Ludzkość potrzebuje krystalicznie czystej energii pod względem środowiskowym, ponieważ nowoczesne metody wytwarzania energii poważnie zanieczyszczają środowisko. Eksperci widzą wyjście z impasu w innowacyjnych metodach. Są one związane z wykorzystaniem energii kosmicznej.
Wstępne pomysły
Historia rozpoczęła się w 1968 roku. Następnie Peter Glazer zademonstrował ideę masowej technologii satelitarnej. Zamontowano do nich kolektor słoneczny. Jego rozmiar to 1 mila kwadratowa. Sprzęt miał znajdować się na wysokości 36 000 km nad strefą równika. Celem jest zebranie i przekształcenie energii słonecznej w pasmo elektromagnetyczne, strumień mikrofalowy. W ten sposób użyteczna energia powinna być przesyłana do ogromnych anten naziemnych.
W 1970 roku Departament Energii Stanów Zjednoczonych wraz z NASA badał projekt Glaser. To jest satelita energii słonecznej (skrót SPS).
Trzy lata później naukowiec otrzymał patent na proponowaną technikę. Pomysł, jeśli zostanie wdrożony, przyniesie znakomite rezultaty. Ale byłyprzeprowadzono różne obliczenia i okazało się, że planowany satelita wygeneruje 5000 MW energii, a Ziemia osiągnie trzy razy mniej. Ustaliliśmy również szacunkowe koszty tego projektu - 1 bilion dolarów. To zmusiło rząd do zamknięcia programu.
90s
W przyszłości planowano umieszczenie satelitów na skromniejszej wysokości. Aby to zrobić, musieli użyć niskich orbit ziemskich. Koncepcja ta została opracowana w 1990 roku przez badaczy z Centrum. M. V. Keldysh.
Zgodnie z ich planem w latach 20-30 XXI wieku powinno powstać 10-30 specjalnych stacji. W każdym z nich znajdzie się 10 modułów energetycznych. Łączny parametr wszystkich stacji wyniesie 1,5 - 4,5 GW. Na Ziemi wskaźnik osiągnie wartości od 0,75 do 2,25 GW.
Do roku 2100 liczba stacji wzrośnie do 800. Poziom energii otrzymywanej na Ziemi wyniesie 960 GW. Ale dziś nie ma informacji nawet o rozwoju projektu opartego na tej koncepcji.
Akcje NASA i Japonii
W 1994 roku przeprowadzono specjalny eksperyment. Jego gospodarzem były Siły Powietrzne USA. Umieścili zaawansowane satelity fotowoltaiczne na niskiej orbicie okołoziemskiej. Wykorzystano do tego celu rakiety.
Od 1995 do 1997, NASA przeprowadziła dokładne badania energii kosmicznej. Jego koncepcje i specyfika technologiczna zostały przeanalizowane.
W 1998 roku Japonia interweniowała w tej dziedzinie. Jej agencja kosmiczna uruchomiła program budowy kosmicznego systemu elektrycznego.
W 1999 r. NASA odpowiedziała, uruchamiając podobny program. W 2000 roku przedstawiciel tej organizacji, John McKins, przemawiał przed Kongresem USA ze stwierdzeniem, że planowane przedsięwzięcia wymagają ogromnych nakładów i sprzętu high-tech, a także ponad dekady.
W 2001 roku Japończycy ogłosili plan zintensyfikowania badań i wystrzelenia satelity testowego o parametrach 10 kW i 1 MW.
W 2009 roku ich agencja eksploracji kosmosu ogłosiła zamiar wysłania na orbitę specjalnego satelity. Będzie wysyłał energię słoneczną na Ziemię za pomocą mikrofal. Jego pierwszy prototyp powinien zostać uruchomiony w 2030 roku.
Również w 2009 roku podpisano ważne porozumienie między dwiema organizacjami - Solaren i PG&E. Według niej pierwsza firma będzie produkować energię w kosmosie. A drugi to kupi. Moc takiej energii wyniesie 200 MW. To wystarczy, aby zapewnić sobie 250 000 budynków mieszkalnych. Według niektórych raportów, projekt zaczął być realizowany w 2016 roku.
W 2010 roku koncern Shimizu opublikował materiał o potencjalnej budowie dużej stacji na Księżycu. Panele słoneczne będą używane w dużych ilościach. Powstanie z nich pas, który będzie miał parametry 11 000 i 400 km (odpowiednio długość i szerokość).
W 2011 roku kilka dużych japońskich firm stworzyło wspólny projekt globalny. Wiązało się to z wykorzystaniem 40 satelitów z zamontowanymi bateriami słonecznymi. Fale elektromagnetyczne staną się przewodnikami energii dla Ziemi. Lustro je zabierzeo średnicy 3 km. Będzie skoncentrowany w pustynnej strefie oceanu. Uruchomienie projektu zaplanowano na 2012 rok. Ale z przyczyn technicznych tak się nie stało.
Problemy w praktyce
Rozwój energii kosmicznej może uratować ludzkość przed kataklizmami. Jednak praktyczna realizacja projektów nastręcza wiele trudności.
Zgodnie z planem, lokalizacja sieci satelitów w kosmosie ma następujące zalety:
- Stała ekspozycja na słońce, czyli ciągłe działanie.
- Całkowita niezależność od pogody i położenia osi planety.
- Żadnych dylematów z masą konstrukcji i ich korozją.
Wdrożenie planów komplikują następujące problemy:
- Ogromne parametry anteny - transmitera energii na powierzchnię planety. Na przykład, aby zamierzona transmisja miała miejsce przy użyciu mikrofal o częstotliwości 2,25 GHz, średnica takiej anteny wynosiłaby 1 km. A średnica strefy odbierającej przepływ energii na Ziemi powinna wynosić co najmniej 10 km.
