Curacao

Curacao.nu is de toonaangevende aanbieder van Nederlands kwaliteitsnieuws in het Nederlands voor alle doelgroepen.

Ingenieurs ontwerpen een micro-elektrisch rooster voor een maanbasis

Zeventig jaar, gevestigd in Albuquerque Sandia Nationale Laboratoria Het ontwikkelt kleine elektriciteitsnetwerken die de weerbaarheid van de samenleving vergroten en zorgen voor energiezekerheid. Toepassingen omvatten: Breng slimme energie-infrastructuur onder de aandacht voor energiebetrouwbaarheid en -beveiliging (SPIDER), ontworpen ter ondersteuning van overzeese militaire bases, autonome energiesystemen voor ziekenhuizen en gebieden waar elektriciteitsnetten worden bedreigd door natuurrampen (zoals orkanen, overstromingen en aardbevingen).

in de komende jaren, Artemis-programmaNASA zal voor het eerst sinds het Apollo-tijdperk astronauten naar de maan sturen en een “duurzaam programma voor maanverkenning” opzetten. Om ervoor te zorgen dat astronauten de kracht hebben om hun leefgebied in stand te houden en operaties aan de oppervlakte te ondersteunen, heeft NASA samengewerkt met Sandia om te ontwikkelen kleine netwerken voor de maan! Deze technologie kan ook toekomstige inspanningen ondersteunen, zoals mijnbouw, brandstofverwerking en andere activiteiten op de maan.

Een van de hoofddoelen van het Artemis-programma is het creëren van de maaninfrastructuur die langdurige operaties aan het oppervlak en eventuele missies naar Mars mogelijk maakt. Om ervoor te zorgen dat roterende bemanningen wetenschappelijke experimenten op het oppervlak kunnen onderzoeken en uitvoeren, zal NASA een Maan Poort (tegen 2024) en Artemis basiskamp voordat dit contract afloopt. Dit concept zal een technische demonstratie zijn die de ontwerpelementen en systemen voor de uiteindelijke Mars-habitat valideert, waardoor korte verblijven mogelijk worden met het uiteindelijke doel om maximaal twee maanden te overleven.

Illustratie van de kracht- en stuwkrachtcomponent van de poort, behuizing en logistieke positie in een baan om de maan. Credits: NASA

Het Base Camp-concept bestaat uit een wooneenheid die plaats biedt aan maximaal vier astronauten en een mijnbouw- en verwerkingsfaciliteit die lokale hulpbronnen (maanregoliet en waterijs) gebruikt om raketbrandstof, water, zuurstofgas en bouwmaterialen te ontwerpen – een proces bekend als Gebruik van bronnen op de site (ISRU). Dit zal de duur en omvang van oppervlakteverkenning verlengen en tegelijkertijd de afhankelijkheid van grondbevoorradingsmissies verminderen. Deze faciliteit en zijn kleine netwerk zullen buiten het basiskamp zijn om verstoring van andere wetenschappelijke en technologische activiteiten te voorkomen.

READ  De jeugdvaccinatiecampagne in Nunavut is goed van start gegaan

Maar om flexibiliteit en duurzaamheid te garanderen, worden de elektrische netwerken van beide units aangesloten tijdens noodsituaties. Terwijl NASA de regelmodule voor het elektrische systeem van de behuizingsmodule ontwerpt, die sterk zal lijken op het gelijkstroomsysteem (DC) van het International Space Station (ISS), ontwikkelen Sandia-ingenieurs het systeem dat de twee microgrids en de stroomstudie met elkaar verbindt. stroom en proces daartussenin. Zei Jack Flickr Electrical Engineer Sandia bij: Persbericht Sandia Lab:

“Er zijn enkele zeer belangrijke verschillen tussen zoiets als een klein ISS-type netwerk en iets dat de spanwijdte van een maanbasis heeft. Een van die verschillen is de geografische grootte, wat een probleem kan zijn, vooral bij gebruik bij lage gelijkspanningen.

