изследване

Слънчевата енергия, извлечена директно от космоса. Възможно ли е това?

Преди повече от седемдесет години, през 1941 г., ИсакАзимов написа история, в която енергията на слънцето се предава чрез микровълнови лъчи към съседни планети с помощта на космическа станция. Минаха години и днес учените се опитват да превърнат тази научна фантастика в реалност на Земята. Концепциите за използване на слънчевата енергия, получени от пространството или директно в пространството, са разработени от средата на 20-ти век. Много проекти чакат крилата.

Слънчевата енергия е бъдещето

Използвайки слънчевата енергия в пространството (SBSP), ниебиха могли да решат проблемите ни с енергия и парникови газове с минимално въздействие върху околната среда. Професор Серджо Пелегрино от Caltech наскоро заяви, че масовото производство на енергия от системата SBSP и фактът, че нашето слънце ще работи още 10 милиарда години, предполага, че енергийният източник няма да свърши за дълго време.

Едно от най-обширните изследвания на НАСА за всичкиПрограмата „Развитие и оценка на концепцията за сателитната енергийна система“ беше посветена специално на SBSP и струваше повече от 50 милиона долара, беше проведена от 1976 до 1980 година. Друго фундаментално изследване, финансирано от НАСА за преоценка и разбиране на осъществимостта на SBSP, се нарича Проучвателни изследвания и технологии за слънчева енергия. Проучването включва огромно количество солидни научни изследвания, но цялостното заключение е, както следва:

„Мащабният SSP е много сложенинтегрирана система от системи, която изисква много значителни пробиви в съвременните технологии и възможности. Разработена е пътна карта, която идентифицира потенциалните пътища за постигане на всички необходими пробиви, макар и за няколко десетилетия. - Джон С. Манкинс, 7 септември 2000 г.

Ясно е, че нищо не е ясно. Нека се потопим по-дълбоко в основите на тази експоненциална технология и нейната осъществимост.

Какво е слънчевата енергия, получена от космоса?

Слънчевата енергия, извлечена в космоса, е концепцията за улавяне на слънчевата енергия в космоса и предаването й директно към Земята или други близки планети.

Просто казано, бихме могли да сложим някоимеханизъм във външното пространство, за да може почти непрекъснато да улавя енергията на Слънцето и да прехвърля тази енергия на Земята. Това може да се случи ден или нощ, в дъжд или под ясно небе. Веднага щом получим енергия на Земята за ректана (специална антена за енергия), можем лесно да я разпределим, използвайки нашите обичайни методи. Много е просто.

Има много идеи, свързани с конфигурациятаи архитектурата на механизма SBSP, която бихме могли да използваме. Местоположението на системата, архитектурата на спътниците, събирането на енергия и предаването на енергия са основните основни аспекти, които трябва да се вземат предвид при разбирането на различните системи SBSP. Предвид броя на предложените концепции ще разгледаме само някои от най-видимите варианти.

Къде да поставим системата за производство на слънчева енергия

Геосинхронна, тя е геосинхронна (GSO)орбита, средноземната (COO) и нискоземната орбита (LEO) - това са възможности за разглеждане. Най-обещаващо е ГСО заради опростената геометрия и подравняването на антената по отношение на ректалната, мащабируемостта и почти непрекъснатия пренос на енергия. Основният проблем на ГСО е голямо количество радиация. Общи космически опасности, като микрометеорити или слънчеви изригвания, също представляват заплаха.

Сателитна архитектура

Създавайте лунни фабрики с многотранспорт или разработване на астероиди за сглобяване или самосглобяване на спътници SBSP - във всеки случай създаването на автономни космически фабрики ще бъде трудна задача. Всяка конструкция в пространството ще изисква използването на местни и свободни материали (т.е. лунен), като същевременно се налагат определени ограничения върху сложността на структурите, в сравнение с тези, които могат да бъдат построени на Земята.

Интересна инсталация, която в момента изграждаме на Земята, е модулната слънчева батерия, разработена от Caltech и Northrop Grumann. Гледайте видеото й по-долу.

</ P>

Друга интересна концепция от частна компанияSolaren. В бъдеще тя планира да проведе експеримент с изграждането на слънчева електроцентрала SBSP с мощност 250 MW в геостационарна орбита. През 2009 г. Solaren сключи споразумение с най-голямата енергийна компания PG & E в Калифорния, за да я предостави с космическа слънчева енергия.

Дори НАСА с концепцията за произволно голяма фазирана решетка (разработена през 2012 г.) привлече вниманието на Джон С. Манкинс, един от водещите световни експерти по SBSP.

Как да съберем енергията на слънцето в космоса?

