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Ali Pourahmads Erfindungen | Kategorie: Neue Erfindungen in der Welt | Verwandte Themen: Wissenschaftliche Entdeckungen und technologische Erfindungen
Langfristige Energiespeicherung während der synodischen Periode (zwei Wochen Mondtag und zwei Wochen Mondnacht) auf dem Mond mithilfe eines Solar-zu-Mechanischen-Energieumwandlungssystems
◉ Erfindung: Langzeitspeicherung elektrischer Energie in einem Kraftwerk auf dem Mond
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
◉ Einleitung und Ziele:
In diesem Artikel werden wir kurz die Erfindung eines Systems zur Umwandlung von Solarenergie in mechanische Energie und deren Rückführung in Elektrizität erläutern, um das Problem der langfristigen Energiespeicherung auf dem Mond zu lösen.
Die Dauer eines Tages und einer Nacht auf dem Mond unterscheidet sich hinsichtlich Zeit und Temperatur drastisch von der auf der Erde. Diese Unterschiede stellen seit Jahrzehnten eine große Herausforderung dar, die die menschliche Besiedlung des Mondes einschränkt und Raumfahrtagenturen daran hindert, die gewünschten Ergebnisse kostspieliger Forschungsprojekte zu erzielen. Trotz der Möglichkeit, mit künstlicher Intelligenz ausgestattete und ferngesteuerte Roboter zum Mond zu schicken, wächst das menschliche Interesse an einem langfristigen Aufenthalt und einer erneuten Landung auf dem Mond stetig. Aus diesem Grund suchen Weltraumforscher, Astrophysiker und Ingenieure der Raumfahrtindustrie weiterhin nach der besten Lösung für ein dauerhaftes Leben auf dem Mond.
◉ Erfindung: Langzeitspeicherung elektrischer Energie in einem Kraftwerk auf dem Mond
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
Es ist klar, dass ein langfristiger Aufenthalt auf dem Mond aufgrund der derzeitigen Unfähigkeit, Energie über einen längeren Zeitraum zu speichern, nicht möglich ist. Es wurden jedoch Lösungsansätze vorgeschlagen, wie beispielsweise der Einsatz eines kleinen Kernspaltungsreaktors auf dem Mond. Natürlich erfordert auch diese Lösung eine längere Entwicklungs- und Planungszeit, da die Stromerzeugungskapazität in solch kleinem Maßstab, die eine große Station während einer langen Mondnacht mit kontinuierlicher Hochspannung versorgen soll, sehr gering ist. Wie Professor Neil deGrasse Tyson (Astrophysiker, Professor an der Harvard University und Direktor des Hayden Planetariums in New York) in einem Interview erklärte: "Dieser neue Kernreaktor, der für den Einsatz im Weltraum und auf der Mondoberfläche konzipiert ist, kann lediglich 100 Kilowatt Strom erzeugen." Dies ist etwa neunmal weniger als der Stromverbrauch eines herkömmlichen Haartrockners. Es scheint daher unwahrscheinlich, dass das Artemis-Raumfahrtprogramm der NASA (das die Reise zum Mond zum Ziel hat) oder ein anderes Raumfahrtprogramm viel Geld in die Realisierung eines solchen Projekts investieren möchte.
Um diese Herausforderung besser zu verstehen, ist es wichtig zu erwähnen, dass die Temperatur des Mondes während eines Mondtages zwischen maximal 120 Grad Celsius (250 Grad Fahrenheit) am Äquator und -130 Grad Celsius (-208 Grad Fahrenheit) in der Nacht schwanken kann. An den Polen kann die Temperatur sogar noch stärker sinken. Ein Mondtag wird als Zeitspanne zwischen zwei Mittagen oder Sonnenuntergängen definiert. Auf der Erde beträgt diese Zeitspanne 24 Stunden, auf dem Mond hingegen 708,7 Stunden (29,53 Erdtage). Diese Zeitspanne wird als synodische Periode bezeichnet. Ein Mondtag und eine Mondnacht entsprechen etwa 14 Erdtagen. Die synodische Periode ist somit etwa 2,2 Tage länger als die astronomische Periode des Mondes.
