DD202476A5 - EXTREMELY LIGHTWEIGHT, LARGE-LANDED COLLAR MIRROR WITH ELASTIC, MAGNETIC OR LIGHT-PRINTED ELASTIC MIRRORS - Google Patents
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Abstract
Grossflaechige Paraboloidspiegel zur Konzentration von Sonnenlicht oder zur Abbildung schwacher astronomischer Lichtquellen durch die elastische Verformung vorgespannter, verspiegelter, duenner Membrane, bei denen die laengs ihres geschlossenen Umfanges starr eingespannten Membrane entweder durch elektrische, magnetische o. Lichtdruckwirkung in der geeigneten Weise verformt werden. Dabei koennen fuer Spiegel mit relativ kleinen Brennweiten die Verformungskraefte durch elektrische bzw. magnetische Felder mit konstanter oder ausreichend hoher Frequenz erzeugt werden, fuer groessere Brennweiten - ohne die Moeglichkeit der Feinkorrektur von Paraboloidabweichungen - durch aufteffende Lichtphotonen.Large-area paraboloidal mirror for concentrating sunlight or for imaging weak astronomical light sources by the elastic deformation of prestressed, mirrored, thin membranes, in which the longitudinally rigidly clamped membranes of their closed circumference are deformed either by electric, magnetic or light pressure action in the appropriate manner. In this case, for mirrors with relatively small focal lengths, the deformation forces can be generated by electric or magnetic fields with constant or sufficiently high frequency, for larger focal lengths - without the possibility of fine correction of Paraboloidabweichungen - by aufteffende light photons.
Description
Extrem leichter, großflächiger Sammelspiegel mit elektrischen, magnetischen oder durch Lichtdruck verformten elastischen SpiegelnExtremely light, large collecting mirror with electric, magnetic or light pressure deformed elastic mirrors
Die Erfindung betrifft einen extrem leichten, großflächigen Sammelspiegel mit elektrisch, magnetisch oder durch Licht-· druck verformbaren elastischen Spiegeln zur Gewinnung von Solarenergie auf der Erde und im Weltraum sowie für Abbildungsoptiken in schwerelosen Raumstationen,.The invention relates to an extremely lightweight, large-scale collecting mirror with elastic, magnetic or by light · deformable elastic mirrors for the production of solar energy on the earth and in space and for imaging optics in weightless space stations.
Da die elektromagnetischen Lichtwellen exponentiell abklingend in metallische Spiegelschichten eindringen, genügt eine Aluminiumschicht vonSince the electromagnetic light waves penetrate exponentially decaying into metallic mirror layers, an aluminum layer of
Δ a 1O'S m Δ a 1 O ' S m
Dicke, um mehr als 90 % des. einfallenden, sichtbaren Lichtes au reflektieren.Thickness to reflect more than 90 % of the incident, visible light au.
Das erlaubt den Bau von materialsparenden Spiegeloptiken für Solarenergiegewinnung auf der Srd.e und im Weltraum sowie astronomische Abbildungsoptiken in schwerelosen Raumstationen, Die erforderliche formgebung erfolgt bisher nach von uns entwickelten Technologien durch Ausbildung einer Gleichgewichtsfläche elastischer spiegelnder Folie vernachlässigbarer Biegesteifigkeit. Diese Folie ist an einem kreisför-This allows the construction of material-saving mirror optics for solar energy production on the Srd.e and in space as well as astronomical imaging optics in weightless space stations. The required shaping has hitherto been based on technologies developed by us by forming an equilibrium surface of elastic reflecting film of negligible bending stiffness. This foil is attached to a circular
241508 0241508 0
-2- 4.11.1092-2- 4.11.1092
.61 083/17.61 083/17
migen starren Ring eingespannt and schließt einen flachen scheibenförmigen Raum -ab, der unter Unterdruck steht.clamped rigid ring and closes a flat disc-shaped space -ab, which is under negative pressure.
