برای مشاهده ویدیوی «خلاصه تصویری» این اختراع اینجا کلیک نمائید
اختراعات علمی: علی پوراحمد | طبقه بندی: اختراعات جدید در ایران و جهان | دسته: اختراعات ثبت شده در ایران و جهان
ذخیره بلند مدت انرژی در دوره سینودیک (دو هفته روز قمری و دو هفته شب قمری) بر روی سطح ماه با استفاده از دستگاه تبدیل انرژی خورشیدی به مکانیکی
◉ اختراع: ذخیره بلند مدت انرژی الکتریسیته در نیروگاه تولید برق بر روی ماه
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
◉ مقدمه و اهداف:
در این مقاله بطور مختصر به بررسی اختراع دستگاه تبدیل انرژی خورشیدی به مکانیکی و بازچرخانی آن به الکتریسیته جهت حل مشکل ذخیره بلند مدت انرژی بر روی ماه میپردازیم.
مدت زمان سپری شدن یک روز کامل و یک شب کامل بر روی ماه تفاوت های فاحشی از نظر زمان و دما با زمین دارد. این تفاوت ها دهه هاست که بعنوان چالش های جدی, باعث محدودیت اقامت انسان بر روی کره ماه و مانع کسب نتایج مطلوب از پروژه های تحقیقاتی پر هزینه توسط آژانس های فضایی شده است. در سالهای اخیر, علیرغم امکان ارسال ربات های مجهز به هوش مصنوعی و قابل کنترل از راه دور, اما همچنان کنجکاوی انسان برای قدم گذاشتن مجدد بر روی ماه و امکان یک اقامت طولانی مدت هر روز بیشتر می شود و بدین دلیل محققین فضا, اختر فیزیکدانان و مهندسین توسعه صنایع فضایی همچنان در جستجوی بهترین راه حل برای امکان حضور بلند مدت بر روی ماه هستند.
◉ اختراع: ذخیره بلند مدت انرژی الکتریسیته در نیروگاه تولید برق بر روی ماه
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
واضح است که اقامت بلند مدت بر روی ماه بدلیل عدم امکان ذخیره بلند مدت انرژی در حال حاضر میسر نیست اما راه حل هایی نیز نظیر استفاده از یک راکتور شکافت هستهای کوچک بر روی ماه ارائه شده است که البته این راهکار نیز به دلیل ظرفیت بسیار کم تولید برق در چنین ابعاد کوچکی نیازمند توسعه و زمانبندی طولانی تری تا رسیدن به نقطه هدف که تامین برق یک ایستگاه بزرگ با ولتاژ بالا و مستمر در طول یک شب قمری طولانی بر روی کره ماه است. آنگونه که پروفسور نیل دگراس تایسون (اخترفیزیکدان, استاد دانشگاه هاروارد و مدیر افلاک نمای هایدن نیویورک) در مصاحبه خود بیان کرده است این راکتور هسته ای جدید طراحی شده برای استفاده در فضا و بر روی سطح کره ماه تنها توان تولید 100 کیلو وات برق را دارد. لازم است که اشاره نمایم, این مقدار تقریبا 9 برابر کمتر از برق مورد نیاز برای روشن شدن یک سشوار معمولی است و بنظر می آید که این هدفی نیست که برنامه فضایی آرتمیس (با هدف سفر به ماه) به رهبری ناسا یا هر برنامه آژانس فضایی دیگری بخواهد هزینه های سنگینی برای عملیاتی نمودن آن متحمل شود.
برای درک بهتر این چالش لازم به اشاره میدانم که دمای روی سطح ماه میتواند در طول یک روز قمری از حداکثر ۲۵۰ درجه فارنهایت (معادل ۱۲۰ درجه سانتیگراد) در خط استوای آن تا -۲۰۸ درجه فارنهایت (معادل -۱۳۰ درجه سانتیگراد) در شب متغیر باشد و البته دما در قطبهای ماه میتواند حتی بیشتر از مقدار ذکر شده کاهش یابد. در تعریف یک روز، مدت زمان بین دو ظهر یا غروب خورشید معیار سنجش قرار می گیرد و همانگونه که میدانیم این مدت زمان در سیاره زمین ۲۴ ساعت ولی در کره ماه ۷۰۸.۷ ساعت ( معادل ۲۹.۵۳ روز زمینی) است که به آن دوره سینودیک می گویند. با توجه به دوره سینودیک می توانیم متوجه شویم که یک روز قمری و یک شب قمری بر روی ماه تقریباً معادل ۱۴ روز زمینی است. دوره سینودیک حدود ۲.۲ روز طولانیتر از دوره نجومی کره ماه است.
