DE3407698A1 - Lichtreflexionsflaeche - Google Patents

Lichtreflexionsflaeche

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DE3407698A1
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DE19843407698
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Adolf 6000 Frankfurt Betkes
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BETKES GEB BAUR URSULA
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BETKES GEB BAUR URSULA
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21SNON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S11/00Non-electric lighting devices or systems using daylight
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/79Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with spaced and opposed interacting reflective surfaces
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/08Mirrors
    • G02B5/10Mirrors with curved faces
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description

  • Patentansrüche 1. Lichtrerlexionsfläche zur künstlichen Beleuchtung von geographischen Bereichen auf der jeweiligen Nachtseite der Erde , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß im Weltraum in definierter gleichbleibender Lage zur Sonne und zur Erde eine Lichtrerlexionsfläche angeordnet und so ausgerüstet ist, daß sie Sonnenlicht zur Wachtseite der Erde umlenkt.
  • 2. Lichtreflexionsfl.äche nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Oberfläche der Lichtreflexionsrläche aus einem spiegelnden Material besteht und aus mehreren veränderbaren Teilen zusammengesetzt ist.
  • 3. Lichtreflexionsfläche nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß dem Antrieb zwei Hohlspiegel (1,2) vorgeschaltet sind, wodurch der Brenn -punkt (6) von Hohlspiegel (2) reflektiert, hinter Hohlspiegel (1) erzeugt wird.
  • 4. Lichtreflexionsfläche nach Anspruch 3, daß sie mit Solarzellenfläcben versehen ist, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß somit die Funktion der piegelformationen, wie des Antriebs mitermöglicht wird.
  • Beschreibung Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf eine Lichtreflexionsfläche.
  • Gegenstand der Erfindung ist das Energieproblem.
  • Die Sonnenenergie: die Primärenergie überhaupt, durch die die Vielfalt des Lebens auf unserer Erde erst möglich ist, die ständig im interplanetaren Raum und um unsere Erde vorhanden ist, geht seit undenkbaren Zeiten - auf der Nachtseite - ungenutzt an uns vorbei und verloren und bringt uns hiermit t' weil ja der gesamte Lebensablauf des vorangegangenen Tages bis in die Nacht hinein reicht " erst die hinlänglich bekannten Energieprobleme.
  • In der feuchtkalten Jahreszeit wird es bekanntlich in Höhe des wo/50 usw. Breitengrades der nördlichen Hemisphäre schon rrüh dunkel und alle möglichen Lichtquellen werden herangezogen und benutzt, um für den weiteren Ablauf des Tages die Dunkelheit zu erhellen. Diese Lichtquellen sind fast ausschließlich künstlicher Natur und engen mehr oder weniger unseren Gesichtskreis und somit unsere Handlungsfreiheit z.B. im gesamten Verkehrsaufkornmen - drastisch ein.
  • Das heii3t: Wenn es dunkel wird sind wir es von jeher gewohnt " soweit es der heutige Stand der Technik zuläßt " daß wir uns, mit Hilfe der künstlichen Lichtquellen, den veränderten Lichtverhältnissen - im gesamten Geschehen - anpassen müssen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, diese Energie nicht weitere tausende von Jahren ungenutzt zu lassen, sondern eine Möglichkeit zu finden, diese Energie in der Nacht auf die Erde zu bringen.
  • Erfindungsgemä3 wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mit Hilfe der heute gegebenen Technik im interplanetaren Raum in ca 60 000 kni Entfernung von der Erde eine Lichtreflexionsfläche " im bekanntlich schwerelosen Bereich " mit einem Durchmesser von ca' 200 km auf einen geostationären Standort gebracht wird, die das Sonnenlicht im optimalen Winkel aufnimmt und zur Nachtseite der Erde umlenkt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Erfindungsgemäß besteht diese Lichtreflexionsrläche in ihren einzelnen spiegelnden Teilen aus einer Metallfolie die mit einer Silberschichtaufdampfung versehen und so poliert ist damit die Eigenschaft eines Spiegels erzeugt wird. Somit von dieser spiegelnden Fläche eine konstante optimale Reflexion des Sonnenlichtes gewährleistet ist.
