Ты делаешь это неправильно

Во-первых, имейте в виду, что раньше оптика была обычным разделом физики, где вам приходилось изучать все невозможные вещи, которые вы не могли сделать. Ну, это ни в коем случае не самая странная вещь, которую я читал за последнее время: Антисолнечные элементы: фотоэлектрический элемент, который работает ночью.

Далее, если вы хотите отражать свет от Луны в точку на Земле, вы должны просто построить там солнечную панель, преобразовать свет в микроволны или лазер и направить его прямо в точку, где вы хотите его получить. В противном случае вы не сможете сузить эффект любого зеркала до области на Земле, которая выглядит меньше, чем Солнце с той же точки зрения на Луне. И никто на Луне не платит за создание зеркал, которые распространяют свои преимущества на такое количество неплатящих клиентов.

Нет. Луна просто слишком мала, чтобы ее можно было использовать в качестве зеркала.

Как вы, без сомнения, знаете, лунный свет — это уже отраженный свет солнца. Лунная пыль довольно темная, с альбедо около 11-12%. Другими словами, около 8/9 света, падающего на Луну, не достигает Земли. С идеальным зеркалом вы могли бы передать все это.

Проблема в том, что в обычную ночь Луна дает только около 0,1 люкса. 1 люкс, который вы можете получить с идеальным зеркалом размером с луну, — это примерно свет, излучаемый свечой на поверхность в метре от вас. В пасмурный день может быть освещено до 1000 люкс .

Независимо от того, сколько зеркал вы поместите на него, луна не зажжет ваши солнечные батареи. Могу ли я предложить батареи?

Это было бы ужасно непрактично. Вдобавок к этому, имейте в виду, что Луна вращается вокруг своей оси за 27 дней, а затем еще несколько, и ваши панели будут проводить половину этого времени в темноте, так что они очень грубо полезны только 12 часов в день (земля). ночное время), 13,5 дней из 27, так что даже без добавления каких-либо дополнительных физических или технических средств у вас есть 1/4 эффективности.

Внезапно я помню, как Джерард К. О'Нил делал в «Высоком рубеже» некоторые (весьма оптимистичные) математические расчеты, чтобы рассчитать, в какой момент орбитальная генерация энергии станет безубыточной (при условии, что материал из местных источников от пролетающих астероидов) экономически выгоден. Здесь у вас есть преимущество генерации энергии h24/d365, передаваемой на Землю через микроволновую печь. Антенны наземного приема будут не больше, чем фотоэлектрические фермы, и будут менее разрушительными для окружающей среды. Зубрин также говорит об этом в The Case for Space, если вы ищете другие ссылки. Это очень распространенная тема для обсуждения, когда речь заходит об индустриализации космоса, и вы найдете множество упоминаний. Что, если мы поместим их на Луну, что, если мы поместим их в точки Лагранжа, что, если нам придется доставлять материал с Земли, что, если мы получим его на месте? и т. д.

Могут ли зеркала на Луне позволить солнечным батареям работать ночью?

Не совсем.

Возможно, раньше вы смотрели в ночное небо и задавались вопросом: « Куда делась Луна? »

Лунный цикл составляет около месяца. Поскольку это не совсем месяц, мы назовем его лунным месяцем. Для этого есть менее забавный, более астрономический термин, который я не буду использовать. В течение типичного лунного месяца Луна будет казаться полуосвещенной или менее освещенной примерно половину времени, и не всегда такая же половина, заметьте. А в начале лунного месяца будет совсем темно. Не хорошо.

На Луне нет точки, которая будет постоянно освещаться каждую ночь. Вам пришлось бы освещать ближнюю сторону Луны от края до края, чтобы получить свет почти все ночи, и тогда вы все равно ничего не получите в новолуние. Суть в том, что вместо бездействующих солнечных панелей у вас будут бездействующие лунные зеркала. Подумайте об этом, прежде чем доставать чековую книжку.

Еще одна причина отсутствия Луны — облака. Я не уверен, сможет ли достаточно хорошее зеркало позволить свету проникнуть сквозь здоровенный слой облаков, но это определенно то, что вам следует выяснить, прежде чем вкладывать триллионы в технологию лунных зеркал.

А также вызов кадра.

Проблема простаивающих солнечных панелей не обязательно должна быть единственной. Потребление энергии не является постоянным в течение дня или изо дня в день. В наших современных электросетях мы всегда хотим производить столько энергии, сколько потребляем. Когда у нас есть избыток энергии, мы ее запасаем. Солнечные батареи, которые не работают ночью, могут быть просто особенностью, а не ошибкой. Они работают и запасают избыточную энергию днем, а накопленную энергию используют ночью.

Я знаю, что Солнце — довольно крутое (но на самом деле довольно горячее) небесное тело, и солнечные панели, безусловно, полезны, но они также не панацея. И это прекрасно, у нас есть другие способы генерировать энергию, и вы тоже должны. Мы называем это энергетической смесью.

Теперь, если вы специально ищете довольно прохладное (но на самом деле довольно горячее) небесное тело, доступное днем ​​и ночью, в дождь или в солнце, чтобы завершить свой энергетический микс, вам повезло, потому что оно есть. Называется Земля. Я неравнодушен к геотермальной энергии и считаю, что ее недостаточно эксплуатируют в преступных целях. Я имею в виду, его просто можно взять, и вам почти не нужно копать, и он хорош как для электричества, так и для отопления.

