国際宇宙ステーションの電力問題改善

papa-pahoo曰く、"ISS（国際宇宙ステーション）で、2組目の太陽電池パネルが広げられたとのこと（朝日新聞記事、太陽電池パネル展開のハイライト動画）。この太陽電池パネルは金色に輝き、長さは74メートルにおよぶ。地上からも見ることができる史上最長の宇宙構造物である。
これでISSの電力供給量は2倍になるわけだが、計画では更に2組の太陽電池パネルが必要。ISSの組み立てビデオを見ると、まだまだ完成までは時間がかかりそうだ。 タレコミ人は、完成までに太陽電池パネルを含む構造物が劣化してしまうのではと、気が気でない。"

将来的に

[sacoz (26507)]

各種実験やそれ以外の業務を行おうとしたときに、太陽電池だけで電力が足りるのかなあとちょっと疑問に思いました。

宇宙ステーションなど、長期間利用する施設には発電所のような物が組み込まれる時代が来るのかなあ。それとも天候の変化がない利点を活かして、太陽電池の能率を上げたり搭載量を増やしたりして太陽電池のみで乗り切るのでしょうか。

素人なので太陽電池でどの程度の電力を賄うことが出来るのかとか、現状電力を潤沢に使うことが出来るのかなど全然知らないのですが。

# 結局「詳しい人、予想をきかせて！」ってなる程度に無知だけどID。

Re:将来的に

[Anonymous Coward]

カナダ宇宙庁 [space.gc.ca]のページによると、全部組みあがった段階で
およそ64世帯分の使用電力をまかなえる、とのことです。

生命維持や実験で大量に電気を食うでしょうけど、これで必要十分なのかな。

Re:将来的に

[cyber205n (14932)]

地球の周回軌道付近だと、太陽電池が最も安全で豊富な電力源だと思いますよ。
地球の影で夜になることはあっても、宇宙に曇りや雨の日は無い。雲は遥か下です。
あらかじめ日射量を計算した上で、電力配分を見積ることができるでしょう。

熱放射がうまくいくのなら、ミラーで光を集めて動かす
スターリングエンジンなんかも面白いと思いますけどね。
太陽電池ではなかなか20%以上の変換効率は難しい [nasda.go.jp](現状は宇宙用でも17〜18%)ですが、
スターリングエンジンなら30%ぐらいのエネルギーを電力として取り出せる [goo.ne.jp]と言われています。

Re:将来的に

[s-kei (16661)]

＞太陽電池ではなかなか20%以上の変換効率は難しい(現状は宇宙用でも17〜18%)ですが

一応、製品レベルでは28%以上なんてものが売られてます [spectrolab.com]。もちろん高価なんで、普通は特にパネルを小さくしたい場合などにしか用いられません。
でも最近これをほんの少しだけ使い、鏡で集めた光を当てて、地上でも使おうという話が出てきています。この集光式だと光量あたりの損失が減って、効率が40%近くなります。試しにぐぐってみたら こんな検討例 [sharp.co.jp] を見つけましたが、他にもあると思います。

# いや私はスターリングエンジンも好きですけど。なんといってもあの軽快な（爆発を伴わない）音がいい。

Re:将来的に

[kitakitsune (25416)]

発電所といったって地球から重油持って行くわけにいかないし、持っていっても酸素が足らない。
太陽電池じゃなくとも、日なたと日かげで熱電対とか、集光して熱で何かの外燃機関を回すとかは出来るだろうけど、
どのみち使えるエネルギーは太陽か原子力くらいしかないよなあ。

Re:将来的に

[alchemy (20366)]

燃料電池は？

Re:将来的に

[tarosuke (2403)]

恒常的に使おうと思ったら化学エネルギーはエネルギー密度が低すぎて使いものにならんよ。なので結局原子力かその辺でダダ洩れになってるのを捕まえる(太陽エネルギー)しかない。結局原子力だけどな。

