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◉ Einleitung und Ziele:
Die Bedeutung von Elektrizität in der heutigen Welt, insbesondere durch das rasante Wachstum riesiger und energieintensiver Server, künstlicher Intelligenz (KI), maschinellem Lernen, Deep Learning, großen Sprachmodellen und Hochleistungsrechnen, hat Experten und Innovatoren in diesen Branchen dazu veranlasst, ihre Anstrengungen zur Überwindung technischer Hürden bei der Entwicklung neuer Energiequellen zu verstärken. Die beiden Herausforderungen der Stromerzeugung und -übertragung schränken jedoch weiterhin die rasante Entwicklung anderer energiebezogener Branchen erheblich ein. In den letzten Jahren wurden verschiedene Methoden zur Stromerzeugung, darunter erneuerbare Brennstoffe und die Übertragung von Strom mittels Mikrowellen oder Lasern, in begrenztem Umfang getestet und eingesetzt. Obwohl Raumfahrtagenturen wie NASA, ESA und AXA sowie private Unternehmen wie Overview Energy, Lockheed Martin, Airbus SE, SpaceX und Blue Origin in die Entwicklung neuer Methoden zur Stromerzeugung im Weltraum investieren und diese erforschen, konnten die hohen Kosten und die geringe Effizienz der neuen Verfahren im Vergleich zu traditionellen Methoden hinsichtlich Erzeugung und Übertragung bisher keine signifikanten Erfolge erzielen.
Diese Einschränkungen veranlassten mich, eine neue Idee zur Stromerzeugung im geostationären Orbit (GEO) ohne Solarpaneele zu entwickeln. Für die Übertragung der im Weltraum erzeugten Energie zur Erde nutzte ich eine in den letzten Jahren entwickelte Methode: einen Infrarotlaser mit breitem Strahl. Zwar ermöglicht das nahezu direkte Sonnenlicht im geostationären Orbit die nächtliche Stromerzeugung mit den derzeitigen Solarpaneelen auf Satelliten, doch stoßen die gängigen Methoden auf zwei sehr kostspielige Nachteile: Erstens die geringe Leistung von Solarpaneelen im Vergleich zu einem Magnetgenerator und zweitens die Notwendigkeit, die Paneele im Weltraum zu vergrößern, um einen großen Weltraumsolarpark zu errichten. Bei meinem Entwurf für einen "Weltraummagnetgenerator" ist es nicht nötig, ein sehr großes System wie einen Solarpark zu errichten. Andererseits ist der Wirkungsgrad des "Weltraummagnetgenerators" deutlich höher als der einer großen Solaranlage, wie ich im technischen Abschnitt dieses Artikels ausführlich beschrieben habe.
Um die Idee eines geostationären "Weltraummagnetgenerators" besser zu verstehen, möchte ich auf das Potenzial und die charakteristischen Merkmale der weit verbreiteten Erdumlaufbahnen eingehen, die es ermöglichen, die Erdrotation in unbegrenzte Energie umzuwandeln. Die niedrige Erdumlaufbahn (LEO) befindet sich in einer Höhe von 160 bis 2000 Kilometern über dem Meeresspiegel und gilt als die am häufigsten genutzte Erdumlaufbahn. Objekte in dieser Umlaufbahn erreichen eine sehr hohe Geschwindigkeit (entspricht 28.000 Kilometern pro Stunde), die es ihnen ermöglicht, die Erde in einem niedrigen Orbit (LEO) innerhalb von 90 bis 120 Minuten vollständig zu umkreisen. Zu den Vorteilen des LEO zählen die Erdnähe für hochauflösende Bildgebung und die geringe Latenz von 25 Millisekunden in der Satellitenkommunikation. Eine der wesentlichen Einschränkungen des LEO ist die Reibung mit Molekülen außerhalb der Atmosphäre. Diese bremst den Satelliten allmählich ab, sodass seine Umlaufbahn nach einigen Jahren mithilfe von Triebwerken korrigiert werden muss.
