Космическа енергия: история на развитието, плюсове и минуси

Човечеството се нуждае от кристално чиста енергия от екологична гледна точка, тъй като съвременните методи за производство на енергия сериозно замърсяват околна среда. Експертите виждат в иновативните методи изход от безизходицата. Те са свързани с космически енергийни приложения.

Първоначални идеи

Историята започва през 1968 г. След това Питър Глейзър демонстрира концепцията за масивни сателитни технологии. Към тях е прикрепен слънчев колектор. Размерът му е 1 квадратна миля. Технологията трябваше да бъде разположена на 36 000 км над екваториалната зона. Целта е да се събира и трансформира слънчевата енергия в микровълнова лента. По този начин полезната енергия ще се предава на огромните антени на Земята.

През 1970 г. Министерството на енергетиката на САЩ съвместно с НАСА проучва проекта на Глейзър. Това е спътникът за слънчева енергия (съкращение SPS).

Три години по-късно ученият получава патент за предложената методика. Ако идеята беше осъществена, тя щеше да постигне изключителни резултати. Но са направени различни изчисления и е установено, че планираният спътник би генерирал 5000 MW енергия, докато Земята би достигнала три пъти по-малко. Прогнозната стойност на проекта също бе определена на 1 трилион долара. Това принуди правителството да прекрати програмата.

90s

Планът беше спътниците да се намират на по-скромна височина. За целта трябваше да се използват ниски околоземни орбити. Тази концепция е въведена през 1990 г. разработен от изследователи в Центъра Маршал. М. В. Станции Келдиш.

Те са предвиждали изграждането на 10-30 специални станции през 20-те години на ХХ век и 30-те години на ХХI век. Всеки от тях ще включва 10 енергийни модула. Общият капацитет на всички станции ще бъде от 1,5 до 4,5 GW. На Земята този показател ще достигне стойности между 0,75 и 2,25 GW.

А до 2100 г. броят на станциите ще нарасне до 800. Нивото на енергията, получена на Земята, ще бъде 960 GW. Но днес няма информация дори за разработване на дизайн въз основа на тази концепция.

Действия на НАСА и Япония

През 1994 г. е проведен специален експеримент. Създадена е от американските военновъздушни сили. Те позиционираха разширени фотоволтаични спътници в ниска околоземна орбита. За тази цел се използват ракети.

От 1995 до 1997 г. НАСА проведе задълбочено проучване на космическата енергия. Те анализираха неговите концепции и технологични особености.

През 1998 г. Япония се намеси в тази област. Нейната космическа агенция даде зелена светлина на програма за изграждане на космическа електрическа система.

През 1999 г. НАСА реагира, като стартира своя собствена подобна програма. През 2000 г. нейният говорител Джон Маккинс заяви пред Конгреса на САЩ, че планираните разработки изискват огромни разходи и високотехнологично оборудване, както и десетилетия на.

В 2001 японците обявиха план за засилване на научните изследвания и изстрелване на тестов сателит с мощност 10 kW и 1 MW.

През 2009 г. тяхната агенция за космически изследвания обяви намеренията си да изпрати специален спътник в орбита. Той ще изпраща слънчева енергия обратно към Земята, като използва силата на микровълните. Първоначалният му прототип ще бъде пуснат в експлоатация през 2030 г.

Също така през 2009 г. беше сключено важно споразумение между двете агенции - Solaren и PG&E. С него първата компания ще произвежда енергия в космоса. А вторият ще го купи. Той ще има мощност от 200 MW. Това е достатъчно за снабдяването на 250 000 жилища. Според някои доклади проектът е стартирал през 2016 г.

През 2010 г. Шимизу публикува статия за потенциалното изграждане на мащабна електроцентрала на Луната. Слънчевите панели се използват масово. Те ще изградят пояс с параметри от 11 000 и 400 километра (съответно дължина и ширина).

През 2011 г. няколко големи японски компании замислят глобален съвместен проект. Тя ще включва 40 спътника с монтирани слънчеви панели. Енергийните проводници към Земята са електромагнитните вълни. Те ще бъдат разположени в огледало с диаметър 3 км. Той ще бъде концентриран в безлюден район на океана. Проектът трябваше да стартира през 2012 г. Но по технически причини това не се случи.

Проблеми в практиката

Развитието на космическата енергия може да спаси човечеството от катаклизми. Практическото изпълнение на тези проекти обаче е свързано с много трудности.

По замисъла си разполагането на мрежа от спътници в космоса има следните предимства

1. Постоянно излагане на слънце, т.е. непрекъснато действие.
2. Пълна независимост от времето и положението на оста на планетата.
3. Без структурна маса и дилеми, свързани с корозията.