- Strata energii podczas przemieszczania się na Ziemię wynosi około 50%.
- Kolosalne wydatki. Dla jednego kraju są to bardzo znaczące kwoty (kilkadziesiąt miliardów dolarów).
To są zalety i wady energii kosmicznej. W eliminację i minimalizację jego niedociągnięć zaangażowane są siły wiodące. Na przykład amerykańscy deweloperzy próbują rozwiązać dylematy finansowe za pomocą rakiet SpaceXs Falcon 9. Urządzenia te znacznie obniżą koszty realizacji planowanego programu (w szczególności wystrzelenia satelitów SBSP).
Program księżycowy
Zgodnie z koncepcją Davida Criswella konieczne jest użycie Księżyca jako bazy do umieszczenia niezbędnego sprzętu.
To optymalne miejsce do rozwiązania dylematu. Poza tym, gdzie można rozwijać energię kosmiczną, jeśli nie na Księżycu? To terytorium, które nie ma atmosfery i pogody. Wytwarzanie energii tutaj może trwać nieprzerwanie z solidną wydajnością.
Ponadto wiele elementów akumulatorów można zbudować z materiałów księżycowych, takich jak ziemia. To znacznie obniża koszty, analogicznie do innych wariantów stacji.
Sytuacja w Rosji
Krajowa energetyka kosmiczna rozwija się w oparciu o następujące zasady:
- Zaopatrzenie w energię jest problemem społecznym i politycznym na skalę planetarną.
- Bezpieczeństwo środowiska to zasługa kompetentnej eksploracji kosmosu. Należy stosować taryfy zielonej energii. Tutaj koniecznie bierze się pod uwagę społeczne znaczenie jego nosiciela.
- Ciągłe wsparcie dla innowacyjnych programów energetycznych.
- Procent energii elektrycznej wytwarzanej przez elektrownie jądrowe wymaga optymalizacji.
- Identyfikacja optymalnego stosunku energii do koncentracji na ziemi i przestrzeni.
- Zastosowanie lotnictwa kosmicznego do edukacji i przesyłu energii.
Kosmiczna energia w Rosji wchodzi w interakcję z programem NPO Federalnego Państwowego Przedsiębiorstwa Jednolitego. Ławoczkin. Pomysł opiera się na wykorzystaniu kolektorów słonecznych i anten radiacyjnych. Podstawowe technologie - autonomiczne satelity sterowane z Ziemi wpomoc impulsu pilota.
W antenie wykorzystywane jest widmo mikrofalowe o krótkich, nawet milimetrowych falach. Z tego powodu w przestrzeni kosmicznej pojawią się wąskie promienie. Będzie to wymagało generatorów i wzmacniaczy o skromnych parametrach. Wtedy potrzebne będą znacznie mniejsze anteny.
Inicjatywa TsNIIMash
W 2013 roku ta organizacja (która jest również kluczowym wydziałem naukowym Roskosmosu) zaproponowała budowę domowych kosmicznych elektrowni słonecznych. Ich zamierzona moc mieściła się w zakresie 1-10 GW. Energia musi być przesyłana na Ziemię bezprzewodowo. W tym celu, w przeciwieństwie do USA i Japonii, rosyjscy naukowcy zamierzali użyć lasera.
Polityka nuklearna
Umiejscowienie baterii słonecznych w kosmosie ma pewne zalety. Ale tutaj ważne jest, aby ściśle przestrzegać niezbędnej orientacji. Technika nie powinna pozostawać w cieniu. W związku z tym wielu ekspertów jest sceptycznie nastawionych do programu księżycowego.
Dzisiaj uważa się, że najskuteczniejszą metodą jest „Kosmiczna energia jądrowa – kosmiczna energia słoneczna”. Polega na umieszczeniu w kosmosie potężnego reaktora jądrowego lub generatora.
Pierwsza opcja ma ogromną masę i wymaga starannego monitorowania i konserwacji. Teoretycznie będzie mógł pracować autonomicznie w kosmosie nie dłużej niż rok. To za krótki czas dla programów kosmicznych.
Drugi ma solidną wydajność. Ale w warunkach kosmicznych trudno się zmieniaćjego moc. Dziś amerykańscy naukowcy z NASA opracowują ulepszony model takiego generatora. W tym kierunku aktywnie działają również krajowi specjaliści.
Ogólne motywy rozwoju energetyki kosmicznej
Mogą być wewnętrzne i zewnętrzne. Pierwsza kategoria obejmuje:
- Gwałtowny wzrost światowej populacji. Według niektórych prognoz liczba mieszkańców Ziemi do końca XXI wieku wyniesie ponad 15 miliardów ludzi.
- Zużycie energii nadal rośnie.
- Wykorzystywanie klasycznych metod wytwarzania energii staje się nieistotne. Opierają się na ropie i gazie.
- Negatywny wpływ na klimat i atmosferę.
Druga kategoria obejmuje:
- Okresowe upadki na planetę dużych części meteorytów i komet. Według statystyk zdarza się to raz na wiek.
- Zmiany biegunów magnetycznych. Chociaż częstotliwość jest tutaj raz na 2000 lat, istnieje zagrożenie, że biegun północny i południowy zamienią się miejscami. Wtedy na jakiś czas planeta straci swoje pole magnetyczne. Jest to obarczone poważnymi uszkodzeniami radiacyjnymi, ale dobrze ugruntowana energia kosmiczna może stać się obroną przed takimi katastrofami.