◉ Erfindung: Langzeitspeicherung elektrischer Energie in einem Kraftwerk auf dem Mond
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
Laut wissenschaftlichen Daten ist die Erdachse um 23,4 Grad geneigt und rotiert mit einer Geschwindigkeit von etwa 1670 km/h um ihre eigene Achse. Für einen vollständigen astronomischen Tag auf der Erde muss daher eine vollständige Erdrotation stattfinden, was 23 Stunden, 56 Minuten und 4 Sekunden entspricht. Diese Zeitmessung eines astronomischen Tages erfolgt anhand eines fernen Sterns (außer der Sonne) als Referenzpunkt. Die Erdrotation entspricht der Zeit, die der Stern für einen Umlauf um die Erde benötigt. Der Mond hingegen umkreist die Erde mit einer Geschwindigkeit von 1,022 km/s und vollendet seine elliptische Bahn etwa alle 27,3 Erdtage. Die Zeit, die der Mond für eine Rotation um sich selbst benötigt, ergibt sich aus der Zeit, die er für einen Umlauf um die Erde benötigt. Dieser Vorgang wird als synchrone Rotation oder gebundene Rotation bezeichnet. Aus diesem Grund sehen wir von der Erde aus immer nur eine Seite des Mondes.
Wir verstehen nun besser, dass ein dauerhafter oder vorübergehender Aufenthalt während der 14 Mondnächte in völliger Dunkelheit bei einer Temperatur von etwa -200 Grad Celsius eine zuverlässige und stabile Energiequelle erfordert – keinen Kernspaltungsreaktor mit einer begrenzten Leistung von 100 Kilowatt. Andererseits ist es aufgrund von Veränderungen der chemischen Eigenschaften und der physikalischen Struktur selbst modernster Batterien bisher keiner gelungen, Strom über einen längeren Zeitraum bei -200 Grad Celsius zu speichern. Daher ist die Idee, den von Solarzellen während eines Mondtages (14 Erdtage) erzeugten Strom in einer Batterie für die Nutzung während einer Mondnacht (14 Erdnächte) zu speichern, nicht realisierbar. Dies wiederum macht die Besiedlung einer stark stromabhängigen Raumstation unmöglich. Um dieses Problem zu lösen, habe ich die Idee eines "Mondgenerators" entwickelt – eines Systems zur Umwandlung von Solarenergie in mechanische Energie mit dem Ziel der Langzeitspeicherung für den Verbrauch während einer 354-stündigen Mondnacht. Im Abschnitt "Technische Beschreibung" dieses Artikels wird detailliert beschrieben, wie der "Mondgenerator" funktioniert und wie dieses System aufgebaut ist.
◉ Erfindung: Langzeitspeicherung elektrischer Energie in einem Kraftwerk auf dem Mond
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
◉ Technische Beschreibung der Erfindung:
Da der Mond keine Atmosphäre besitzt, empfängt er Sonnenlicht ungehindert und ohne Abschwächung der Strahlung. Das bedeutet, dass selbst am schrägsten Horizont (dem Sonnenstand bei Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang) die Intensität der Absorption und des Empfangs der Strahlung derjenigen entspricht, wenn die Sonne senkrecht über dem Mond steht. Dieses Potenzial ermöglicht es Solarzellen, während der gesamten 14 Mondtage Sonnenlicht optimal zu absorbieren, ohne dass es zu atmosphärischen Filtern kommt – ein wichtiger Aspekt für die Stromerzeugung mit Solarzellen. Da jedoch in der 14. Mondnacht die Sonne vollständig untergeht und absolute Dunkelheit herrscht, muss der tagsüber erzeugte Strom in einem mechanischen System als Energiespeicher gespeichert werden. Dieses innovative System, ein mechanisch-elastisches System, habe ich als Alternative zum Einsatz einer Batterie aufgrund der extrem niedrigen Temperaturen auf der Mondoberfläche "Mondgenerator" genannt.