Die nächste Umlaufbahn ist die mittlere Erdumlaufbahn (MEO) in einer Höhe von 2.000 bis 35.786 km. Sie bildet die Grenze zwischen niedrigen und hohen Umlaufbahnen. In dieser Umlaufbahn dauert ein vollständiger Erdumlauf zwischen 2 und 12 Stunden. Zu den Vorteilen der MEO zählen die größere Satellitenabdeckung der Erdoberfläche, die geringere Anzahl benötigter Satelliten und damit eine niedrigere Kollisionswahrscheinlichkeit sowie die fehlende Reibung mit atmosphärischen Molekülen. In dieser Umlaufbahn befinden sich Satellitennavigationssysteme wie GPS, die in einer Höhe von etwa 20.000 km über dem Meeresspiegel operieren. Die am weitesten entfernte Umlaufbahn ist die geostationäre oder geosynchrone Umlaufbahn (GEO) in einer Höhe von genau 35.786 km. Sie liegt über dem Äquator und gilt als eine der wichtigsten Umlaufbahnen im Weltraum. Die große Höhe im geosynchronen Orbit bewirkt, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Satelliten um die Erde exakt der Erdrotation entspricht, was 24 Stunden für eine vollständige Umdrehung entspricht. Daher verharrt jedes Objekt im geostationären Orbit (GEO) kontinuierlich und unverändert über einem festen Punkt und bewegt sich exakt mit der Erdrotation. Zu den Vorteilen des GEO-Orbits zählen die Unabhängigkeit der Kommunikation aufgrund der festen Position des Satelliten und der kontinuierlichen Verbindung mit fest installierten terrestrischen Antennen sowie der Wegfall der Notwendigkeit einer ständigen Nachführung von Sender und Empfänger. Die überwiegende Mehrheit der Kommunikationsinfrastruktursatelliten, Fernsehsatelliten, Wettersatelliten und Militärsatelliten befindet sich im geosynchronen Orbit.
Es ist anzumerken, dass die Umsetzung der Idee eines "Weltraummagnetgenerators" aufgrund der notwendigen festen Positionierung des Generators und der Übertragung des erzeugten Stroms mittels Laserstrahlen nur in einer geosynchronen Umlaufbahn möglich ist. In den letzten Jahren konzentrierten sich fast alle Bemühungen führender Unternehmen aus Japan, den USA, China und Europa auf die Energiegewinnung im Weltraum mithilfe von Sonnenlicht oder den magnetischen Polen der Erde. Andererseits beschäftigt die Erdrotation als mögliche Energiequelle seit einigen Jahren die Menschheit, doch die Gewinnung unbegrenzter und dauerhafter Energie aus der Rotation einer riesigen Kugel (der Erde) bleibt eine große Herausforderung. In diesem Artikel möchte ich eine neue, realisierbare und hocheffiziente Methode vorstellen, mit der sich Strom aus der Erdrotation gewinnen lässt – ganz ohne Sonnenlicht und allein durch die Nutzung der Erdumlaufbahnen. Vereinfacht gesagt: Aufgrund der Rotation der riesigen Erdoberfläche und der starken Schwerkraft, die für Stabilität und Trägheit der Masse sorgt, ist es zwar nicht möglich, direkt Energie aus der Erdrotation zu gewinnen, aber es ist möglich, unbegrenzt Energie aus Umlaufbahnen mit geringer Schwerkraft und sehr geringer bis gar keiner molekularen Reibung um die Erdachse zu erzeugen.
◉ Technische Beschreibung der Erfindung:
Der "Weltraummagnetgenerator" kann in allen drei Umlaufbahnen (MEO, LEO und GEO) Strom erzeugen. Die verbleibende Herausforderung besteht darin, die erzeugte Energie mit möglichst geringen Verlusten und Verschwendung vom Weltraum zur Erdoberfläche zu transportieren. Zwar ist ein Energietransfer aus den Umlaufbahnen MEO und LEO möglich, doch die hohen Kosten und die Komplexität des Übertragungssystems in diesen beiden Umlaufbahnen veranlassten mich, die kostengünstigere Umlaufbahn GEO zu wählen. Hier ist es möglich, Energie ohne die Notwendigkeit komplexer Übertragungssysteme zur Erde zu transportieren. Im geostationären Orbit (GEO) kann die erzeugte Energie auf zwei Arten zur Erde übertragen werden: per Mikrowellen- und per Laserübertragung. Aufgrund der Entfernung von 36.000 km im GEO-Orbit ist es jedoch bei beiden Methoden notwendig, Systeme wie adaptive Optiken und mehrdimensionale Empfänger (AO-MDR) zu verbessern und zu verstärken, um die Leistung bei der Laserübertragung zu erhöhen.
