הידען - Hayadan

כיצד מצליחה החללית ג'ונו לקלוט אנרגיה סולארית ממרחק של כ-600 מיליוני ק"מ מהשמש

דר. משה נחמני ·

Summary: כמעט עשרים אלף התאים המותקנים על גבי החללית מסודרים בשלושה מערכים בגודל הקרוב לזה של משאית גרר גדולה הנושא עליה טרקטור. במסלול מסביב לכדור הארץ הלוחות הסולאריים מייצרים 14 קילוואט של חשמל, אולם, כאשר החללית נכנסה למסלולה מסביב לצדק, הלוחות יצליחו לייצר כמות זעומה של 400 וואט בלבד [תרגום מאת ד"ר נחמני משה] החללית ג'ונו, ששוגרה בתחילת שנת 2011, מצוידת במערך סולארי מרשים שמצליח לספק לה את האנרגיה הנדרשת לה…

כמעט עשרים אלף התאים המותקנים על גבי החללית מסודרים בשלושה מערכים בגודל הקרוב לזה של משאית גרר גדולה הנושא עליה טרקטור. במסלול מסביב לכדור הארץ הלוחות הסולאריים מייצרים 14 קילוואט של חשמל, אולם, כאשר החללית נכנסה למסלולה מסביב לצדק, הלוחות יצליחו לייצר כמות זעומה של 400 וואט בלבד

[תרגום מאת ד"ר נחמני משה]

החללית ג'ונו, ששוגרה בתחילת שנת 2011, מצוידת במערך סולארי מרשים שמצליח לספק לה את האנרגיה הנדרשת לה לטובת מסע של חמש שנים לתוך מרחבי החלל, אפילו עכשיו, כאשר היא מתחילה את תקופת השהייה שלה בת 18 החודשים מסביב לכוכב הלכת הגדול ביותר במערכת השמש, צדק. סוכנות החלל האמריקאית (NASA) בחרה לספק אנרגיה לחללית מתוך מערכת פוטווולטאית בשל מחסור ביסוד הרדיואקטיבי פלוטוניום תוך שילוב של תאים סולאריים יעילים מאוד ומערך לוחות בעל מבנה מיוחד.

כמעט עשרים אלף התאים המותקנים על גבי החללית מסודרים בשלושה מערכים בגודל הקרוב לזה של משאית גרר גדולה הנושא עליה טרקטור. במסלול מסביב לכדור הארץ הלוחות הסולאריים מייצרים 14 קילוואט של חשמל, אולם, כאשר החללית נכנסה למסלולה מסביב לצדק, הלוחות יצליחו לייצר כמות זעומה של 400 וואט בלבד. למרבה הצער, המכשור המדעי והמחשב של החללית הם מערכות הצורכות אנרגיה רבה.

בתמונה מופיעים הלוחות הסולאריים של ג'ונו בזמן שהחללית מתקרבת לצדק. לג'ונו יש מערך הלוחות הסולאריים הגדול ביותר שנאס"א הפעילה אי-פעם, בהשוואה לכל משימה אחרת, למעט תחנת החלל הבינלאומית. החללית כוללת שלושה מערכים של לוחות סולאריים באורך של תשעה מטרים, המצוידים ב-18,698 תאים סולאריים פרטניים. (תמונה באדיבות NASA/JPL-Caltech).

המרחק הגדול מהשמש מאפשר קבלת עוצמה דלה ביותר של אנרגיה סולארית השווה לשיעור של 4.1-3.4% בלבד מהכמות שמגיעה לכדור הארץ. ולהוסיף קשיים על בעיות מבחינת הספקת אנרגיה לחללית ג'ונו, קרני השמש פועלות בסביבה של טמפרטורות נמוכות במיוחד. להלן מופיע חישוב בעזרת חוק סטפן-בולצמן (חוק פיזיקלי הקובע כי שטף הקרינה הנפלט מגוף שחור הוא פרופורציוני לחזקה הרביעית של הטמפרטורה שלו. לחוק חשיבות רבה באסטרופיזיקה, כיוון שהוא עוזר לקבוע את הגודל המוחלט של כוכב בהינתן הטמפרטורה שלו, שאותה ניתן למצוא בעזרת חוק וין) המאפשר חישוב כמות הקרינה הסולארית המומרת לחום. ניתן לחשב את טמפרטורת שיווי-המשקל של משטח שטוח בעזרת משוואת סטפן-בולצמן:

כאשר α הוא מקדם הבליעה הסולארי; I הוא עוצמת הקרינה; e הוא מקדם הפליטה התרמי הקדמי והאחורי (תחת הנחה של פליטה משני הצדדים); וסיגמא הוא קבוע סטפן-בולצמן השווה ל5.67 x 10-8 W/m2K4. עוצמת הקרינה דועכת בריבוע המרחק מהשמש.