◉ Erfindung: Langzeitspeicherung elektrischer Energie in einem Kraftwerk auf dem Mond
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
Die Struktur des Solar-zu-Mechanische-Energie-Umwandlungssystems wurde unter Berücksichtigung der Startmöglichkeiten von der Erde, der Einsatzmöglichkeiten auf der Mondoberfläche und der Kältebeständigkeit der Legierung des Gehäuses konzipiert. Wie in den Bildern und dem Video am Ende dieses Artikels zu sehen ist, habe ich die Außenstruktur jedes "Mondgenerators" zylindrisch gestaltet. Dies ermöglicht die optimale Anpassung an die Startrampe und die Verbindung mit den Trägerraketen, reduziert den aerodynamischen Instabilitätskoeffizienten, gewährleistet den Schub der Struktur bei sehr hohen Geschwindigkeiten und atmosphärischem Druck, verringert den Reibungskoeffizienten und kontrolliert Schub und Luftwiderstand beim Eintritt in und aus der Erdatmosphäre. Diese Konstruktion ermöglicht es Raumfahrtagenturen, zwei oder drei zylindrische "Mondgeneratoren" mit einer Rakete in einer Startphase zu transportieren, was die Kosten für Start und Projektplanung erheblich senkt.
◉ Erfindung: Langzeitspeicherung elektrischer Energie in einem Kraftwerk auf dem Mond
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
Jeder der Zylinder des "Mondgenerators" ist mit einer klappbaren Basis ausgestattet, die nach der Landung auf der Mondoberfläche den Generator stabilisiert und in einem Winkel von 45 Grad zur Verbindungsfläche hält. Aufgrund der geringen Schwerkraft auf dem Mond, die etwa einem Sechstel der Erdschwerkraft und ungefähr 1,6 Metern pro Sekunde zum Quadrat entspricht, ist für die Verbindung der Basis mit dem Generator kein aufwendiges Ausklappen und Ausbalancieren erforderlich. Das geringere Gewicht der Struktur auf dem Mond macht die mechanischen Schritte des Ausklappens und Entfaltens sowohl per Fernsteuerung durch einen intelligenten Roboter als auch durch manuelle Montage durch einen Menschen möglich. Die in den Bildern und im Video dieses Artikels dargestellten Abmessungen des "Mondgenerators" sind etwas größer als in der ursprünglichen, als 3D-Animation entworfenen Version. Dadurch lassen sich das Gesamtkonzept und die inneren Details jedes Zylinders visuell besser darstellen. Sollte diese Idee umgesetzt werden, wären die tatsächlichen Abmessungen der einzelnen Zylinder des "Mondgenerators" kleiner als in den 3D-Darstellungen dieses Artikels.
Der Mondgenerator besteht aus: einem drucklosen Schutzgehäuse, einem Generator zur Umwandlung mechanischer Energie in Elektrizität, einer Schutzkammer mit neun Hybridgetrieben zur Übertragung und Umwandlung von Drehzahl und Drehmoment, einer ausfahrbaren Hydraulikpumpe mit sieben linearen mechanischen Armen und einem flexiblen und elastischen Berylliumstab. Elektrische Generatoren im Weltraum müssen drucklosen Belastungen und den extremen Temperaturen außerhalb der Atmosphäre standhalten. Daher weist die Legierung, aus der ein Weltraumgenerator besteht, hohe Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit und ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit sowie hohe Flexibilität und Elastizität auf. Aus diesem Grund habe ich für den "Mondgenerator" einen Weltraumgenerator mit den genannten Eigenschaften verwendet.