Bei der ersten Methode, der Mikrowellen-Energieübertragung, wird Energie mittels elektromagnetischer Wellen im Frequenzbereich von 300 MHz bis 300 GHz übertragen. Diese Methode bedarf jedoch noch weiterer Optimierung, um die Mikrowellenstrahlung präzise zu steuern. Neben der Möglichkeit, Energie mittels Mikrowellen aus dem Weltraum zur Erde zu übertragen, bestehen weiterhin Bedenken hinsichtlich der schädlichen Strahlung (MPT) für die menschliche Gesundheit. Bei hoher Strahlungsintensität könnten die Gesundheit von Menschen, Tieren und Vögeln ernsthaft gefährdet sein. Bei dieser Methode müssen wir jedoch für ein Empfänger-Konvertierungs-Array mit höherer Effizienz (mehr als 85 %) verschiedene Teile wie Dioden mit höherer Konvertierungseffizienz, eine bessere Impedanzanpassung der Arrays und andere Teile als wesentliche Faktoren bei der Konfiguration eines leistungsstarken Übertragungssystems aufrüsten und verbessern.
Bei der ersten Methode der Energieübertragung ist eine Verbesserung und Modernisierung des Mikrowellenübertragungssystems erforderlich. Die zweite Methode, die Laserübertragung, ermöglicht hingegen eine höhere Energieübertragungseffizienz bei minimalen Leistungsverlusten. Unternehmen in China, Japan und den USA haben durch die Modernisierung und Verbesserung von Laserenergieübertragungssystemen bereits bedeutende Erfolge erzielt und damit den Weg für die Energieerzeugung im Weltraum geebnet. So konnte beispielsweise in einem gemeinsamen Projekt der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Universität für Funkkommunikation in Peking die Laserenergieübertragung mit einer Geschwindigkeit von einem Gigabit pro Sekunde über eine Entfernung von 36.705 Kilometern durch die Modernisierung der synergistischen Infrastruktur adaptiver Optiken und mehrdimensionaler Empfänger realisiert werden. Sie verwenden einen Mehrplattenkonverter, der das Lasersignal in acht separate Kanäle aufteilt. Ein spezieller Chip wählt anschließend die besten Signale aus und kombiniert sie an der Bodenstation. Die Erfolgsquote dieser Methode zum Senden und Empfangen von Signalen liegt bei über 91 % – ein enormer Fortschritt in der Stabilität der Laserübertragung. Obwohl sich dieser Artikel auf die Erklärung des Aufbaus des "Weltraummagnetgenerators" konzentriert, hielt ich es angesichts der Bedeutung beider Methoden und des besseren Verständnisses der Energieübertragung vom Weltraum zur Erde mithilfe des "Weltraummagnetgenerators" für notwendig, die verschiedenen Energieübertragungsmethoden kurz zu erläutern.
Wie im Video am Ende dieses Artikels zu sehen ist, nutzt der "Weltraummagnetgenerator" die Eigenrotation zweier Ringe um ihre Mittelachse. Dadurch entsteht ein unendlicher Zyklus verlustfreier, sich wiederholender Bewegung aufgrund der Reibungsfreiheit im Weltraum, was letztendlich zur Kontinuität des Zustands der Ringe im Inertialraum führt. Der Trägheitsmomentkoeffizient des "Weltraummagnetgenerators" um seine Rotationsachse (Potentialtheorie erster Ordnung) wird vollständig erzeugt, und die Rotation der Achsen setzt sich als kontinuierliche Ladungsfolge unter dem Einfluss der schwachen Erdanziehungskraft in der Höhe der geostationären Umlaufbahn (GEO), der Rotationsschwingungen der Erdmagnetbahn und der fehlenden molekularen Reibung in der geostationären Umlaufbahn fort. Um die Eigenrotation des "Weltraummagnetgenerators" zu verhindern, benötigen wir ein Steuerungssystem, das die Drehrichtung beibehält und die Rotationsbewegung reduziert. Da die Eigenrotation jedoch die Grundlage für die kontinuierliche Energieerzeugung dieses Generators bildet, ist dies nur im Falle intelligenter und robotergestützter Inspektion und Reparatur erforderlich. Für diesen Zweck habe ich ein System für diesen Weltraumgenerator entwickelt, das ich im Folgenden erläutern werde.