Re:将来的に

[Anonymous Coward]

原子力ってラジオアイソトープ電池なんかの事を言っているのか、それとも原子炉みたいなのをイメージしているのかよくわかりませんが、大電力を前提にしているところからして後者ですかね。
その場合、宇宙空間でどうやって廃熱を行うかという超難問が控えておりますね。

Re:将来的に

[yosuke2 (30603)]

まず貼る一番 [mazuharuichiban.com]をいっぱい貼っておけばいいんですよ。

Re:将来的に

[Anonymous Coward]

宇宙空間って、絶対零度だから排熱は難しくないんじゃ
ないんですか？

宇宙原子炉は、既に実現しているようですよ。
http://mext-atm.jst.go.jp/atomica/03041103_1.html [jst.go.jp]

Re:将来的に

[SteppingWind (2654)]

いや, 確かに「温度」は低い(正確には絶対零度ではなく, 宇宙背景輻射の温度である3〜4Kぐらい)のですが, 問題は「熱量」の方なのです.

宇宙空間では放熱は輻射にたよるしかないのですが, これによる放熱量は空気中や液体中の熱伝導などによる放熱とは桁違いに小さいものです. しかも, 放熱量を増大させるためには

• 放熱面積を増大させる. しかも放熱方向に障害物が無い単純な形態でなければならない(ラジエータのような多層構造はダメ)
• 放熱板の温度を上げる

の2通りしか方法はありません. そのため宇宙船では放熱設計で常に苦労しています. 例えばスペースシャトルではカーゴベイの内側に放熱板が設置されているため, 軌道上では常にカーゴベイを開けっ放しにしています.

Re:将来的に

[LSD (18955)]

温度というのは、分子の平均速度で、圧力というのは分子の個数（と速度の積）に依存する数値。

気体分子が熱を持っている物体表面に衝突して、運動量を貰うことにより冷却するというモデルを立てると、周辺にある気体分子の平均速度が小さいので、1衝突あたり失うエネルギーの平均は大きくなる。
ただし、圧力が低い（地上の百億分の一）ことによる衝突回数の減少の効果の方が強く出る。（伝導）

伝導の他に熱の移動については、対流、放射があるが対流は周辺に一定の密度が必要だし、放射は温度に強く依存する。

現実問題として宇宙服の場合は冷却水を服の中で循環させ
冷却水を真空中に放出する気化熱で、冷却水自体を冷却しています。
http://jstore.jst.go.jp/cgi-bin/patent/advanced/detail.cgi?pat_id=1278... [jst.go.jp]

Re:将来的に

[306m5 (11617)]

ISSのような数100km程度の低軌道は熱圏 [tohoku.ac.jp]であり、非常に薄いですが
大気があります。太陽エネルギーの影響を直接受けるため「温度」はむしろ高いです。
360km だと 900K～1000K(600℃～730℃)くらいのようです。

大気からの熱量の移動はほとんど無視できそうですが。

Re:将来的に

[tarosuke (2403)]

質量あたり電力量の問題だよ。要は補給頻度の問題。原子力電池か原子炉か太陽電池かみたいなのは施設の規模だとかの個々の事情に応じて決めればいいのでここではあんまり関係ない。

Re:将来的に

[Anonymous Coward]

搭乗員の排泄物から電気分解で

Re:将来的に

[cyber205n (14932)]

ロシアは酸素を小便の電気分解で作ってますよ。
「エレクトロン」という名前だそうで [livedoor.jp]
そのままでは塩分が入っていて塩素などの有毒なガスが出るでしょうから、
おそらく尿から真空蒸留によって精製された水をいったん作り、
それを太陽電池からの豊富な電力で電気分解しているのだと思います。

ちなみに、緊急時にどうしようもなくなった場合には
電気分解する前の精製水の段階で飲用に供することも考えてはいるようです。

Re:将来的に

[starblade (4495)]