“Een andere is dat wanneer je deze systemen begint uit te breiden, er veel vermogenselektronica zal zijn, evenals veel gedistribueerde stroombronnen die over de hele basis zullen zijn. Sandia heeft gekeken naar kleine netwerken met veel gedistribueerde stroombronnen voor een lange tijd.”

Microgrids maken deel uit van een groter technologisch gebied dat gedistribueerde energiebronnen omvat (kleinere elektriciteitsbronnen zoals zonnepanelen en windturbines) en vermogenselektronica – apparaten die elektrische systemen binnen de specificaties houden (zoals transformatoren). Sinds 2021 ontwerpen elektrotechnisch ingenieur Lee Rashkin en regelingenieur Dave Wilson software om de elektrische systeembesturingseenheid voor het microgrid-microgrid van het mijnbouw- en verwerkingscentrum te organiseren.

Artemis basiskamp. tegoed: NASA

Deze controller moet gedurende verschillende tijdsperioden een gelijke spanning behouden, variërend van milliseconden en minuten tot volledige maannachten (28 dagen). In veel opzichten is deze controller vergelijkbaar met het cruise control-systeem van een auto, omdat hij een gelijk niveau van inspanning op de grid handhaaft te midden van veranderende externe situaties, zei Dave:

“Ons doel is om met een maanenergiebeheersysteem te komen dat op al die tijdschalen efficiënt een niveausysteem kan handhaven. We hebben een specialist Schaalbare veilige microgrid [SSM] Faciliteit ontwerpmethodologie en controlesysteem dat het analyseert. De faciliteit bevat ook gespecialiseerde simulatoren voor energieopslag die ons kunnen helpen bij het bepalen van de specificaties voor de hoeveelheid energieopslag in de basisbehoeften en -vereisten.”

De SSM Test Site is een unieke onderzoeksfaciliteit van Sandia met een vereenvoudigde en geschaalde versie van het DC Lunar MicroNetwork. De test bestaat uit drie onderling verbonden microgrids met speciaal ontworpen elektronica die verschillende systemen en apparaten voor energieproductie kunnen simuleren (bijv. dieselgeneratoren, fotovoltaïsche arrays, energieopslagsimulatoren, transducers). Elke simulator kan worden bestuurd door een computer en kleine netwerken kunnen worden geconfigureerd om verschillende scenario’s te testen.

READ  Zo zag de maansverduistering eruit vanuit de ruimte

Dit platform biedt een uitstekende manier om experimenten uit te voeren met licht gewijzigde besturingssoftware om te vergelijken hoe het systeem reageert. Het team zal SSM gebruiken om hun besturingssysteem te verfijnen en vragen te bestuderen over stroomsysteemcontrollers, inclusief interacties tussen gedistribueerde energiebronnen, energieopslag en vermogenselektronica. Zei Wilson:

“Het doel hier is top-down engineering: we proberen eerst het besturingsontwerp te definiëren, komen met specificaties voor energieopslag, en dan kan NASA die specificaties gebruiken om vluchtklare componenten te krijgen die aan die specificaties voldoen,” zei Dave. ; Ze brengen je een batterij en zeggen: “Laat het werken”, wat de prestaties van het micronetwerk kan verminderen. “

Een artistieke illustratie van een nieuw ruimtepak dat door NASA wordt ontworpen voor Artemis-astronauten. Het heet xEMU, of expeditionaire extravehicular mobility unit. tegoed: NASA

Een tweede aandachtspunt voor Sandia-onderzoekers is het ontwikkelen van het systeem dat de mijnbouwfaciliteit en de microgrids van de wooneenheid met elkaar verbindt om veerkracht in noodsituaties te garanderen. Een manier om dit te doen is door een systeem te ontwikkelen dat energie flexibel kan omleiden naar waar je het nodig hebt. Een andere is om het systeem op te schalen, zodat er voldoende vermogen is als veel onderdelen uitvallen. Jack zei:

“Meestal hebben we een combinatie van deze twee, waar het vrij groot is, maar je bent ook in staat om energie flexibel te sturen zoals je het nodig hebt binnen een micronetwerk of tussen onafhankelijke maar coöperatieve micronetwerken zoals wat we op de maan onderzoeken. In een noodsituatie zoals een storing in het energieopslagsysteem tijdens een zonsverduistering. We willen de stroomvoorziening van de mijnbouwfaciliteit naar het basiskamp kunnen verplaatsen om de astronauten te beschermen.”