Der "Weltraummagnetgenerator" besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil umfasst eine fest installierte Anlage, der zweite eine autonome Anlage. Diese Aufteilung in einen festen und einen beweglichen Teil ist darauf zurückzuführen, dass der bewegliche Teil die Rotationsenergie der Erdumlaufbahn nutzt, um sich um die eigene Achse zu drehen und Energie zu erzeugen. Der fest installierte Teil dient als Übertragungssystem und ermöglicht die Übertragung der erzeugten Energie zur Erde. Aufgrund der fehlenden Reibung und der geosynchronen Umlaufbahn rotiert der fest installierte Teil jedoch nie exakt in einer festen Richtung, sondern mit einer 24-Stunden-Drehung um die Erde. Um dieses Problem zu lösen und einen präzisen Orientierungsstabilitätskoeffizienten zu erzeugen, habe ich 4 Triebwerke, 2 GPS-Antennen und 2 Sternverfolgungskameras im festen Teil des Rumpfes verwendet, um die Richtung der bodengerichteten Position der Lasernase in diesem Generator einfach zu korrigieren, um Strom über das Infrarotband zu senden.
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Weicht die Triebwerksaktuatorbaugruppe vom vorgegebenen Kurs ab und empfängt sie eine Fehlermeldung bezüglich der Koordinatenänderung der Nase, erhält sie von der GPS-Positionierungsantenne den Befehl, sich auf den Kurs der Empfangsstation auszurichten. Nach einer schnellen Kurskorrektur mithilfe der Erdbeobachtungskameras und des Sternensensors wird ein elektronisches Signal an die Triebwerke gesendet, um den erforderlichen Druck aufzubringen und so die Laserbandkoordinaten präzise mit den Koordinaten der Empfangsstation auf der Erde abzugleichen und zu stabilisieren. Mithilfe dieses kombinierten Navigationssystems wird der feste Teil des "Weltraummagnetgenerators" rund um die Uhr kontinuierlich auf den Kurs der Bodenstation ausgerichtet. Bei der Entwicklung der Optik für die Satellitenspitze ließ ich mich von der Terabyte-Breitband-Infrarot-Übertragungstechnologie (TBIRD) der NASA inspirieren, um maximale Datenübertragungsraten (Gigabit pro Sekunde) über einen einzigen Pfad zu erzielen. Diese Technologie ermöglicht maximale Leistungsübertragung bei minimalem Signalverlust und geringer Lichtstreuung im Infrarotbereich. Durch den Einsatz eines Mehrebenenkonverters, die Aufteilung der Lasersignale in separate Kanäle und die Rekombination der stärksten Signale an der Bodenstation wird das Problem möglicher Signalverluste bei instabilen atmosphärischen Bedingungen wie erhöhter Partikelkonzentration in der Luft oder Nebel und Regen gelöst.
