Прошло немало лет с тех пор как в 1941 году, известный писатель-фантаст написал рассказ, в котором солнечная энергия, с помощью микроволновых лучей, передавалась космической станцией на соседние планеты. И вот спустя семьдесят лет, учёные решили сделать из этой научной фантастики быль. Идея использовать солнечную энергию, вырабатываемую в космосе, возникла и начала разрабатываться в середине 20-го века. Многие проекты ждут своего часа.

Космические станции – это дорога к ближайшему космосу.

Содержание.

1 Будущее солнечной энергии;

2 Что такое солнечная энергия?

3 Система добычи солнечной энергии;

4 Стоимость передачи солнечной энергии;

5 Есть ли перспективы у солнечной энергии?

 

Будущее солнечной энергии.

Получаемая в космосе солнечная энергия (SBSP) смогла бы помочь с решением наших проблем, связанных с постоянно растущей потребностью в энергии и выбросами парниковых газов, не нанося при этом никакого вреда окружающей среде. Профессор Серджио Пелегрино из Калтеха утверждает что с учётом того что солнце будет светить ещё как минимум 10 миллиардов лет, при массовом производстве электроэнергии по системе (SBSP), мы будем на протяжении долгих лет обладать надёжным источником энергии.

О серьёзности идеи получения энергии в космическом пространстве говорит и то, что самое обширное исследование NASA за всю историю Satellite Power System Concept Development and Evaluation Program, стоимостью 50 миллионов долларов, проводившееся с 1976 по 1980 год касалось именно SBSP. Ну а в ходе ещё одного фундаментального исследования под названием Space Solar Power Exploratory Research and Technology, финансируемого NASA была дана переоценка и понимание осуществимости SBSP. В ходе этого исследования проводились твёрдые научные изыскания, в ходе которых исследователи пришли к выводу что:

«Крупномасштабная SBSP сама по себе является сложной интегрированной системой систем, требующей большого количества серьёзных прорывов в возможностях и технологиях. Создана технологическая карта для определения потенциальных путей, с помощью которых можно будет достигнуть всех необходимых прорывов – пусть и на протяжении нескольких десятилетий» - Джон С. Манкинс. 7 сентября 2000 года.

Довольно запутано, не правда ли? Для того чтобы во всём этом разобраться потребуется более тщательно изучить эту экспоненциальную технологию и её реализуемость.

 

Что такое солнечная энергия?

Солнечная энергия, получаемая в космосе, подразумевает захват в космическом пространстве солнечной энергии и последующую её передачу потребителям на Землю или иные планеты.

Иными словами солнечная энергия будет непрерывно захватываться каким-нибудь механизмом находящимся в космосе, а затем передаваться на землю. Этот процесс беспрерывный, то есть будет осуществляться в любое время суток и при любой погоде. Ну а энергия, принятая на Земле ректеннами (специальные антенны для приёма энергии) будет впоследствии распределяться между потребителями нашими привычными методами. Ничего сложного.

Благодаря подобным конструкциям нам удастся избавиться от всех энергетических проблем.

У нас есть различные идеи по конфигурированию и архитектуре механизмов SBSP, которые вполне возможно было бы реализовать. Место, где будет размещаться система, конструкция спутников, методика сбора и передачи энергии – всё это основные аспекты которым будет необходимо уделить особое внимание во время планирования различных систем SBSP. А с учётом большого количества разработанных концепций, потребуется отобрать лишь самые заметные варианты.

 

Система добычи солнечной энергии?

В данный момент учёными рассматриваются варианты использования геосинхронной или геостационарной (ГСО) орбиты, средней околоземной (СОО) и низкой околоземной орбиты (НОО) – все эти варианты предложены к рассмотрению. При этом самой перспективной из всех перечисленных является геостационарная орбита, потому что она подразумевает упрощённую геометрию и выравнивания антенн относительно ректенн, кроме того такая система легче масштабируется и обеспечивает практически непрерывную подачу энергии на Землю. Но в то же время при использовании ГСО возникает опасность, столкнуться с мощным радиационным излучением. Опасность представляют также метеориты и солнечные вспышки.

Спутниковая архитектура.

Создание лунных фабрик непременно потребует множество перевозок или разработку астероидов для сборки или самосборки спутников SBSP – в любом случае создавать автономные космические фабрики будет очень сложно. В ходе любой космической стройки приходится использовать местные и бесплатные материалы (то есть лунные), поэтому создавать сложные конструкции в космосе будет, намного труднее, чем на Земле.

В данный момент на Земле ведётся строительство одной интересной установки, модульной батареи разработанной Калтехом и Northrop Grumann. Получить более подробную информацию обо всём этом, можно посмотрев размещённое ниже видео.

 Ещё одну весьма интересную концепцию предлагает частная компания Solaren. Уже в ближайшем будущем компания собирается реализовать свой экспериментальный проект конечной целью которого будет создание космической солнечной электростанции SBSP на 250 МВт на геостационарной орбите. Кстати в 2009 году был подписан договор в соответствии с которым Solaren поставлять космическую солнечную энергию Калифорнийской энергетической компании PG&E.

Маленькое отступление от темы: Создание космического лифта между Землёй и Луной вполне реально.

Аэрокосмическое агентство NASA предложило концепцию произвольно больших фазированных решёток, разработанную в 2012 году, которая заинтересовала ведущего эксперта в области SBSP Джона С. Манкинса.