◉ Erfindung: Langzeitspeicherung elektrischer Energie in einem Kraftwerk auf dem Mond
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
Während eines zweiwöchigen Mondtages nehmen Solarpaneele Wärme aus der Sonnenstrahlung auf und liefern den benötigten Strom in zwei Teilen. Der erste und wichtigste Teil versorgt die elektronischen und lebenswichtigen Geräte der Station, der zweite Teil, der Überschussstrom, wird zum Starten des Mondgenerators genutzt. Anstatt den Strom in einer Batterie zu speichern (was bei Temperaturen von fast -200 Grad Fahrenheit unmöglich ist), wird dieser Überschussstrom als mechanische Energie im Generator gespeichert. Die Funktionsweise ist folgende: Durch den Betrieb des Generators während eines zweiwöchigen Mondtages drückt eine Hydraulikpumpe den federförmigen Berylliumstab bis zu seiner maximalen Kapazität zusammen. Dieser Druckaufbau erfolgt allmählich über die 354 Stunden eines Mondtages.
◉ Klicken Sie auf eines der untenstehenden Galeriebilder, um es zu vergrößern:
Wie im Video am Ende dieses Artikels zu sehen ist, ist die Hydraulikpumpe mit sieben zylindrischen Armen ausgestattet, die sich geradlinig bewegen. Diese Arme werden durch den Druck der Zahnräder des Hybridgetriebes voneinander getrennt, wodurch die Berylliumstange zusammengedrückt wird. Mit steigendem Pumpendruck und zunehmendem Widerstand des Federstangenmaterials (Beryllium-Kupfer-Legierung ASTM B197) erhöht der Generator intelligent seinen Stromverbrauch, um ein höheres Drehmoment im Hybridgetriebe zu erzeugen. Dieser Prozess läuft über zwei Mondtage langsam ab, bis alle sieben zylindrischen Arme der Pumpe geradlinig geöffnet sind und die mechanische Energie speichernde Federstange ihren maximalen Druck- und Rückzugszustand erreicht hat. An diesem Punkt ist es uns gelungen, die Energie der Solarzellen in der Berylliumstange als flexible und elastische mechanische Energie für weitere Zwecke zu speichern.
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Einer der Gründe, warum ich für die Federstange die Kupfer-Beryllium-Legierung ASTM B197 verwendet habe, ist ihre extrem hohe Flexibilität und Duktilität sowie ihre Zähigkeit in Bezug auf metallurgische Eigenschaften (die Fähigkeit eines Materials, Energie zu absorbieren und sich plastisch zu verformen, bevor es zum Bruch kommt). Diese einzigartigen Eigenschaften verhindern, dass die Stange bei sehr hohen oder niedrigen Temperaturen auf der Mondoberfläche spröde wird und bricht. Kupfer-Beryllium nach ASTM B197 zeichnet sich durch hohe Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit, ausgezeichnete Dauerfestigkeit und hervorragende physikalische Eigenschaften bei kritischen Temperaturen außerhalb der Atmosphäre aus, da es seine mechanischen Eigenschaften bis hin zu kryogenen Temperaturen (unter -200 °C) problemlos beibehält. Genau das benötigte ich, um meine Idee auf dem Mond umzusetzen. Zusätzlich zu diesen vorteilhaften Eigenschaften ist Kupfer-Beryllium nach ASTM B197 auch nichtmagnetisch und funkenfrei, wodurch es sich für Notfallsituationen oder unerwünschte Zwischenfälle im Weltraum eignet. Aus diesem Grund ist Kupferberyllium nach ASTM B197 als primäres Basismaterial in der Luft- und Raumfahrt-, Kryotechnik- und Präzisionsinstrumentenindustrie bekannt und wird dort häufig eingesetzt.
Nach der maximalen Kontraktion der Beryllium-Federstange und dem Beginn der 14-tägigen Dunkelheit und der tödlichen Kälte der langen Mondnacht wird nun die gespeicherte mechanische Energie zur Stromerzeugung genutzt. In diesem Stadium wird die Rückstellsperre der Hydraulikpumpe in ihre Ausgangsposition zurückgesetzt. Aufgrund der extrem hohen Elastizität und Zähigkeit der Kupfer-Beryllium-Stange dehnen sich die sieben zylindrischen Arme der Pumpe aufgrund der starken Ausdehnungstendenz des Kupfer-Berylliums wieder aus und beginnen sich zusammenzuziehen. Während sich die sieben zylindrischen Arme im Laufe der 14 Mondnächte allmählich zusammenziehen, dreht sich das Hybridgetriebe rückwärts und überträgt das Drehmoment auf die kleineren Zahnräder. Dadurch dreht sich die Generatorwelle mit hoher Geschwindigkeit und erzeugt so kontinuierlich Strom, um die Mondnacht zu überbrücken.