Wie in den Bildern und dem Video am Ende dieses Artikels zu sehen ist, habe ich bei der Konstruktion des selbstangetriebenen Teils, dem wichtigsten Bestandteil des "Weltraummagnetgenerators", kombinierte physikalische Prinzipien angewendet. Dieser Teil ist in vier Systeme unterteilt, um von der Erdrotation und der Erdanziehungskraft beeinflusst zu werden. Im ersten System, dem äußeren Körper, ist ein Ring, der sich sehr gleichmäßig drehen kann, über zwei Lager mit dem festen Körper verbunden. Befindet sich dieser große Ring in der Erdumlaufbahn (ohne molekulare Reibung), wird er aufgrund der Erdanziehungskraft und der 24-stündigen Rotation um die geostationäre Umlaufbahn (GEO) um die horizontale Achse, die mit dem Lager verbunden ist, gezogen und wechselt dabei selbstständig von einem Zustand der Ruhe in einen Zustand der Rotationsbewegung. In diesem Bewegungszustand, bedingt durch die fehlende Reibung im geostationären Orbit (GEO), rotiert der große Ring des ersten Segments kontinuierlich und unbegrenzt um die mit dem festen Segment verbundene Achse. Im Inneren dieses Rings befinden sich Leitungen und Schaltkreise zur Übertragung von Elektrizität an das feste Segment, wo diese in der Optik des "Weltraummagnetgenerators" in eine Terabyte-Infrarotübertragung umgewandelt wird.
Im zweiten System des selbstangetriebenen Teils ist ein Ring mit sehr leichtgängiger Rotationsfähigkeit mittels zweier Lager im Inneren des ersten Systemrings montiert. Der Radius dieses Rings ist kleiner als der des ersten Systemrings, sodass er reibungsfrei darin platziert werden kann. Im Inneren des zweiten Systemrings befinden sich die dicht gepackten Statorspulen, die die elektrische Spannung erzeugen. Durch die Platzierung der feststehenden Statorspulen im Magnetfeld (erzeugt durch den rotierenden Rotorring) wird eine Elektronenbewegung ausgelöst und somit elektrische Spannung erzeugt. Der Statorkern besteht aus einem geschlitzten Metallkörper, der aus mehreren Eisenringen zusammengesetzt ist. Diese Ringe sind kissenförmig angeordnet, und die Spulen sind in den Kernschlitzen gewickelt. Zwischen den Spulen und dem Statorkern besteht keine Verbindung; sie sind durch eine Isolierung voneinander getrennt. Die Spulen sind innerhalb des ersten Systemrings an den Stellen miteinander verbunden, an denen die vom Stator abgegebene Leistung zur Nasenoptik geleitet wird, um die Terabyte-Infrarotdaten an den Bodenempfänger zu übertragen.
Im dritten System des selbstangetriebenen Teils ist ein Ring mit sehr gleichmäßiger Rotation mittels leichtgängiger Rollenführungen im zweiten Systemring gelagert. Der Radius dieses Rings ist kleiner als der des zweiten Systemrings, sodass er reibungsfrei und reibungslos darin gleiten kann. Im Inneren des zweiten Systemrings befindet sich der Antriebs- und Rotationsteil des Rotors, der ein Magnetfeld für den Stator (zweiten Ring) erzeugt. Die zum Drehen des Rotorrings benötigte mechanische Kraft ergibt sich aus der Schwerkraft, der Orbitalrotationskraft, der Reibungsfreiheit, die die Rotationsgeschwindigkeit erhöht, und der Lagerung im zweiten Ring. Die Rotorwelle dieses Generators ist als Achse mit acht separaten Magnetelementen ausgeführt, die sich aufgrund der angelegten mechanischen Kraft innerhalb des zweiten Systemrings drehen. Der Rotor des "Weltraummagnetgenerators" besteht aus Spulen, die um die Achse des zweiten Systemrings auf einem robusten Kunststoffrahmen gewickelt sind. Um ein Magnetfeld zu erzeugen, wird ein elektrischer Strom in der Spule um den Rotorring benötigt, der von einer kleinen Batterie gespeist wird. Dadurch bewegt der dritte Systemring einen Magneten in die Nähe der Statorspulen des zweiten Systemrings, um einen stetigen Elektronenfluss zu erzeugen, der der elektrischen Spannung entspricht.