Bijkomende overwegingen zijn onder meer het effect van de afstand tussen kleine netwerken op de efficiëntie en stabiliteit van beide. Het team bestudeert ook de optimale spanning waarbij de verbinding zou moeten werken en of NASA zich moet houden aan het gelijkstroomsysteem of iets moet ontwikkelen dat wisselstroom (AC) gebruikt voor de mijnwerker, en vervolgens de gelijkstroom schakelt zodra deze de behuizing bereikt. Om deze vragen te onderzoeken en noodscenario’s te onderzoeken, maakt het Sandia-team gebruik van twee onderzoeksfaciliteiten.

READ  Vreemde maankraters kunnen temperaturen hebben die comfortabel genoeg zijn om in te leven

De eerste is Sandia Gedistribueerd energietechnologielab (DETL), een multifunctionele onderzoeksfaciliteit die is ontworpen om nieuwe energietechnologieën te integreren met nieuwe en bestaande elektrische infrastructuur. Dit lab is uitgerust met instrumenten om Apparaten in de aflevering Experimenten, waarbij apparaten worden blootgesteld aan verschillende gesimuleerde scenario’s, waaronder catastrofale uitval en weersomstandigheden. Deze experimenten zijn een cruciale stap tussen laboratoriumsimulatie en daadwerkelijke veldtesten, zei ingenieur Rachid Derbali Zamora.

“Door stroomapparaten op te zetten in een gelijkstroomlus die we in het laboratorium bouwen, kunnen we transducers en elektrische lijnimpedantie tussen maaninstallaties testen, en we kunnen ook daadwerkelijke stroomopwekkings- en opslagapparaten testen. In wezen kunnen we het gebruiken om een verschillende situaties, zodat we een systeem kunnen ontwerpen. Het is zelfvoorzienend en kan blijven werken, zelfs als het zonnepaneel uitvalt.”

Illustratie van Artemis-astronauten op de maan. Credits: NASA

Het team zal ook een bestand gebruiken Emera DC microgrid op Kirtland Air Force Base om te leren hoe hun stroomsysteem en stroomverdeling werken in noodscenario’s met laag vermogen. Bovendien zullen de teams nauw samenwerken en toolboxen van NASA en het SSM Testbed gebruiken in hun communicatiesimulatie – uiteindelijk van plan om de dev-console ook in deze simulatie te testen. Zoals Rashid opmerkte, zal dit onderzoek ook hier op aarde worden toegepast.

“Hoewel dit werk specifiek is voor een klein netwerk op de maan, is het onderzoek ook zeer relevant voor het creëren van veerkracht voor gemeenschappen op aarde”, zei hij. “Ik kom oorspronkelijk uit een klein stadje in Puerto Rico. Ik hoop dat enkele van de lessen die uit dit project zijn voortgekomen op het gebied van veerkracht lessen zijn die ik thuis kan toepassen.”

Dit project wordt gefinancierd door Elektriciteitsbureau van het Ministerie van Energie Als onderdeel van een samenwerking tussen het ministerie van Energie en NASA om de systemen te ontwikkelen die nodig zijn voor toekomstige maanmissies.

Diepgaande lezing: Sandia Lab

Sophia Curtis

"Reizende ninja. Onruststoker. Spekonderzoeker. Expert in extreme alcohol. Verdediger van zombies."

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.

Back to top