◉ Erfindung: Langzeitspeicherung elektrischer Energie in einem Kraftwerk auf dem Mond
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
Wie in den Bildern und Videos dieses Artikels zu sehen ist, habe ich das Kraftwerk auf dem Mond ohne Schutzraum konstruiert, um die detaillierte und die Gesamtanordnung der verschiedenen Komponenten sowie die Funktionsweise des Systems besser sichtbar und verständlich zu machen. Um jedoch eine maximale Materialbeständigkeit zu erreichen, kann ein separater Bereich der Solarpaneele in einem geschlossenen Schutzraum mit intelligentem Temperaturregelungssystem untergebracht werden. Dadurch wird der Schaden durch Temperaturschwankungen an Generator, Pumpe und Berylliumstäben halbiert und die kontinuierliche Stromerzeugung auf dem Mond gewährleistet. Das Temperaturregelungssystem dieses Schutzraums kann den Überschuss der Primärstromproduktion nutzen, um an jedem Mondtag Wärme oder Kälte zu erzeugen.
Der Bau einer Mondstation ohne Energieversorgungsprobleme zählt zu den ältesten Träumen der Menschheit. Es ist unmöglich und nicht zu rechtfertigen, das Potenzial ungefilterten Sonnenlichts über große Entfernungen zu nutzen, weder innerhalb noch außerhalb des Sonnensystems. Die Entwicklung der Kernspaltungstechnologie muss daher effizienter gestaltet werden, um die Erzeugung von mehr Strom und Spannung für den Einsatz in den Tiefen des Weltraums und in absoluter Dunkelheit zu ermöglichen. Bislang hat jedoch die Herausforderung, die Dauer eines Aufenthalts auf dem Mond zu begrenzen, den Fortschritt von Forschungsprojekten behindert. Grund dafür ist das Fehlen einer geeigneten Lösung zur Nutzung der extrem starken Sonnenstrahlung und zur kontinuierlichen Energieerzeugung. Die von mir vorgestellte neue Idee kann daher das finanzielle Risiko sowohl hinsichtlich der Kosten als auch des Budgets reduzieren und ist für Investoren in Weltraumforschungsprogramme attraktiv. Zudem ist sie in Bezug auf die technische Umsetzung auf dem Mond in verschiedenen Dimensionen realisierbar.
◉ Erfindung: Langzeitspeicherung elektrischer Energie in einem Kraftwerk auf dem Mond
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
Wie andere Erfindungen birgt auch diese das Potenzial für Weiterentwicklung und Optimierung, und durch den Bau solcher Kraftwerke kann ein bedeutender Beitrag zur Beseitigung der Einschränkungen eines langfristigen Aufenthalts auf dem Mond geleistet werden.
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◉ Video zur Langzeit-Energiespeicherung während der synodischen Periode auf dem Mond mithilfe eines Solar-zu-Mechanischen-Energieumwandlungssystems / Kategorie: Erfindungen von Ali Pourahmad
◉ Animationskünstler dieses Videos: Ali Pourahmad
◉ Musikkomponist dieses Videos: Ali Pourahmad
◉ Sprecher: Ali Pourahmad
◉ Sprache: Englisch
◉ Untertitel: Keine
Über Erfinder und Autor dieses Artikels:👇
Artikel über wissenschaftliche Erfindungen im Zusammenhang mit dem Weltraum :
◉ Erfindung von Hochdruckballons (Nulldruckballons) mit hitzebeständigen Eigenschaften, die der Sonneneinstrahlung standhalten
◉ Wissenschaftliche Erfindungen von Ali Pourahmad
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◉ Ali Pourahmad-Auszeichnungen
◉ Gemälde von Ali Pourahmad
◉ Ali Pourahmad Instrumentalmusik
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