まさにその装置がトラブっている [yomiuri.co.jp]ようで・・・。

Re:将来的に

[cyber205n (14932)]

KOHが漏れ出してますか。水酸化カリウムって、アルカリ電池の電解液ですから、
充電を試して液漏れさせた人ならわかるあの、気分の悪くなる臭いがします。
宇宙飛行士は大変だな。

Re:将来的に

[Cappuccino (20281)]

その電気分解するのに必要な電気はどこから？
たぶんプラスにはならないと思う。

パネルがでかくなってくると

[Choro-Chan (31768)]

宇宙の塵やゴミ、所謂「スペースデブリ」の問題がどの程度問題になってくるのか興味があります。

増築するそばから古いのは劣化して行くの繰り返しでは意味が無くなりますからね。

Re:パネルがでかくなってくると

[cyber205n (14932)]

国際宇宙ステーションでは、長さが10cmを超えるデブリは軌道を修正して逃げ出す [nishinippon.co.jp]
ことで衝突を防ぎます。野球のボールぐらいの大きさがあれば、
レーダーとか望遠鏡で捕捉して軌道を把握し、あらかじめ危機管理できるようですね。
宇宙ステーションの構造強度から見ると、深刻なダメージなしに受け止めることのできる
デブリの大きさは１センチが限度らしいので、１cmを超えて９cmまでの、
「把握しにくいけど当たると危ない」クラスのデブリが居住区に衝突した時には、
「空気漏れが生じた部分をいそいで修理することで、乗員の安全を確保する」
という考えのようです。

太陽電池だと、人命には影響ありませんので、衝突を受けて死んだ回路を切り離し、
修理の準備が整う都合のいい時期まで放っておくのかもしれません。

Re:パネルがでかくなってくると

[Anonymous Coward]

もしもー、デブリに衝突した場合は
ナイフで切り裂き、急いで口で吸え！

#オイ、言ってみろ！！！

Re:パネルがでかくなってくると

[cyber205 (4374)]

「(地上からの)レーダーや望遠鏡による観測によってデブリを捕捉して軌道を把握し…」
と書いたほうが誤解が少なかったかな。

一応、リンク先にあった以下の文からもってきたのですが、

> それでも、１０センチ未満のデブリの軌道を何とか特定して
> デブリの衝突をできる限り減らそうと、
> 米国を中心にレーダーや特殊な工夫で高性能にした望遠鏡を使い
> 観測努力を重ねている。

どこに観測装置が置いてあるとは書いてなかったので、
特に追記しませんでした。NORADのは地上からの観測でしょうね。
あれは宇宙に浮いてる手袋だって観測にひっかかる性能だとか。
確かに見る方向によっては直径１０cmを超えている大きさですが。

約６万６０００個

[Anonymous Coward]

朝日新聞の記事によると
＞全部で約６万６０００個のシリコン太陽電池が張り付けてある。

もしかしてそれって、65536個だったり？

動画は

[gm_camouf01 (31675)]

最近はやりの「どこが変化しているでしょうか？」のクイズ・ビデオのようだ。
＃ヘタってる私の脳ミソじゃ、ハイライトの短縮版でなかったら、変化を認識できなかったかもorz

何故、金色なの？

[mich (6859)]

太陽電池パネルってシリコンですよね。
単結晶は金色じゃなかったと思うんですけど…。
たしか市販の太陽電池みたいな、暗い青になるはず。

どなたか詳しい人、解説お願いします。

Re:何故、金色なの？

[Shankar (13961)]

配線に使ってる金の方が割合として多いんですよ。

--
Yuzam

Re:何故、金色なの？

[nq (16642)]

シリコン表面のコーティングの干渉によって金色に見えているのではありませんか？

Re:何故、金色なの？

[nisazili (29340)]