Unter dem Einfloß der Tangentialspannung $~^S der Membran stellt sich eine Gleichgewichtaförm der Spiegelfolien, die durch die DifferentialgleichungUnder the flowed the tangential $ ~ ^ S of the membrane provides a Gleichgewichtaförm the mirror films by the differential equation
1- + JL = E- 21- + JL = E- 2
beschrieben ist» Dabei bedeutet 1/^1 + 1/β> ^ie Gaußsche Krümmung und ρ den Normaldruck auf die Membran. Die Mathematischen Beziehungen aind. in Pig» 1 perspektivisch dargestellt."1 / ^ 1 + 1 / β> i e Gaussian curvature and ρ is the normal pressure on the membrane. The mathematical relations are aind. in Pig »1 shown in perspective.
Ziel der Erfindung ist es, den relativ hohen Aufwand für die Erzeugung des Unterdrucks zu vermeiden»The aim of the invention is to avoid the relatively high cost of generating the negative pressure »
Aufgabe der Erfindung ist es, einen an die Schwerelosigkeit im Weltraum' angepaßten großflächigen Sammelspiegel zu schaffen, der eine gute Konzentration großer Strahlungsleistungen ermöglicht·The object of the invention is to provide a weightlessness in space 'adapted large-scale collecting mirror, which allows a good concentration of large radiation power ·
Dies wird erfindungsgemäß durch einen großflächigen Spiegel zur Konzentration des Sonnenlichtes oder zur Abbildung schwacher astronomischer Lichtquelle erreicht, der aus einer vorgespannten Polie besteht, die durch die MaxwellschenThis is inventively achieved by a large-scale mirror for the concentration of sunlight or for imaging weak astronomical light source, which consists of a biased Polie by the Maxwell's
-3- 4.11*1092-3- 4.11 * 1092
61 083/1761 083/17
Zugkräfte Cc £ . elektrischer Felder die gewünschteTensile forces Cc £. electric fields the desired
2 - optische Form annimmt» 2 - optical form adopts »
Der abbildende oder konzentrierende Spiegel kann durch die Maxwelüaihen Zagkräfte A-oH magnetische Felder dieThe imaged or concentrating mirror can through the Maxwelüaihen Zagkräfte A-oH magnetic fields the
gewünschte optische Form annehmen oder durch die elektro-desired optical form or by the electro-
2 S2 p
magnetischen Lichtdruckkräfte ~—·magnetic light pressure forces ~ - ·
Die elektrischen bzw· magnetischen Felder können entweder konstant sein oder mit ausreichend hoher Frequenz oszillieren,The electric or magnetic fields can either be constant or oscillate at a sufficiently high frequency,
Die Spiegelfläche kann vorteilhaft durch mechanische Formgebung der rückseitigen Elektrodenfläche und ihrer elektrischen Potentialverteilung nachjustiert werden»The mirror surface can advantageously be readjusted by mechanical shaping of the rear-side electrode surface and its electrical potential distribution »
Es kann auch zweckmäßig sein, daß die Spiegelfläche durch mechanische Formgebung der rückseitigen Polfläche und ihrer magnetischen Potentialverteilung nachtustiert werden kann»It may also be expedient that the mirror surface can be toned by mechanical shaping of the back pole surface and its magnetic potential distribution »
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden» In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to embodiments »In the accompanying drawings show:
Fig. 1: die perspektivische Darstellung der mathematischen Beziehungen einer bekannten Lösung;Fig. 1: the perspective view of the mathematical relationships of a known solution;
Fig. 2: eine Ausführungsform eines elektrisch verformbaren Spiegels;2 shows an embodiment of an electrically deformable mirror;
241508 0 -4- 4.11.1932241508 0 -4- 4.11.1932
61 083/1761 083/17
I1Xg. 3: eine Auafülirungsform eines magnetisch verformbaren Spiegels;I 1 Xg. FIG. 3: an external form of a magnetically deformable mirror; FIG.
Xg. 4: eine Aas führ ungs form eines durch Lichtdruck verformbaren Spiegels.Xg. 4: A carrion shape of a light-deformable mirror.