Осъществяването на идеите се усложнява от следните проблеми:

1. Огромни параметри на антената - предавател на енергия към повърхността на планетата. Например, за да може предвиденото предаване да се осъществи чрез микровълни с честота 2,25 GHz, диаметърът на такава антена би бил 1 km. А диаметърът на зоната, която приема енергийния поток на Земята, трябва да е поне 10 км.
2. Загубата на енергия при пътуването до Земята е от порядъка на 50%.
3. Огромни разходи. За една страна това са много съществени суми (няколко десетки милиарда долара).

Това са плюсовете и минусите на космическата енергетика. Основните сили се занимават с преодоляването и свеждането до минимум на нейните недостатъци. Например американските разработчици се опитват да решат финансови дилеми с ракетата Falcon 9 на SpaceX. Тези устройства ще намалят значително разходите за планираната програма (по-специално за спътниците SBSP) .

Лунна програма

За визията на Дейвид Крисуел е важно Луната да се използва като база за разполагане на необходимото оборудване.

Това е оптималното място за решаване на дилемата. И къде по-добре да се развива космическа енергия, отколкото на Луната? Това е територия без атмосфера и време. Производството на електроенергия тук може да се осъществява непрекъснато и със солидно ниво на ефективност.

Много от компонентите на батериите също могат да бъдат изработени от лунни материали, като например почва. Това значително намалява разходите подобно на други варианти на инсталацията.

Ситуацията в Русия

Космическата мощ на страната се развива въз основа на следните принципи:

1. Осигуряването на енергия е социално-политически проблем от планетарен мащаб.
2. Екологичната безопасност е заслуга на интелигентните космически изследвания. Трябва да се прилагат тарифи за "зелена" енергия. Трябва да се вземе предвид социалното значение на средата.
3. Постоянна подкрепа за програми за разработване на иновативни начини за производство на енергия.
4. Необходимо е да се оптимизира делът на електроенергията, произвеждана от атомни електроцентрали.
5. Определяне на оптималното съотношение на енергията с наземни и космически концентрации.
6. Приложения на космически самолети за производство и пренос на енергия.

Космическата енергия в Русия взаимодейства с програмата на FGUP NPO Lomonosov Moscow State Research Technological University. Лавочкина. Идеята се основава на използването на слънчеви колектори и радиационни антени. Базови технологии - автономни спътници, управлявани от Земята чрез пилотен импулс.

За антената трябва да се използва СВЧ спектър с къси, дори милиметрови дължини на вълната. Това ще създаде тесни лъчи в космическото пространство. Те ще изискват генератори и усилватели със скромни параметри. Тогава ще ви трябват и значително по-малки антени.

Инициатива CRImash

През 2013 г. организацията (която е и основното изследователско звено на Роскосмос) предложи изграждането на домашни космически слънчеви електроцентрали. Предвидената им мощност е в диапазона 1-10 GW. Енергията ще трябва да се предава безжично на Земята. За тази цел, за разлика от САЩ и Япония, руските учени възнамеряват да използват лазера.

Ядрена политика

Разположението на слънчевите панели в космоса предполага някои предимства. Но тук е важно стриктно да се спазва необходимата ориентация. Технологиите не трябва да остават в сянка. В резултат на това някои експерти са скептично настроени към лунната програма.

А днес за най-ефективен метод се смята "космическа ядрена енергия - слънчева космическа енергия". Тя включва поставяне на мощен ядрен реактор или генератор в космоса.

Първият вариант се характеризира с огромна маса и изисква внимателен контрол и поддръжка. Теоретично той може да функционира автономно в космоса за не повече от една година. Това е твърде кратък период за космически програми.

Вторият е много ефективен. Но в космически условия е трудно да се променя мощността му. Днес американски учени от НАСА разработват подобрен модел на такъв генератор. Националните специалисти също работят активно в тази посока.

Общи мотиви за развитие на космическата мощ

Те могат да бъдат вътрешни или външни. Първата категория включва:

1. Рязко увеличаване на населението на планетата. Според някои прогнози до края на 21-ви век броят на жителите на Земята ще надхвърли 15 милиарда.
2. Все по-високи нива на потребление на енергия.
3. Използването на класически методи за производство на енергия става неуместно. Те се основават на нефт и газ.
4. Отрицателно въздействие върху климата и атмосферата.

Втората категория включва:

1. Периодичното падане на големи части от метеорити и комети върху планетата. Статистически това се случва веднъж на всеки век.
2. Промени в магнитните полюси. Въпреки че периодичността е веднъж на 2000 години, има опасност северният и южният полюс да си разменят местата. Тогава планетата ще остане без магнитно поле за известно време. Те могат да причинят тежки радиационни щети, но една добре развита космическа енергетика би могла да осигури защита срещу подобни катастрофи.