◉ اختراع: ذخیره بلند مدت انرژی الکتریسیته در نیروگاه تولید برق بر روی ماه
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
مطابق داده های استخراج شده توسط مرکز تحقیقات ناسا, زمین با زاویه ۲۳.۴ درجه کج شده است و با سرعت تقریبی ۱۶۷۰ کیلومتر بر ساعت به دور محور خود میچرخد، بنابراین یک چرخش کامل معادل ۲۳ ساعت و ۵۶ دقیقه و ۴ ثانیه بطول می انجامد تا یک روز نجومی بر روی سیاره زمین کامل شود. این اندازهگیری زمان در یک روز نجومی با استفاده از یک ستاره دور (بغیر از خورشید) به عنوان نقطه مرجع صورت می گیرد و آن زمانی است که ستاره یک دور به دور زمین چرخیده باشد. این در حالی است که کره ماه با سرعت ۱.۰۲۲ کیلومتر بر ثانیه به دور زمین میچرخد و تقریباً هر ۲۷.۳ روز زمینی، مدار بیضوی خود را کامل میکند. زمان چرخش ماه به دور خود با زمان تکمیل یک دور مداری به دور زمین از طریق فرآیندی به نام چرخش همزمان یا قفل جزر و مدی یکسان بدست می آید و به همین دلیل است که از زاویه دید ما بر روی سیاره زمین, تنها همیشه یک طرف ماه را شاهد هستیم.
حال بهتر متوجه می شویم که اقامت دائم یا موقت در 14 شب قمری کره ماه و در تاریکی مطلق با دمای تقریبی ۲۰۰ درجه فارنهایت زیر صفر نیاز به یک منبع انرژی مطمئن و پایدار دارد نه یک دستگاه راکتور شکافت هسته ای با توان محدود 100 کیلو وات برق. از سویی دیگر, به دلیل تغییر خواص شیمیایی و سپس فیزیکی ساختار حتی پیشرفته ترین نسل جدید باتری های فعلی, هنوز هیچ باتری قابلیت ذخیره برق در دمای ۲۰۰ درجه فارنهایت زیر صفر را برای مدت طولانی بدست نیاورده است بنابراین ایده ذخیره برق تولید شده توسط پنل های خورشیدی در طول یک روز قمری (14 روز زمینی) در باتری برای استفاده در یک شب قمری (14 شب زمینی) غیر قابل انجام است که بالطبع امکان استقرار انسان در یک ایستگاه فضایی که شدیدا متکی به برق است وجود ندارد. برای رفع این مشکل من ایده "Moon Generator" یا سیستم تبدیل انرژی خورشیدی به مکانیکی به هدف ذخیره بلند مدت انرژی برای مصرف در یک شب قمری 354 ساعته بر روی کره ماه طراحی و خلق کردم که در بخش توضیحات فنی این مقاله, نحوه کار "Moon Generator" و ساختار تشکیل دهنده این دستگاه به تفصیل شرح داده شده است.
◉ اختراع: ذخیره بلند مدت انرژی الکتریسیته در نیروگاه تولید برق بر روی ماه
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
◉ توضیحات فنی اختراع:
کره ماه به دلیل نداشتن جو, نور خورشید را بدون فیلترینگ و کاهش تششعات بر روی سطح خود دریافت می کند. این موضوع باعث می شود که حتی در زاویه دار ترین افق تابش (موقعیت خورشید در غروب یا طلوع) شدت جذب و دریافت تششعات با حالت تابش عمودی خورشید بر روی ماه یکسان و هم قدرت باشد. چنین پتانسیلی این اجازه را می دهد که کارایی پنل های خورشیدی در تمام مدت 14 روز قمری در بالاترین راندمان جذب نور خورشید بدون هیچگونه فیلترینگ جوی باشد که نکته ای مهم در تولید الکتریسیته با پنل های خورشیدی است. اما با رخ دادن غروب کامل و تاریکی مطلق 14 شب قمری می بایست برق تولید شده در روز را در یک سیستم مکانیکی بصورت ذخیره انرژی نگهداری کنیم. من این سیستم ابداعی را یک دستگاه مکانیکی ارتجاعی "Moon Generator" بعنوان جایگزین در شرایط عدم امکان استفاده از باتری در دمای بسیار پایین سطح کره ماه نامیده ام.