純金をコーティングに使ってるんじゃないかな？
紫外線等の有害放射線を防御するのに金が有効であるというのを
アポロ計画のドキュメントだったか本だったかで見た覚えがあります。
宇宙服のヘルメットのバイザーのコーティングとかもそれだったはず。
写真等で金色に輝いてるの見て成る程と思った覚えがあるので。

Re:何故、金色なの？

[SS1 (6823)]

たぶん、ポリイミド(PI)の色です。アポロだと、金色の断熱シート（サーマルブランケットだっけ？）につかってたやつ。
ISSのは、PIソーラーパドル [isas.jaxa.jp]だそうな。

--
斜点是不是先進的先端的鉄道部長的…有信心

Re:何故、金色なの？

[alchemy (20366)]

GaAsでは？

Re:何故、金色なの？

[cyber205 (4374)]

いや、元記事のasahi.comへのリンク先にあるページを見ると、
全部で約６万６０００個のシリコン太陽電池が張り付けてある。 [asahi.com]
と書いてあるので違います。

自分も「宇宙用の高効率太陽電池ならGaAsでそ」と書こうとして
もう一度タレコミ文を読み返して気づいたんだけど。

自給自足

[Anonymous Coward]

宇宙という限られた資源の中で生きていくのが、どれだけ難しいのかを物語っていますね。

＃地球という限られた資源の場所で生きていくのも（人口比率でいけば、大多数の人類は）難しいです。
＃給料という限られた資産の中で生きていくのは・・・日本では割と簡単かも

Re:スパイ衛星とかだと原子力電池なのに

[Anonymous Coward]

偵察衛星が原子炉を使用する理由は、
写真やレーダーの分解能を上げるため、ギリギリまで軌道高度を下げており、
太陽電池のでっかいパドルを広げてると空気抵抗がバカにならないから…というのがあるそうです。

ほかに原子炉とかRTG(原子力電池)を使用したものというと、深宇宙まで行く
探査機ですねぇ。ボイジャーとか。

現代版決戦兵器

[Technobose (6861)]

衛星軌道上に、ドラム缶にコンクリートを流し込んで固めたものを浮かべておいて、いざというときには精密に目的地にぶつける、とかのほうが効果あるかも。数があれば、結構な破壊力が・・・・(゜_゜;)
放射性物質（特にプルトニウム）をばらまくと、占領した後、大変だとおもふ・・・

・・けど、精密に目的地にぶつける方法ってあるのかしら。

Re:現代版決戦兵器

[Ultramarine (24090)]

月面から石を投げる [wikipedia.org]


核の冬は起きないんだろうか。

Re:現代版決戦兵器

[Anonymous Coward]

高軌道を維持しているというだけで相当の位置エネルギーを持っているわけで…
さて、それをどうやって目的の場所に向けるのでしょうか。どつくにも反作用がありますぞ。
尚、ドラム缶サイズ程度の質量では地表到達前に燃え尽きます。

Re:現代版決戦兵器

[bakuchikujuu (16666)]

＞高軌道を維持しているというだけで相当の位置エネルギーを持っているわけで…

　位置エネルギーよりも、落ちてこないための秒速8kmという速度による運動エネルギーの方がずっとでかいですぞ。
　高度300kmにある1kgの物体の位置エネルギーは3メガジュール [google.com]ですが、秒速8kmの1kgの物体の運動エネルギーは32メガジュール [google.com]です。

　世間では、位置エネルギーは過大評価されて運動エネルギーは過小評価される傾向がある気がします。300km上空から落ちてくる石は感覚的に凄く痛そうだけど、秒速8kmとかの速度は想像の範疇外だからでしょうかね？
　ちなみに、その昔「コロニー落とし」に関して概算したら、その位置エネルギーより減速に必要なエネルギーの方がでかいという計算結果が出ました。

位置エネルギーは怖くない

[gm_camouf01 (31675)]