  • Diese spiegelnde Metallfolie ist auf einer Gitterstruktur angebracht. Diese Gitterstruktur setzt sich in ihren einzelnen Teilen 2 m und 1 m lang durch Steckverbindungen zusammen die wiederum von einem Leichtmetallrahmen zusammengehalten wird.
  • Die einzelnen Leichtmetallrahmen haben eine Seitenlänge von 20 m eine obere Breite von 10 m und eine untere Breite, da sie konisch zulaufen, nach Erfordernis. Diese Leichtmetallrahmen mit den Spiegelformationen sind parallel zueinander im Kreis angeordnet. In der Mitte der Lichtreflexionsfläche sind die einzelnen Leichtmetallrahmen mit den Spiegeln in Dreiecksform gehalten.
  • Die einzelnen Leichtmetallrahmen mit den Spiegelformationen werden in ihrer Mitte, thermisch abgesichert - hydraulisch gelagert. Ein Kugelgelenk sorgt dafür, daß sie in jede erforderlichen Lage, horizontal schräg und in ihrer Höhe verstellt werden können, um so - in ihrer Planstellung - dem optimalen Einfallswinkel des Sonnenlichts gerecht zu werden.
  • Teleskopartige ein - und ausziehbare Kolbenverbindungen unter den einzelnen Spiegelformationen haben die Aufgabe, und die Lichtrefixionsfläche in ihrem mittleren Bereich durch Einwölbung nach innen gezogen und in einem Durchmesser von do km nach außen (oben) geschoben werden kann, sodaß dadurch ein Hohlspiegel in der Größe von 80 km Durchmesser entsteht, um eine Konvergenz der Sonnenstrahlen auf der Erde erkennen und nutzen zu können, um so z.B. einer drohenden Eiszeit auf unserer Erde begegnen zu können.
  • Rund um die Lichtreflexionsfläche sind in mehreren Abständen nebeneinancter - zusammenhängend 4 m lang, 2 m breit, Solarzellenmodule angebracht, die auf vier kohärenten Flächen ungefähr 400 000 qm Solarzellenfläche ergeben. Das entslJricht einer Leistung von 400 000 Watt, wenn nach bekannter Methode er Abgreifer an einem Positiv-Negativpol ein Strompotenzial von 100 Watt pro qm erzeugt wird. Dieser so erzeugte Strom wird teilweise direkt zur Steuerung der einzelnen Spiegelformationen und deren Aufgaben herangezogen, teilweise in Ionenbatterien eingespeist.
  • Um diese Lichtreflexionsfläche exakt auf ihrem geostationären Standort über den 40/50 Breitengrad nördlicher Breite zu halten sind mehrere Rückstoßaggregate mit lonenantrieb an der Außenseite nach allen Seiten richtbar angebracht, die mit Hilfe von Radarhöhenmessern (die hinlänglich bekannt sind) eine konstante Enfernung einhalten,damit die Lichtreflexionsfläche nicht von der Gravitationskraft der Erde angezogen wird, oder ei der Revolution der Erde um die Sonne im interstellaren Raum verschwindet.
  • Der Ionenantrieb bietet sich hierfür an, da durch vorgeschaltete Hohlspiegel in ihrem Brennpunkt, für jedes einzelne 10-nentriebwerk die notwendige hohe Wärmezufuhr erzeugt werden kann.