◉ اختراع: ذخیره بلند مدت انرژی الکتریسیته در نیروگاه تولید برق بر روی ماه
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
ساختار دستگاه تبدیل انرژی خورشیدی به مکانیکی با توجه بر فاکتور های امکان ارسال از زمین, امکان استقرار بر روی سطح ماه, و مقاومت آلیاژی ساختار دستگاه به دماهای بسیار پایین طراحی شده است. بر این اساس همانگونه که در تصاویر و ویدیوی انتهای این مقاله قابل مشاهده است سازه بیرونی هر یک از "ژنراتورهای ماه" بشکل استوانه ای با هدف تطابق فیزیکی با سکوی پرتاب و اتصال به راکت های لانچ, کاهش ضریب ناپایداری اِیرودآینامیکی, حفظ تراست سازه در سرعت بسیار زیاد و فشار جو, کاهش ضریب اصطکاک, و کنترل ضریب رانش و پسا به هنگام ورود و خروج از جو زمین طراحی کرده ام. این طراحی کمک می کند که آژانس های فضایی بتوانند 2 یا 3 سازه استوانه ای "Moon Generator" را با استفاده از یک راکت و در یک مرحله پرتابی انجام دهند که طبعا منجر به کاهش چشمگیر هزینه ارسال و زمانبندی پروژه ها می شود.
◉ اختراع: ذخیره بلند مدت انرژی الکتریسیته در نیروگاه تولید برق بر روی ماه
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
هر یک از استوانه های "ژنراتور ماه" مجهز به یک پایه تاشو می باشند که پس از فرود بر روی سطح ماه وظیفه تثبیت و نگه داشتن 45 درجه ای "ژنراتور ماه" به سطح اتصال را بر عهده دارند. با توجه به جاذبه کم سطح کره ماه که معادل یک ششم جاذبه زمین و تقریبا ۱.۶ متر بر مجذور ثانیه است اتصال پایه به ژنراتور پیچیدگی استقرار و تعادل بواسطه کاهش وزن سازه بر روی سطح ماه نداشته و مراحل مکانیکی باز شدن و استقرار آن, هم از طریق کنترل از راه دور توسط ربات هوشمند و هم اتصال نزدیک توسط انسان امکان پذیر است. لازم به اشاره است مقیاس ابعاد "ژنراتور ماه" در تصاویر و ویدیوی این مقاله مقداری بزرگتر از ایده اصلی بصورت انیمیشن سه بعدی طراحی کرده ام تا از منظر بصری شمای کلی و جزئیات داخلی هر استوانه واضح تر قابل بیان باشد, بنابراین در صورت اجرایی شدن این ایده, ابعاد دنیای واقعی هر استوانه "ژنراتور ماه" کوچکتر از تصاویر سه بعدی در این مقاله خواهد بود.
ژنراتور ماه متشکل از: بدنه محافظ فشار صفر, یک ژنراتور تولید انرژی مکانیکی به الکتریسته, یک چمبر محافظ با 9 چرخ دنده هآیبریدی انتقال و تبدیل سرعت گشتاور, یک پمپ هآیدرولیکی باز شونده و جمع شونده با 7 بازوی مکانیکی خطی, و یک میله بریلیوم کشسان و انعطاف پذیر فنری شکل است. موتورهای مولد الکتریسیته در فضا دارای خاصیت تحمل بار فشار صفر و دمای متغیر بالا یا پایین خارج از جو هستند و مطابق این خاصیت, آلیاژ مواد تشکیل دهنده یک ژنراتور فضایی دارای استحکام بالا، رسانایی الکتریکی و مقاومت عالی در برابر خستگی، و خواص فیزیکی منعطف و کشسانی بالا هستند بدین دلیل برای جانمایی موتور مولد برق در " ژنراتور ماه" از یک ژنراتور فضایی با خواص مورد اشاره استفاده کرده ام.
