宇宙空間（真空）へ、放熱板による放熱はできますか。

質問

真空中では熱は伝わらない、という性質があるようですが。

http://www.ard.jaxa.jp/research/hmission/hmi-lssps.html
【宇宙太陽光発電】
　一次集光鏡／二次集光鏡

＞マイクロ波SSPSは、静止軌道上の太陽電池で発電した電力をマイクロ波に変換して地上に伝送します。
地上では、受けたマイクロ波を電力に再度変換して利用します。
地上の受電設備を直径2～3kmの規模とすることで100万kW程度（原子力発電所1基分相当）の発電を行うことができます。

＞レーザーSSPSでは100～1000倍という高倍率に集光した太陽光をレーザー発振ユニットのレーザー媒質に導く必要があります。
そのために、常に太陽光を指向した一次集光鏡と、さらに集光度を上げるための二次集光鏡を用いることが検討されています。
1つのユニットのレーザー出力を1万kWとすると、一次集光鏡の大きさは1枚あたり100m×100m程度となります。

●宇宙空間（真空）へ放熱板による放熱はできるのでしょうか。

●この衛星内の集光装置（原子力発電所1基分相当の発電を担う。）が超高温（になると思うのですが）になって、衛星本体は大丈夫なのでしょうか。
　（航空機内のバッテリーの異常高温が、今、問題になっていますが。）

回答No.5

kimamaoyaji

放熱は可能です、熱対流が無いのでヒートシンクは無意味です、平板で日陰であれば可能ですが対流がないので放熱効率は悪いです。
集光装置より1万Kwものレーザーをどうやって受けるのでしょう？？ルビーやダイヤモンドで拡散鏡を作っても溶けてしまう可能性もあります。
また雲や水蒸気がある場合拡散して（雲は塵と水蒸気で形成される訳でレーザーが当たれば発熱し急激な上昇気流が発生し巨大な積乱雲を形成する可能性が高い、巨大な積乱雲と言えば竜巻の現況です）、周囲にレーザービームを撒き散らす可能性もありますし、電離層への影響も考えられていないように思えますが。
http://wpedia.goo.ne.jp/wiki/%E9%9B%BB%E9%9B%A2%E5%B1%A4

お礼

地に足が着いていない（宇宙空間を仕事場にする）人たちの発想は、確かな実績もある筈なのに、どうも理解できないところがあります。

いくら頑丈な鏡（薄く広大なという。）であっても、超高速で衝突してくる、益々増加する一方の大小様々なデブリを避けられない以上、一瞬で破壊されるだろうと想定するのです。
打ち上げること自体無理だと思うのですが、経年劣化という問題もあります。
もし故障で超高温になった場合、衛星に辿り着き修理など不可能でしょう。

ご回答有り難うございました。

補足

いくつもの、重要問題。

１　放熱効率は悪い　　（したがって、衛星本体の温度は上昇し続ける。）
２　集光装置より１万Kwものレーザーをどうやって受けるのでしょう？？
３　ルビーやダイヤモンドで拡散鏡を作っても溶けてしまう可能性もあります。
４　また雲や水蒸気がある場合拡散して、周囲にレーザービームを撒き散らす可能性もありますし、
５　（雲は塵と水蒸気で形成される訳でレーザーが当たれば発熱し急激な上昇気流が発生し巨大な積乱雲を形成する可能性が高い、巨大な積乱雲と言えば竜巻の現況です）
６　電離層への影響も考えられていないように思えますが。

これらについての検討が殆どなされていないように、素人考えですが、同様に思えるのです。

　しかも、宇宙空間での巨大な反射鏡など、いつ、どの方向から出現するかも知れない、微小であっても超高速で衝突してくる数知れないスペースデブリによって、一瞬で破壊されてしまうのではないか、と思うのです。

ご回答を有り難うございます。

回答No.4

shibamint

もう答えは出ていますが真空空間では放射冷却を利用します。

でも、何となく分かりにくいですよね。
今の季節、ストーブで『遠赤外線で温ったか』って言われますが理解できますよね。
温かい物体から赤外線が放射されるわけです。
それの、冷たい版です。
次に一体どこに冷たいものがあるかです。
これは放熱側を深宇宙に向けるのです。絶対零度近く有ります。

地球上では真空は模擬できますが、無重力は継続して模擬できないので
熱伝導にはそれなりの工夫が必要です。

お礼

ご回答有り難うございました。

補足

http://www.ard.jaxa.jp/research/hmission/hmi-mssps.html
マイクロ波による太陽エネルギー利用技術

＞真空空間では放射冷却を利用します。

太陽電池パネルの位置をレーザーによる場合（地上側）とマイクロ波の場合（衛星側）で違うという点についてはっきり意識出来ていませんでした。
衛星の構造自体、よく分らないのですが。

どちらにしても、二段階の反射鏡によって焦点に集光される太陽光エネルギー、太陽熱エネルギーは衛星本体（外側と内部）や太陽電池パネルをどの位、超高温状態にさせるのでしょうか。
放熱板による放射冷却は、集光システムと伝送システムの間での問題ですよね。