Erfindungsgemäß soll nach !ig. 2 der lorinaldruck ρ durch die Maxwellsche ZugspannungAccording to the invention, according to. 2 the lorinal pressure ρ by the Maxwellian tensile stress
2 (4)2 (4)
eines elektrischen Feldes erzeugt werden, das sich zwischen der leitenden Spiegelmembran (1) und einer dazu geeignetens geformten Gegenelektrode (2), "die an die Hochspannungsqueile (3) angeschlossen ist, ausbildet«generated an electric field between the conductive mirror diaphragm (1) and suitable for this purpose s-shaped counter electrode (2), "which is connected to the Hochspannungsqueile (3), forms"
Für eine typische Feldstärke B = 1Cr Y/mm undFor a typical field strength B = 1Cr Y / mm and
£o = 8,859« 1CT12 4§ errechnet sich ρ - . = 443£ o = 8,859 «1CT 12 4§ is calculated ρ -. = 443
vm ö-LSK.«vm ö-LSK. "
Durch Ausbildung der Gegenelektrode (2) in viele Einzelelektroden mit beliebig steuerbarer Potentialverteilung . läßt sich erfindungsgemäß die Feldstärke E auf der Spiegelelektrode zwecks Feinjustierung in gewünschter Weise verteilen. Die Spannungsquelle kann dabei eine hohe Gleichoder Wechselspannung ausreichend hoher Frequenz darstellen.By forming the counter electrode (2) into many individual electrodes with arbitrarily controllable potential distribution. can be inventively distribute the field strength E on the mirror electrode for the purpose of fine adjustment in the desired manner. The voltage source can represent a high DC or AC voltage sufficiently high frequency.
Analog zur elektrischen Druckkraftverteilung läßt sich erfindungsgemäß nach Fig. 3 auch die Maxwellsehe Zugspannung in Feldrichtung der magnetischen InduktionAnalogous to the electrical pressure force distribution can be according to the invention according to FIG. 3, the Maxwellsehe tensile stress in the field direction of the magnetic induction
241508 0 "5- 4-11-241508 0 " 5 - 4-11-
δΐ 083/17δΐ 083/17
= - H2 = 1 atü bei B = 0,5 Desla Verformung magnetischer Spiegelmembrane benützen.= - H 2 = 1 atm at B = 0.5 Desla Use deformation of magnetic mirror membrane.
Beispielsweise stellt (5) die Spiegelmembran und (6) den · mechanisch justierbaren Gegenpol dar, die beide magnetisch leitend sind· Das zwischen (5) und (6) aich ausbildende Gleichfeld wird durch den permanent'magnetischen Ring (7) erzeugt·For example, (5) represents the mirror membrane and (6) the mechanically adjustable counter pole, both of which are magnetically conductive. The constant field forming between (5) and (6) is generated by the permanent magnetic ring (7).
Wegen der erwähnten geringen Spiegeldicke S und somit geringen Massenbelegung kann erfindungsgemäß auch der elektro magnetische Sonnenlichtdruck nach Pig... 4 zum Formen großer Solarkonzentratorspiegel genutzt werden»Because of the mentioned low mirror thickness S and thus low mass occupancy can be used according to the invention, the electro-magnetic sunlight pressure to Pig ... 4 for molding large solar concentrator mirror »
Da das unter dem Winkel cc von einem Spiegel reflektierte Licht den DruckBecause the light reflected by a mirror at angle cc is the pressure
^ ausübt,^ exercises
mit einem Lichtfluß von S = 1,36 kW/m für den erdnahenwith a luminous flux of S = 1.36 kW / m for the near-Earth
Weltraum und der Lichtgeschwindigkeit c = 3·10 m/sec ist ρ = 9,4 1O~6 I/m2 ,Space and the speed of light c = 3 · 10 m / sec is ρ = 9.4 10 ~ 6 I / m 2 ,
Wegen der Schwerelosigkeit antriebsloser Raumstationen können auf diese Weise großflächige Sammelspiegel zum. Konzentrieren von großen Strahlungsleistungen über ebenfalls massearme steife Randringe (8) aufgespannt werden»Because of the weightlessness of unpowered space stations can in this way large collecting mirror for. Concentration of large radiation powers over also low-mass stiff edge rings (8) are stretched »
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