◉ اختراع: ذخیره بلند مدت انرژی الکتریسیته در نیروگاه تولید برق بر روی ماه
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
در مدت زمان 2 هفته روز قمری در کره ماه, پنل های خورشیدی با دریافت حرارت تششعات خورشید برق مورد نیاز جهت مصرف در 2 بخش را تامین می کنند. بخش اول و اصلی دستگاه های الکترونیکی و حیاتی مستقر در ایستگاه است و بخش دوم که در حقیقت مازاد تولید می باشد برای راه اندازی "ژنراتور ماه" مصرف می شود. بعبارتی بجای ذخیره برق در باتری (که امکان آن در دمایی نزدیک به ۲۰۰ درجه فارنهایت زیر صفر غیر ممکن است) این مازاد برق بصورت انرژی مکانیکی توسط ژنراتور ذخیره می شود. روش کار بدین صورت است که با کار کردن ژنراتور در طول 2 هفته روز قمری, یک پمپ هآیدرولیکی میله بریلیوم فنری شکل را تا حداکثر ظرفیت جمع شوندگی تحت فشار قرار می دهد. این فشار بصورت تدریجی و در طول 354 ساعت یک روز قمری کامل می شود.
◉ برای بزرگ نمایی بر روی هر یک از تصاویر گالری زیر کلیک نمائید:
همانگونه که در ویدیو انتهای این مقاله قابل مشاهده است پمپ هآیدرولیکی باز شونده و جمع شونده مجهز به 7 بازوی استوانه ای است که در امتداد یک خط مستقیم حرکت می کنند. این بازوها با فشار وارد شده توسط چرخ دنده های گیربکس ترکیبی از یکدیگر فاصله گرفته و منجر به پرس و فشار به میله بریلیوم می شوند. با ادامه فشار پمپ و مقاومت مواد میله فنری که از آلیاژ بریلیوم مس ASTM B197 است بصورت هوشمند ژنراتور توان بیشتری را برای ایجاد گشتاور قدرتمندتر در گیربکس ترکیبی مصرف می کند. این پروسه به آهستگی در طی 2 هفته روز قمری تا آنجا ادامه می یابد که تمام 7 بازوی استوانه ای پمپ در یک خط مستقیم باز شده و میله فنری ذخیره انرژی مکانیکی در حداکثر حالت پرس و جمع شدگی قرار گیرد. در این مرحله ما توانسته ایم انرژی پنل های خورشیدی را در میله بریلیوم بصورت انرژی منعطف و کشسان مکانیکی برای هر نوع مصرف دیگری ذخیره کنیم.
◉ اختراع: ذخیره بلند مدت انرژی الکتریسیته در نیروگاه تولید برق بر روی ماه
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
یکی از دلایلی که از آلیاژ بریلیوم مس ASTM B197 برای ساختار مواد تشکیل دهنده میله فنری استفاده کرده ام انعطاف بسیار بالا و شکل پذیر بودن آن و نیز چقرمه باقی ماندنش Toughness از نظر خواص متالوژی (توانایی یک ماده در جذب انرژی و تغییر شکل خمیری قبل از وقوع شکست) است که این خواص منحصر بفرد مانع از شکنندگی و شکست میله در دماهای بسیار بالا و یا پایین بر روی سطح ماه می شود. بریلیوم مس ASTM B197 دارای خواصی نظیر استحکام بالا، رسانایی الکتریکی, مقاومت فوق العاده عالی در برابر خستگی، و خواص فیزیکی بالا در دماهای بحرانی خارج از جو است زیرا توانایی حفظ خواص مکانیکی تا دمای کرایوژنیک (زیر -328 درجه فارنهایت یا -200 درجه سانتیگراد) را براحتی دارد و این همان چیزی بود که برای تکمیل ایده ام بر روی سطح ماه به آن نیاز داشتم. در کنار چنین خاصیت مناسبی, بریلیوم مس ASTM B197 همچنین دارای خاصیت غیر مغناطیسی و بدون جرقه است که آن را برای شرایط اضطراری یا حوادث ناخواسته در فضا مناسب میکند بدین دلیل است که بریلیوم مس ASTM B197 بعنوان ماده اصلی و پایه در صنایع هوافضا، کرایوژنیک و ابزارهای دقیق شناخته شده و استفاده می شود.
پس از جمع شدگی حداکثری میله فنری بریلیوم و فرا رسیدن دوره 14 روزه تاریکی و سرمای کشنده شب قمری طولانی در کره ماه حالا وقت استفاده از ذخیره انرژی مکانیکی برای تولید الکتریسیته مورد نیاز است. در این مرحله با آزاد سازی قفل برگشت پمپ هآیدرولیکی به حالت اول و به دلیل خاصیت بسیار بالای کشسانی و چقرمگی میله بریلیوم مس, 7 بازوی استوانه ای پمپ تحت فشار تمایل شدید انبساط مجدد بریلیوم مس قرار گرفته و بازوهای مکانیکی شروع به جمع شدگی می کنند. با جمع شدن تدریجی 7 بازوی استوانه ای در طول 14 شب قمری گیربکس هآیبریدی به چرخش معکوس ادامه داده و با تبدیل و انتقال گشتاور به چرخ دنده های کوچکتر گیربکس, باعث گردش پر سرعت شافت ژنراتور و نهایتا تولید مداوم الکتریسیته برای گذار از دوره شب قمری می شود.