回答No.3

foobar

放送衛星などに搭載の電子機器から出る熱は放射により宇宙空間に放散されています。そういう意味では、宇宙空間への放熱板による放熱は可能ですし、既に実施されています。
ただ、これで放散できる熱量は大気中で対流も含めて放出できる熱量よりかなり小さく、そのため、衛星搭載の電子機器では地上の機器よりも高効率（低損失）が重要視されているようです。
発電衛星での損失を放出できるか、という意味ですと、エネルギー変換機の効率によるかと思います。

お礼

ご回答有り難うございました。

補足

ご回答を有り難うございます。

＞これで放散できる熱量は大気中で対流も含めて放出できる熱量よりかなり小さく
＞発電衛星での損失を放出できるか、という意味ですと、エネルギー変換機の効率によるかと思います。

もし、万一、エネルギー変換機が故障し、集光による太陽光エネルギー、太陽熱エネルギーがマイクロ波又はレーザーに変換できないという事態が発生した場合、どうなりますか。

回答No.2

dragon-man

対流熱は伝わりませんが、輻射熱は伝わります。だから太陽の熱エネルギーが地球に届くのです。
太陽のエネルギーはほとんど輻射熱ですから。太陽の温熱効果を防ぐ最大の要素は雲（水蒸気）です。白い雲は太陽光線の輻射熱を宇宙空間に反射させる効果が極めて大きいからです。温暖化で海水が蒸発すると、雲になって温暖化を防ぎます。今頃は温暖化より寒冷化の方が心配なのです。
でも雲のような大きな反射鏡は作れません。直径２～３キロの鏡では、温暖化防止効果はまったくありません。

補足

ご回答有り難うございます。

太陽光発電と太陽熱発電の違いがよく分かっていませんでした。
（輻射熱の実態は、光ではなく、紫外線や赤外線によるものということでしょうか。）
反射率１００パーセントの反射鏡では、どちらも、全反射するのでしょうか。

漫画の世界では、レーザー光線を反射鏡を使って敵側へ送り返す、というような場面があります。
鏡の裏側には塗膜という物質がありますが、それが発熱するということはないのでしょうか。
つまり、地上での太陽炉の焦点に置かれた反射鏡自体が高温になることはない、というのでしょうか。

理論的には、太陽光をレンズや凹面鏡を用いて集光し、その焦点に置いた物体の最高温度は6000度が限界という意見があるようです。

直径約５０ｍで焦点位置の温度は最大３，０００度
　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%AA%E9%99%BD%E7%82%89
フランス国立太陽エネルギー研究所の超大型太陽炉。

回答No.1

ariseru

>宇宙空間（真空）へ放熱板による放熱はできるのでしょうか。

出来るとも言えるし、出来ないとも言えます。

まず、放熱板(いわゆるヒートシンク)を大気圏内で使うのと同じメカニズムでの放熱は不可能です。
放熱板は、大気圏内においては空気を冷媒として使って冷却を行っていますが、宇宙空間には冷媒となる気体がありませんからね。

ですが、放熱板からの放熱が行われないということではありません。
空気の無い宇宙空間でも、放射冷却(※)による放熱は行われるため、大気圏内よりも効率が悪くなりますが放熱自体は行われます。

※高温になった物体が周囲に電磁波(赤外線など)として熱を放出する現象のこと

ちなみに、宇宙空間で使用する放熱板というのは、大気圏内で一般的に使われているような形状はしていません。
いわゆるヒートシンクのように大量に突起が付いていたり板を重ね合わせた構造にしても大して意味が無いため、基本的にはただの平らな板状です。
冷却効率を上げたい場合には、放射冷却の効率がいい材質を使ったり、単純にヒートシンクのサイズを大きくすることで対応します。

>この衛星内の集光装置（原子力発電所1基分相当の発電を担う。）が超高温（になると思うのですが）になって、衛星本体は大丈夫なのでしょうか。

そのURLのページに書いてあるサイズの放熱板で大丈夫なのかは計算できないので分かりませんが、熱の移動と放熱速度が間に合うのなら冷却は可能かと。

>航空機内のバッテリーの異常高温が、今、問題になっていますが。

航空機のバッテリー云々とは別問題。
航空機のバッテリーは、もともとは発熱しないことを前提にしているので冷却装置などはありません。
ですが、参考URLで説明しているような機器の場合、発熱することが前提なので十分な能力を持った冷却装置を用意します。
もし、発熱が原因で故障するとしたら、冷却装置が故障した場合などでしょうね。

補足

ご回答を有り難うございます。

＞高温になった物体が周囲に電磁波(赤外線など)として熱を放出する現象のこと

輻射熱という形で、ということでしょうか。

＞熱の移動と放熱速度が間に合うのなら冷却は可能かと。

その放熱板自体、超高温になるから、放熱出来るのではないでしょうか。
又、反射鏡の焦点にある、マイクロ波に変換する前の段階の電池パネルやレーザー発振ユニットのレーザー媒質など、衛星本体の精密機器は、超高温になって大丈夫なのでしょうか。