Im vierten System des autonomen Teils sind beidseitig des dritten Systemrings zwei leichtgängige, unausgewogene Hebel angebracht. Der Durchmesser dieser beiden Hebel entspricht dem des dritten Systemrings, und an jedem Hebelende befindet sich ein gebogener Hammer. Für die leichtgängige Drehung jedes Hebels ist entlang seiner Längsachse eine Hydraulikpumpe mit zwei mechanischen Armen montiert. Diese Hydraulikpumpen gleichen die Unwucht der Hebelachse aus. Die unausgewogene Konstruktion der Hebelverbindungsachse dient dazu, durch die Wirkung der Orbitalgravitation ohne Reibung eine sequentielle Ladung zu erzeugen. Dadurch wird bei steigender Drehzahl des dritten Systemkreislaufs (Generatorrotor) eine stabile, kombinierte Physik geschaffen, die eine kontinuierliche und unendliche Rotation ermöglicht. Diese kombinierte Physik im vierten System führt, zusammen mit der Rotationsbewegung der Systeme 1, 2 und 3, schließlich zur unendlichen Rotation des selbstangetriebenen Teils des "räumlichen Magnetgenerators".
Wie im Video am Ende dieses Artikels zu sehen ist, entsteht durch den Bewegungsmechanismus im geostationären Orbit (GEO) eine stabile Bewegung zwischen dem festen, mit der Nasenoptik des Weltraummagnetgenerators verbundenen Teil der Ausrüstung und der kontinuierlichen Rotation des autonomen, mit dem Hauptkörper verbundenen Teils. Aufgrund der Gravitation der Orbitalrotation und der fehlenden Reibung besteht jedoch die Möglichkeit, dass sich der gesamte Weltraummagnetgenerator dreht. Dies kann zu Pfadfehlern und Signalabweichungen und letztendlich zu Lichtstreuung durch Abweichungen der Infrarot-Koordinaten zum Bodenempfänger führen. Um dieses Problem zu lösen, habe ich an beiden Seiten des Gehäuses des "Weltraummagnetgenerators" zwei GPS-Tracking-Antennen sowie zwei Sternenverfolgungskameras und zwei Erdortungsempfängerkameras angebracht. Weicht der Pfad ab, wird ein intelligenter Koordinatenkorrekturimpuls an vier mit dem Gehäuse verbundene Triebwerke gesendet. Die Triebwerke werden je nach Abweichungsstärke aktiviert und positionieren die Laseroptik des "Weltraummagnetgenerators" wieder auf dem korrekten Pfad und in Richtung des Erdortungsempfängers.
Eine der wichtigsten Fragen im Zusammenhang mit der Erfindung des Weltraummagnetgenerators, die die Menschheit bis heute beschäftigt, ist der Weltraumschrott in Erdumlaufbahnen. Der begrenzte Platz in den einzelnen Umlaufbahnen, insbesondere in der geosynchronen Umlaufbahn (GEO), führt dazu, dass die stetig wachsende Ansammlung von Weltraumschrott zu einem grundlegenden und gefährlichen Problem für die Erde wird. Da sich alle Satelliten in der GEO-Umlaufbahn in exakt derselben Höhe und über dem Äquator befinden müssen, ist die Anzahl der verfügbaren Positionen begrenzt. Erreicht ein Satellit das Ende seiner Lebensdauer, muss er in eine Friedhofsumlaufbahn (einige hundert Kilometer höher) verlegt werden, um Platz für einen neuen Satelliten oder ein neues Gerät zu schaffen. Um das Problem des Weltraumschrotts jeglicher Größe und Höhe dauerhaft und endgültig zu lösen und den Bereich aller Erdumlaufbahnen zu säubern, habe ich eine praktische Erfindung entwickelt, die nach der Registrierung der geistigen Eigentumsrechte in zukünftigen Artikeln auf der Website "Science Planet Media" vorgestellt wird.
Wie andere Erfindungen birgt auch diese das Potenzial für Weiterentwicklung und Optimierung. Mit dem "Weltraummagnetgenerator" lässt sich ein bedeutender Beitrag zur Erzeugung unbegrenzter Energie aus dem Weltraum leisten, ohne dass Sonnenlicht benötigt wird. Er ist weltweit rund um die Uhr einsetzbar.
◉ Animationskünstler dieses Videos: Ali Pourahmad
◉ Musikkomponist dieses Videos: Ali Pourahmad
◉ Sprecher: Ali Pourahmad
◉ Sprache: Englisch
◉ Untertitel: Keine
Wissenschaftliche Erfindungsartikel im Zusammenhang mit der Stromerzeugung :
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