◉ اختراع: ذخیره بلند مدت انرژی الکتریسیته در نیروگاه تولید برق بر روی ماه
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
همانگونه که در تصاویر و ویدیوی این مقاله قابل مشاهده است من طراحی نیروگاه تولید برق بر روی سطح ماه را در فضای باز انجام داده ام تا نحوه چیدمان جزئی و کلی بخش های مختلف و نیز نحوه کارکرد دستگاه بهتر قابل مشاهده و درک باشد. اما برای دست یافتن به راندمان حداکثری چقرمگی مواد می توان بخش مجزا از پنل های خورشیدی را در یک شلتر بسته (پناهگاه) مجهز به سیستم هوشمند کنترل دما قرار داد. بدین صورت آسیب تغیرات دمایی بر قطعات ژنراتور فضایی, پمپ و میله بریلیوم به نصف کاهش می یابد و تضمین راندمان تولید مداوم الکتریسیته بر روی ماه بالاتر می رود. سیستم کنترل دمای این شلتر می تواند از مازاد تولید اولیه برق برای ایجاد گرما یا سرما در هر روز قمری تغذیه کند.
ساخت ایستگاهی بر روی کره ماه بدون دغدغه تولید انرژی یکی از آرزوهای دیرینه بشر بوده است. قطعا استفاده از پتانسیل نور بدون فیلتر خورشید در فواصل دورتر چه در داخل منظومه شمسی و یا خارج از آن غیر ممکن و توجیه ناپذیر است و می بایست توسعه تکنولوژی شکافت هسته ای را به مراحل کارآمدتری جهت امکان تولید توان و ولتاژ بیشتر برای استفاده در اعماق دور دست فضا و تاریکی مطلق رساند اما آنچه که تا بحال سد پیشرفت پروژه های تحقیقاتی بر روی سطح ماه شده است, چالش محدودیت اقامت بلند مدت بدلیل نبود راهکاری مناسب جهت استفاده از تششعات بسیار پر قدرت خورشید و تولید انرژی مداوم است لذا ایده جدیدی که ارائه کرده ام هم از نظر هزینه و بودجه می تواند حاشیه ریسک مالی را کم نماید و برای سرمایه گذاران برنامه های تحقیقاتی فضا توجیه پذیر باشد و هم از نظر مهندسی اجرا, قابلیت انجام در ابعاد مختلف را بر روی سطح ماه دارد.
◉ اختراع: ذخیره بلند مدت انرژی الکتریسیته در نیروگاه تولید برق بر روی ماه
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
بمثابه سایر اختراعات, این اختراع نیز قابلیت توسعه و ظرفیت بهینه سازی بیشتر را داشته و با ساخت نمونه های آزمایشی اولیه از آن می توان کمک شایانی به رفع محدودیت اقامت بلند مدت بر روی سطح ماه نمود.
پایان مقاله//
◉ ویدیوی ذخیره بلند مدت انرژی در دوره سینودیک بر روی سطح ماه با استفاده از دستگاه تبدیل انرژی خورشیدی به مکانیکی / از دسته «اختراعات علی پوراحمد»
◉ سازنده انیمیشن این ویدیو: علی پوراحمد
◉ سازنده موسیقی این ویدیو: علی پوراحمد
◉ گفتار متن: علی پوراحمد
◉ زبان: انگلیسی
◉ زیر نویس فارسی: ندارد
درباره مخترع و نویسنده این مقاله 👇 :
مقالات اختراعات علمی مرتبط با فضا :
◉ اختراع بالن فشار بالا (فشار صفر) با قابلیت ضد گرمای نور خورشید
سایر مقالات علی پوراحمد :
◉ آیا هوش مصنوعی میتواند خالق هنر و جایگزینی برای هنرمند و خلاقیت انسانی باشد؟
◉ چرا در سینمای ایران ژانر علمی تخیلی وجود ندارد!
◉ عوامل تاثیر گذار در خلق اختراعات, چگونه میتوانیم یک مخترع شویم!
◉ آیا خدا وجود دارد؟ آیا وجدان می تواند جایگزین خدا شود؟
تبلیغات