  • Erfindungsgemäß ist jedem einzelnen ionentriebwerk an seiner Frontseite, ein schwem- und drehbarer Hohlspiegel 1 vorgeschaltet. Dieser Hohlspiegel 1 der zur Sonne berichtet steht bst einen Durchmesser von 2 m und weist in seiner Mitte eine Öffnung 5 von 18 cm breit und 40 cm lang auf, an cier sich uninittelbar die Ionisationskammer 7 anscblief3t. Diesem Hohlsljiegel 1 steht ein Kohlspiegel 2 mit einem Durchmesser von 60 cm gegenüber. Dieser Hohlspiegel 2 ist in einem Abstand, je nach Krümmung der Spiegel " damit der Brennpunkt im Hohlspiegel 2 nur zu 7/d erreicht " auf die Mitte des hohlspiegel 1 fixiert.
  • Die Sonnenstrahlen 3 werden vom Hohlspiegel 1 aufgefangen und zu Hohlspiegel 2 reflegtiert wobei eine Konvergenz 4 entsteht.
  • Diese Konvergenz 4 führt zwangsläufig zu einem Brennpunkt.
  • Durchdem daß Hohlspiegel 2 mit seiner 7/8 Entfernung zum Brennpunkt die Konvergenz 4 unterbricht, werden die konvergierten Sonnenstrahlen 3 durch die Öffnung 3 im Hohlspiegel 1 zu dem eigentlichen Brennpunkt 6 gebracht. Dieser eigentliche Brennpunkt 6 befindet sich in der Kathode für den Keeper in der Ionisationskammer 7 um die notwendige Energie - zum verdampfen des Quecksilbers oder Cäsium das hierzu benötigt wird - zu erzeugen.
  • Sin Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.
  • Jedem zweiten Ionentriebwerk das entgegengesetzt angebracht ist, ist nur ein schwenk- und drehbarer Hohlspiegel zur Sonne gerichtet vorgeschaltet, da so der Brennpunkt direkt erzeugt werden kann.
  • jedes einzelne Ionentriebwerk ist zusätzlich so auszurüsten, daß bei Bedarf, der Strom zur Energieerzeugung direkt von den Molarzellenmodulen und/oder von den Ionenbatterien abgenommen werden kann.
  • Der boutige Stand der Technik im Ionenantrieb ist zwar noch nicht optimal aber die Schubkraft bei einer Ausströmungsgeschwindigkeit aus einem Ionentriebwerk heutiger Bauart von 30 km/s = Schubkraft 10 mN lnultibliziert mit der Anzahl der Ionentriebwerke, dürfte ausreichen da keine allzugroße Schubkraft im Weltraum ohne Luftwiderstand notwendig ist. Im übrigen wird. der Dau dieser Lichtreflexionsfläche Jahre in Anspruch nehmen sodaß dann, die bis dahin verbesserte Technik diese Aufgabe voll und ganz übernehmen kann.
  • Damit die Lichtreflexionsfläche aufgabengemäß das Sonnenlicht bei Nacht im optimalen Winkel auf die Nachtseite der Erde strahlt, sind zwei Computer thermisch abgesichert im Innern untergebraucht, die unabhägig voneinander geschaltet den Winkel der einzelnen Spiegelformationen mit Hilfe von Sensoren so berechnen, daß eine optimale Stellung zur Rotation der Erde gegeben ist. Die zwei v-oneinander unabhängig geschalteten Cornputer sind insofern erforderlich, sodaß bei einem Ausfall eines Computers durch Meteoriteneinschlag oder sonstiger Ursachen eine Steuerung möglich ist und alle Aufgaben erfüllt werden können. Ein aritter Computer gespeichert mit sämtlichen erforderlichen Daten steht auf der Erde bereit, um daß zu jedem Zeitpunkt per Funk übergeordnet manuell eingegriffen werden kann.
