten, bis zu 100 %, wenn Sie mit einem 3500 km breiten Fleck zufrieden sind. Wenn Sie mit einem 3500 km breiten Fleck und 25 % Tagesbeleuchtung zufrieden sind, müssen Sie nur 25 % der Mondoberfläche mit Spiegeln bedecken. Der wirtschaftlich effektivste (na ja, am wenigsten ineffektive) Ort wäre das Zentrum der nahen Seite des Mondes. Oder wenn Sie so viel wie möglich aus der Mondsichel machen möchten, decken Sie ein Band über dem Äquator des Mondes auf der nahen Seite ab.

Die Lichtverschmutzung hängt von Ihrer Definition ab. Der Mond sieht so hell aus wie die Sonne, je nachdem, wie Sie die Strahlen ausrichten. Ist das Lichtverschmutzung oder ist das nur verlängerter Tag? Es wird sicherlich verheerende Auswirkungen auf den Tag-Nacht-Rhythmus von Pflanzen und Tieren haben, aber mit ein wenig Umweltschutz könnten sich viele Arten wahrscheinlich anpassen.

Aber wenn Ihr Ziel die Energieerzeugung ist, ist es viel besser, diese Sonnenkollektoren selbst auf dem Mond zu platzieren. Ein Großteil des zur Erde reflektierten Lichts landet schließlich nicht auf einem Solarpanel. Oder noch besser, platzieren Sie die Paneele an einem Ort, an dem sie nicht unter der Nacht leiden. Oder setzen Sie sie einfach auf die Erde und investieren Sie in irgendeine Art von Energiespeicher, das wird viel billiger sein, als Sachen auf den Mond oder in den Weltraum zu bringen.

Licht – und die darin enthaltene Energie – wächst nicht auf magische Weise. Wenn Sie also einen Quadratmeter Solarzellen auf der Erde speisen möchten, benötigen Sie (mindestens) einen Quadratmeter Spiegel, um die entsprechende Lichtmenge einzufangen und zu reflektieren. Wenn Sie mit 25 % zufrieden sind, brauchen Sie 25 % davon.

Wenn ein Spiegel das Licht auf eine größere Fläche verteilt, ist es weniger intensiv, sodass nichts gewonnen wird.

Wenn Sie es vom anderen Ende aus betrachten, müsste es 25 % so hell wie Tageslicht sein, wenn Sie 25 % Licht wünschen. Der Mond kann dies einfach nicht durch Reflexion liefern - gehen Sie einfach nach draußen und vergleichen Sie die Helligkeit von Mond und Sonne.