 

Как собирать энергию солнца в космосе?

Собирать солнечную энергию можно двумя наиболее предпочтительными способами – используя фотогальванические элементы (солнечные батареи) или преобразовывать в электричество концентрированное солнечное тепло. Для улавливания солнечного тепла (энергии), можно использовать зеркала, концентрирующие солнечный свет на резервуаре с жидкостью. Образовавшийся при этом пар будет приводить во вращение турбину вырабатывающую электроэнергию. Данная концепция имеет определённые весовые преимущества по сравнению с солнечными батареями, потому что обеспечивает наилучшее соотношение массы и производительности. Однако, несмотря на это, больше всего концепций предполагает использование сверхлёгких и высокоэффективных фотоэлектрических элементов.

 

Как передавать энергию солнца из космоса?

Обычно для передачи энергии в системах SBSP предлагается использовать микроволновую энергию, кроме того для этих целей можно использовать лазерный луч, что в конечном счёте тоже приведёт к снижению веса и стоимости всей конструкции. Но как только речь заходит о мощных лазерных лучах, появляется опасение, что они могут стать грозным космическим оружием, несущим беды и разрушения. Хотя на самом деле все эти опасения абсолютно беспочвенны, потому что с помощью протоколов безопасности жители земли будут гарантировано, защищены от всех потенциальных угроз. При создании конструкции будут учитываться все требования, ограничивающие микроволновую энергию до безопасного уровня. А значит жители городов и другие живые существа, находящиеся на пути луча идущего из космоса к земле будут в полной безопасности. Решить эту задачу можно с помощью простой обратной связи, между антеннами и ректеннами, позволяющей в случае отклонения от курса отключать передачу.

Ну а после того как мы выяснили что же такое SBSP, необходимо разобраться и со всеми её наибольшими ограничениями.

 

Стоимость передачи космической энергии.

Конечно же, изначально создаётся впечатление, что всё замечательно и солнце будет отдавать нам бесплатно свою энергию. Но на самом деле тут всё оказывается не так уж и просто. Кроме проблем с безопасностью, существует ещё одно серьёзное препятствие – высокая стоимость отправки материалов из которых будет создана SBSP. Сейчас стоимость отправки 1 килограмма полезного груза в космос может составлять от 9000 до 43000 долларов США в зависимости от того какая ракета или космический аппарат будет доставлять груз.

Ведь, для того чтобы отправить на орбиту лишь только одни солнечные панели для сверхлёгкой системы SBSP на 4 МВт, потребуется ракета-носитель грузоподъёмностью 4000 тонн. Хотя скорее всего вес средней SBSP будет составлять примерно 80000 тонн.

По минимальной оценке: 4000 тонн х 9000 долларов/килограмм = 36000000000 долларов.

По максимальной оценке: 80000 тонн х 43000 долларов/килограмм = 3440000000000 долларов.

Несмотря на то что все расчёты приблизительны расчётная стоимость будет варьироваться в пределах от 36 миллиардов долларов до 3,4 триллиона долларов. Поэтому создать фабрику на луне или астероиде может оказаться куда дешевле.

Исходя из результатов исследований проведённых NASA можно сказать что добывать в космосе и поставлять на землю солнечную энергию можно только в тех случаях когда сумма стартовых затрат будет составлять 100-200 долларов за килограмм. Несмотря на существенное снижение стоимости космических запусков, за счёт использования многоразовых ракет Space X, нам потребуется ещё много чего сделать. Хотя всё равно эта тенденция ускоряющейся отдачи Рэя Курцвела, приведёт к снижению стоимости запусков с миллиардов и миллионов до нескольких сотен долларов.

Конечно же, не стоит даже и говорить о том, что осуществить эту идею мешает не отсутствие каких-либо технологий, а их стоимость.

 

Есть ли перспективы у солнечной энергии?

Конечно, SBSP могут круглосуточно обеспечивать нашу планету чистой, недорогой и надёжной электроэнергией практически беспрерывно – и это вполне реально. Правда для этого потребуется на протяжении нескольких десятилетий инвестировать, собирать, тестировать и внедрять новые технологии, только после этого можно надеяться на то что первоначальные затраты хоть когда-нибудь окупятся.

Ну и конечно же существенное влияние на продвижение SBSP будет оказывать политическая обстановка в мире.

 

Зачем нужна энергия Солнца?

Отступив от политики, располагая SBSP (или ядерным синтезом) в течении ближайших десятилетий человечество имело бы возможность для воплощения таких научных концепций:

- Космические лифты и космические башни

- Орбитальные кольца – используются для создания космических лифтов, проходящее вокруг земли кольцо способно заменить космическую станцию и позволяет более экономно отправлять грузы, и осваивать космос.

- Сферы Дайсона – оболочки гигантских размеров, в которых помещается целая звезда, для поглощения исходящей от неё энергии.

- Матрёшечные мозги – слоёные сферы Дайсона, с помощью которых можно сделать из звёзд массивные компьютеры использующие энергию, выделяемую всеми звёздами.

- Миры-кольца – искусственные планеты на основе целой звезды.

Идей использования солнечной энергии немало. Нужно только лишь придумать и осуществить их. Предлагайте свои методы решения данной задачи в нашем Telegram чате!