Схема освещения сферы солнечным светом [2013 часть 4]
Подробное описание под катом. Кликайте на все картинки для увеличения.
Раскадровка
1. Это наша сферическая оболочка ( Сфера ) с иллюминатором:
2. Внутри сферы космонавтами собирается трёхэтажная центрифуга, которая представляет из себя три трубы вложенные друг в друга. Внутренняя труба самая длинная и тонкая, наружная труба - самая короткая и широкая:
3. Все три трубы соединены друг с другом сферической оболочкой, так, что образуют внутреннюю сферу с отверстием посередине. Это и есть сферическая центрифуга:
4 Внутреннее пространство центрифуги разделено на три палубы - нижнюю, среднюю и верхнюю. Не закрытой с тороцов является только верхняя палуба - это нужно, чтобы была возможность поворачивать внешнюю оболочку Сферы на некоторый угол, не отсоединяя её от центрифуги. Само собой центрифуга вращается:
5. Внутри центрифуги устанавливаются лестницы, чтобы можно было переходить с палубы на палубу.
6. По центру центрифуги устанавливается большая горизонтальная солнечная труба, по которой внешний свет проходит вдоль центрифуги.
7 От центральной большой солнечной трубы отходит много малых вертикальных солнечных трубы с рассеивателями, по которым свет доходит до средней и нижней палуб.
8.Снаружи сферы устанавливается два зеркала - большое и маленькое. Большое - концентрирует солнечные лучи на маленьком, а маленькое выпрямляет лучи, чтобы шли параллельно друг другу, и поворачивает их по оси центрифуги сферы.
9. Далее лучи попадают через иллюминатор внутрь сферы, в центральную солнечную трубу и далее через вертикальные солнечные трубы доходят до нижних палуб. Там свет, проходя через рассеиватели, равномерно освещает внутреннее пространство сферы. Таким образом луч света отражается всего лишь трижды, прежде чем добраться до цели.
[Посмотрть анимации]
9.a
9.b
10. На средней палубе рассеиватели стоят по периметру труб потому, что предполагается, что там будет оранжерея, которую лучше освещать не только сверху, а со всех сторон. А на нижней палубе, где центробежная сила равна земной силе тяжести - там каюты космонавтов и основное рабочее пространство, поэтому там освещение сверху.
[Посмотреть анимацию]
10.a Разница между освещённой и не освещённой центрифугой:
11. Посмотреть весь рассказ в одной анимации:
[Посмотреть анимацию]
12. Анимация вращения центрифуги. Скорость вращения - ~оборот за 6 секунд, или ~35 км в час на ободе. Именно такая скорость нужна, чтобы создать на нижней палубе земную силу тяжести.
[Посмотреть анимацию ( 4 Мб )]
Ещё раз ролик про солнечные трубы, если кто не видел:
Click to viewhttps://youtu.be/eMWcOSKXgOY?t=12s
Солнечный поток в космосе - 1367 Вт/м2 против 1020 Вт/м2 на Земле на экваторе в полдень в безоблачную погоду. Однако среднесуточное значение на Земле раза в три меньше, из-за смены дня и ночи ( ссылка ). Поэтому для хорошего урожая зеркало в космосе может быть намного меньшего размера чем потребовалось бы на Земле.
Почему зеркала, а не солнечные батареи?
1) Потому, что растениям нужен свет, а не электричество. Несколько странно было бы превращать свет в электричество, а потом обратно электричество в свет, чтобы освещать растения.
2) Потому, что у солнечных батарей низкий КПД. Для примера, батареи "Союза" дают 100 Вт/м2 ( ссылка ), при том, что солнечный поток - 1367 Вт/м2. То есть КПД - 7%. Да, есть батареи с более высокими КПД, но не все они могут работать в космосе, а у работающих - КПД с течением времени падает. Кроме того у лампочек тоже КПД не сто процентов, так, что так до растений будет доходить слишком мало энергии.
3) Мощный сконцентрированный поток света имеет и второе назначение - выплавка металлов и добыча других полезных веществ из лунного грунта или астероидов, или марсианского грунта, или куда там мы ещё полетим.
4) И самое главное. Если у вас где-нибудь на Марсе разобьётся лампочка, то где вы возьмёте новую? Станция должна быть самодостаточна. Отлить новые зеркала из металла добытого из марсианского грунта - вполне возможно. А вот сделать лампочку или солнечную батарею - очень вряд ли, так как это высокотехнологичные изделия. Поэтому всё, что невозможно починить прямо на станции своими руками - надо минимизировать.