Две основни концепции, свързани с колекциятаенергия, е използването на фотоволтаични клетки (слънчеви клетки) или слънчева топлина. Можете да уловите топлината на слънцето (и следователно енергията), използвайки огледала за концентриране на светлината и загряване на течността. Парата от своя страна ще върти турбината и ще генерира електричество. Тази концепция има определено предимство на теглото пред слънчевите панели, тъй като намалява общата маса на ват. Въпреки това, в повечето концепции се предполага, че ще се използват свръхлеки и високоефективни фотоволтаични клетки.

Как да прехвърляме енергията на слънцето от космоса?

Микровълновото предаване на мощност е типичен изборПроектите на SBSP се дължат на цялостната ефективност, но използването на мощност на лазерния лъч е друг интересен вариант поради намаленото тегло и цена. Въпреки това, при мисълта за мощен лазерен лъч, има страх, че той може да се превърне в космическо оръжие (лъч на смъртта). Въпреки това, протоколите за сигурност могат лесно да премахнат тази заплаха. Могат да бъдат създадени проекти, които да отговарят на всички изисквания за безопасни нива на микровълнова енергия. Няма да има заплаха за жителите на градовете и живите същества по пътя на лъчите на земята. Една проста обратна връзка между антената и ректалната ще позволи предаването да бъде отрязано, ако се отклони от курса.

Сега, когато разбрахме по-добре какво е SBSP, нека се потопим в най-големите му ограничения.

Разходи за инсталиране на трансфера на космическа енергия

Може да изглежда, че всичко е красиво и слънцетоМилиарди години ще ни осигурят безплатна енергия. Въпреки това, винаги има улов. Вече отбелязахме редица въпроси, свързани със сигурността, но основната пречка са разходите за доставка на всички материали, необходими за SBSP. Текущите оценки на разходите за изпращане на приблизително 1 кг полезен товар в космоса варират от 9 000 до 43 000 щатски долара, в зависимост от използваната ракета и космически кораб.

Ако погледнем само към изпращане на слънчева енергияпанели, долната граница на спектъра на разходите за пускане на свръхлека SBSP система с капацитет от 4 MW е 4000 метрични тона. Но най-вероятно SBSP ще бъде в диапазона от 80 000 метрични тона.

Нисък резултат: 4000 метрични тона х 9 000 долара за килограм = 36 000 000 000 долара

Висока оценка: 80 000 тона х 43 000 долара за килограм = 3,440,000,000 долара

Въпреки че тези цифри ще бъдат изключително приблизителни, ниевсе още получава приблизителна стойност от 36 милиарда долара до 3,4 трилиона долара. Използването на фабрика на Луната или астероид изведнъж изглежда евтино.

Резултатите от изследванията на НАСА показват товаКосмическата слънчева енергия е “икономически жизнеспособна”, ако началните разходи се колебаят между $ 100-200 на килограм. Въпреки че цените продължават да падат, включително благодарение на космическите ракети SpaceX, все още предстои дълъг път. Въпреки това, тази тенденция ще последва закона на Ray Kurzweil за ускоряване на възвръщаемостта, а цената на изстрелите ще продължи да намалява от милиарди и милиони до няколко стотин долара.

Излишно е да казвам, че проблемът не е технологията, а нейната цена.

Бъдещето на слънчевата енергия

Способността на SBSP да осигурява чисти и надеждниелектричеството за планетата денонощно и седем дни в седмицата по-евтини от всеки друг източник е абсолютно реално. Но ще са необходими десетилетия инвестиции, монтаж, тестване и успешна реализация, преди системата да започне да плаща за първоначалните си разходи.

И все пак, подходящият политически климат е съществен компонент за насърчаване на SBSP като действителен източник на енергия.

Защо се нуждаем от слънчевата енергия?

Ако политиката не бъде взета предвид, след като е получила SBSP (или ядрен синтез) през следващото десетилетие, бихме могли да въплътим следните научни понятия:

  • Космически асансьори и космически кули
  • Орбитални пръстени - използвайки космически асансьори, създайте пръстен около Земята вместо космическа станция за евтини движения на товари и изследване на космоса
  • Dyson Spheres - гигантски черупки, покриващи цялата звезда и поглъщащи цялата енергия
  • Гнездящи мозъци - Дайсън издува сфери, за да трансформира звездите в масивни компютри, използвайки енергията, излъчвана от всички звезди
  • Световен пръстен - изкуствени планети, използващи цяла звезда

Има много възможности. Остава само да ги измислят и развиват. Предложи своя? Започнете от нашата чат в Телеграма.

Съобщение от Facebook за ЕС! Трябва да влезете, за да видите и публикувате FB коментари!