  • Diese Lichterflexionsfläche ist in Höhe des 40/50 Breitengrades nordlicner breite (da der größte Teil der hochindustrieaalsierten Stasten hier zu finden ist) so auf ihrem geostationären Standort zu plazieren, daß sie vom betrachter aus gesehen" unter Berücksichtigung der Erdrotation" jeden Tag kontinuierlich um 12 Uhr mittags Ortszeit im Osten aufgebt und so 12 Stunden bis zu ihrem Untergang im Westen um 24 Ortszeit ihre Aufgabe erfüllt. Die beleuchtung der Erde wird dann ab dem Untergang der Sonne, vom 20 Breitengrad nördlichster breite bis zum 70 Breitengrad nördlichster Breite f'ür die jeweilige Erdumdrehung voll und ganz von der Lichtreflexionsfläche übernommen. So kann ein Gebiet von ca fünftausend km Durchmesser, auf aer Nachtseite rund um die Erde mit reflektierteni Sonnenlicht erhellt werden.
  • Es wäre zu prüfen, wo die optimale nöhe zum Winkel der Sonne im Nachtschatten der Erde zu suchen ist ' was durch den Ionenantrieb zur Standortveränderung gewährleistet ist " dementprechend könnte sich die Aufganszeit, vom Betrachter aus gesehen, um ein oder zwei Stunden verschieben.Durch eine frogrammänderung der Koordinaten und kippen der Lichtreflexionsfläche um 24 Uhr in Westrichtung, ist so, eine Nachtruhe gewhrleistet, wenn nicht von staatlicher Seite eine längere Nutzung erwannt wird.
  • @@@ nähern uns dem Ende dieses Jahrtausends und der Trend geht zugunftsweisend in den Weltraum. Noch in diesem Jahrzehnt, wollen die Vereinigten Staaten von Amerika eine bemannte Raumstation bauen. Dieser Raumstation könnte eine zusätzliche Aufgabe zugeführt werden, da von ihr aus auf relativ kürzerem Weg die Lichtreflexionsfläche erreicht werden kann. So könnte eine, wenn auch seltene Kontrolle und Versorgung durchgeführt werden, was so den Nutzen beider Projekte hervorheben würde.
  • Der objektive Nutzen für die bevölkerung der Erde ist hier nur unzulänglich zu beschreiben, doch einige Vorteile sollten hier genannt werden.
  • 5oder Tag: hat kontinuierlich die gleiche Länge, dadurch findet der gesamte Tagesablauf übergangslos im natürlichen Licht seinen Formlauf bis 24 Uhr - oder länger, je nach staatlicher Reglementierung, das wird die Praxis zeigen.
  • Bei unseren Nahrungs - und Nutzpflanzen, kann ein schnellerer Reifeprozess zwei Ernten in unseren Breiten hervorbringen.
  • Sämtliche Arbeiten, wie Produktionen Verrichtungen und Dienstleistungen können im natürlichen Licht ausgeführt werden.
  • Der Straf3enindividualverkehr wird bis 24 Uhr - oder länger -in hellen natürlichen Licht erfolgen, das gleiche gilt für anderes Verkehrs aufkommen.
  • Kebel, der sich häufig am Abend bildet und für viel Negatives verantwortlich ist, wird nicht so dicht, oder entsteht erst gar nicht.
  • Die Freizeit kann unter aieser Bedingung objektiv genutzt werden.
  • Die Solarenergienutzung wäre soweit der Himmel wolkenlos ist auf der Erde verbessert.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1199017B (de) * 1962-06-22 1965-08-19 Boelkow Gmbh Spiegel fuer den Gebrauch im Weltraum
DE1905594A1 (de) * 1969-02-05 1970-08-20 Johannes Gluesing Hohlspiegel zum Auffangen der Sonnenenergie
DE2506905A1 (de) * 1975-02-19 1976-08-26 Doering Geb Thurnhofer Karolin Parabolspiegelanordnung zur konzentration des sonnenlichts fuer die energiegewinnung
DE3127222A1 (de) * 1981-07-10 1983-02-03 Bomin-Solar GmbH & Co KG, 7850 Lörrach Extrem leichter, grossflaechiger sammelspiegel mit elektrischen, magnetischen oder durch lichtdruck verformten elastischen spiegeln.

Patent Citations (4)

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