重力で運動エネルギーに変わるからこそ怖いんじゃないでしょうか？

位置エネルギー、英語だとpotential energy。
"potential"は「潜在的な」と訳されることが多いと思いますが、
位置エネルギーも潜在的なものでしょう。
落下によって運動エネルギーに変換されて顕在化することで、
使い道や威力が出てくるんじゃないでしょうか。

そもそも、別々に考える必要ないですよね。
重力下の環境において、物体のもつエネルギーは、
位置エネルギーと運動エネルギーの和で考える方が正しいでしょう。

それに、別の物理学からすれば、1kgの質量を持つ物体は、
はるかに大きなエネルギー量 [google.co.jp]となりますね。
結局、怖いのは「質量」でしょう。
＃って、まるで「ねずみの婿とり」？

厚い（熱い）大気の壁

[Technobose (6861)]

ドラム缶ぐらいではだめなんですね・・・。
コンクリートなら燃えないかと思ってました＜－素人の発想
地上に燃え尽きず到達するくらいの質量を衛星軌道に打ち上げ、それを正確に目的地にぶつける能力か・・。実現したらミサイルより脅威ですねぇ。

・・・ガンダムのコロニー落としって、破壊力が有りすぎだと思いますねぇ。スペースコロニーくらいの大きさだと、「核の冬」を引き起こしそう・・。

Re:厚い（熱い）大気の壁

[tarosuke (2403)]

>コロニー落とし
あーんなスッカスッカの下手すりゃ構造材より空気の質量の方がありそうな華奢な構造物が地表まで持つわけがないと思う。構造材自体もそれほど耐熱性はなさそうだし。

Re:厚い（熱い）大気の壁

[tarosuke (2403)]

無印のオープニングではそのまんま落ちてたよ。

Re:厚い（熱い）大気の壁

[tarosuke (2403)]

>仮にも数万人が住んでて、発電所やプラント、宇宙港まである

そんなものは殻に過ぎん。
と言えるくらいでかくなかったっけ？

>コロニー落としの肝は「原子力発電所落とし」じゃなかったっけ？

だとしたら原発だけ落せば？と言うことになる。
何にしてもその程度じゃ

>最初の１週間で地球人口の2/3が死んでるのは確か。

なーんて事にはならないと思うよ。
#「確か」ってあーた...

Re:厚い（熱い）大気の壁

[tarosuke (2403)]

んー。破片も全く落ちてこないというのは難しいかも知れませんねぇ...。
でも、甚大な被害をもたらす程落ちてくるとは到底思えないな。

Re:厚い（熱い）大気の壁

[wccf2006 (30137)]

確かオリジン（後付かもしれないが）では、３つに分裂して落下したらしい。

アニメのオープニングでは、ドッキングベイがある部分が衝突しているのはわかるが、
コロニー本体全部が落下したかどうかは判別できなかったはず。

Re:スパイ衛星とかだと原子力電池なのに

[Anonymous Coward]

ぜんぜん関係ないですが、かつてICBMなんてなかった頃、アメリカが水爆を搭載した爆撃機を常時共産国周辺に飛行させていて、いつでも指示すれば即座に核攻撃できるようにしていたというのを思い出しました。

事故で墜落したことも一度あったはずです。

ガトリング・湯飲み

[Anonymous Coward]

>>重量の問題があるので、衛星の原子力電池は遮蔽されているのか大変不安( ;ﾟДﾟ) おそらく、その電池より 宇宙線の方が問題だと思う。

Re:ガトリング・湯飲み

[tarosuke (2403)]

どうかなぁ...宇宙線が問題になる程高くはないと思うけど。
# UV-Cは問題だけどね。

Re:ガトリング・湯飲み

[SteppingWind (2654)]

いやいや, ISSどころか大気圏内の航空機の乗務員でさえ宇宙線被曝が問題になっていますよ. ですからこんなガイドライン [mext.go.jp]が設定されているぐらいですから.

Re:自転車が・・・・

[wetb (30777)]

宇宙空間に５０ｍの巨大物体 米国製か、ってありましたよね？