В любом случае, дело в том, что если ваши солнечные панели отключены на ночь, другие электростанции могут компенсировать слабину. Я бы признал, что это не так круто, как «Зеркальная луна», но здоровая энергетическая смесь работает. И если вы начинаете проектировать запутанные космические приспособления для освещения нескольких солнечных батарей, вы неправильно проектируете свою энергосистему.

Конечно. Ну, почти.

Здесь есть много ответов, в которых говорится, почему это было бы неправильным использованием ваших ресурсов, что, безусловно, верно, но не отвечает на вопрос. Так что я сделаю это здесь.

Диск Солнца имеет угловой диаметр около 32' (угловых минут) в небе. Если мы покроем ближнюю сторону Луны регулируемыми плоскими зеркалами, отраженный от каждого зеркала луч также будет иметь ширину 32 фута. Если мы направим все зеркала в одно и то же место на земле, эти зеркала с земли будут такими же яркими, как солнце (при условии, что зеркала 100% отражают). Диск Луны имеет примерно ту же угловую ширину, что и диск Солнца, поэтому во время полнолуния он производит такое же количество света. В этом районе было бы как днем. Пятно на Земле, которое освещает 32-футовый луч Луны, имеет ширину около 3500 км. (Что совпадает с диаметром Луны, поскольку Луна и Солнце выглядят одинакового размера на земном небе.)

Так вот, земля больше, чем это, так что пятно шириной 3500 км не покроет всю землю. Диаметр Земли составляет около 12 000 км, что в 3,67 раза больше диаметра нашего пятна. Угловая площадь земного диска при наблюдении с Луны будет в 13,45 раза больше площади нашего пятна. Чтобы равномерно распределить этот свет по всему диску, он будет в 13,45 раза тусклее, поэтому ваши солнечные панели будут работать только при 7,4% дневного света. Но если вы готовы пойти на некоторые компромиссы, например, не освещать океаны или Антарктиду, вы сможете увеличить свой процент более чем на 25% в течение большей части времени, а иногда и ближе к 100%.

Конечно, это работает только тогда, когда луна находится в небе ночью, что не всегда так. Есть одна счастливая случайность: освещенная часть лунного диска всегда такая же, как и темная.часть земного диска, видимая с Луны, поэтому, если вы хотите равномерно осветить темную часть Земли (при 7,4% дневного освещения), фаза луны прекрасно компенсируется. Если Луна находится, скажем, в первой четверти, то Земля, видимая с Луны, находится в последней четверти, поэтому только половина видимого земного диска находится в ночное время и нуждается в освещении, поэтому мы можем сфокусировать зеркала на Луне только в тот участок земли. Это работает не идеально, так как споты, с которыми мы можем работать, имеют ширину 3500 км, но в первом приближении работает. Если вы хотите по крайней мере 25% дневного освещения, вам нужно, чтобы по крайней мере 25% диска Луны было освещено солнечным светом.

Этот план предполагает, что вы покроете зеркалами всю видимую сторону Луны. Это даст вам освещение в 7,4% от солнечного, если вы хотите покрыть всю ночную сторону Земли, до 100%, если вас устраивает пятно шириной 3500 км. Если вас устраивает пятно шириной 3500 км и 25% дневной освещенности, вам нужно покрыть только 25% поверхности Луны зеркалами. Наиболее экономически эффективным (ну, наименее неэффективным) местом будет центр ближней стороны Луны. Или, если вы хотите сделать как можно больше из полумесяца, накройте полосу над лунным экватором с ближней стороны.

Что касается светового загрязнения, это зависит от вашего определения. Луна будет выглядеть такой же яркой, как солнце, в зависимости от того, как вы направите лучи. Это световое загрязнение или просто растянутый день? Это, безусловно, нанесет ущерб ритму дня и ночи растений и животных, но при некоторой заботе об окружающей среде многие виды, вероятно, смогут приспособиться.

Но если вашей целью является производство энергии, гораздо лучше разместить эти солнечные батареи на Луне. В конце концов, большая часть света, отраженного на землю, не попадет на солнечную панель. Или, что еще лучше, расположите панели в пространстве, где они не страдают от ночного времени суток. Или просто поместите их на землю и инвестируйте в какое-то (любое) хранилище энергии, это будет намного дешевле, чем размещать вещи на Луне или в космосе.

Свет — и содержащаяся в нем энергия — не растет волшебным образом, поэтому, если вы хотите накормить один квадратный метр солнечных батарей на Земле, вам понадобится (по крайней мере) один квадратный метр зеркала, чтобы поймать и отразить эквивалентное количество света. Если вас устраивает 25%, вам нужно 25%.

Если зеркало распределяет свет на большую площадь, он будет менее интенсивным, так что ничего не выиграешь.

Глядя на это с другого конца, если вы хотите 25% света, он должен быть на 25% ярче дневного света. Луна просто не может обеспечить это отражением — просто выйдите на улицу и сравните яркость луны и солнца.