Forskning

Solenergi, ekstraheret direkte fra rummet. Er dette endda muligt?

Mere end halvfjerds år siden, i 1941, IsaacAzimov skrev en historie, hvor solens energi blev overført gennem mikrobølgestråler til naboplaneter ved hjælp af en rumstation. År gik, og i dag forsøger forskere at oversætte denne science fiction til virkelighed på Jorden. Begreberne om anvendelse af solenergi stammer fra rummet eller direkte i rummet er udviklet siden midten af ​​det 20. århundrede. Mange projekter venter i vingerne.

Solenergi er fremtiden

Brug af solenergi i rummet (SBSP), vikunne løse vores energi- og drivhusgasproblemer med minimal miljøpåvirkning. Professor Sergio Pellegrino fra Caltech fortalte for nylig, at den massive energiproduktion af SBSP-systemet og det faktum, at vores sol vil arbejde i yderligere 10 milliarder år tyder på, at energikilden ikke vil løbe ud for os i lang tid.

En af de mest omfattende NASA-undersøgelser for alleTiden, Satellite Power System Concept Udvikling og Evaluering Program, var dedikeret specifikt til SBSP og kostede mere end $ 50 millioner, fra 1976 til 1980. En anden grundforskning finansieret af NASA for at revurdere og forstå muligheden for SBSP blev kaldt Space Solar Power Exploratory Research and Technology. Undersøgelsen omfattede en stor mængde solid videnskabelig forskning, men den overordnede konklusion var som følger:

"Storskala SSP er meget kompliceretet integreret system af systemer, der kræver mange betydelige gennembrud i moderne teknologier og kapaciteter. Der er udviklet en køreplan, der identificerer potentielle veje for at nå alle de nødvendige gennembrud - om end i flere årtier. " - John S. Mankins, 7. september 2000.

Det er klart, at intet er klart. Lad os dykke dybere ind i det grundlæggende i denne eksponentielle teknologi og dens gennemførlighed.

Hvad er solenergi stammer fra rummet?

Solenergi udvindes i rummet er begrebet fangst af solenergi i det ydre rum og overfører det direkte til jorden eller andre nærliggende planeter.

Kort sagt, vi kunne sætte noglemekanisme i det ydre rum for næsten hele tiden at opfange Solens energi og overføre denne energi til Jorden. Dette kan forekomme dag eller nat, i regnen eller under en klar himmel. Så snart vi modtager energi på jorden til rektenna (en speciel antenne til energi), kan vi nemt distribuere det ved hjælp af vores sædvanlige metoder. Det er meget simpelt.

Der er mange ideer relateret til konfigurationog SBSP mekanismen arkitektur, som vi kunne bruge. Systemets placering, satellits arkitektur, energisamling og overførsel af energi er de vigtigste hovedpunkter, der skal overvejes, når man forstår de forskellige SBSP-systemer. I betragtning af antallet af foreslåede begreber vil vi kun overveje nogle af de mest synlige muligheder.

Hvor skal man placere systemet for udvinding af solenergi?

Geosynkron, den er geosynkron, (GSO)kredsløb, mellemjorden (COO) og jordbunden kredsløb (LEO) - disse er muligheder for overvejelse. Den mest lovende er GSO på grund af den forenklede geometri og justering af antennen med hensyn til rektens, skalerbarhed og næsten kontinuerlig energioverførsel. Det største problem med GSO er en stor mængde stråling. Generelle kosmiske farer, såsom mikrometeoritter eller sollys, udgør også en trussel.

Satellit arkitektur

Opret månefabrikker med masser aftransport eller udvikle asteroider til montering eller selvmontering af satellitter SBSP - under alle omstændigheder vil oprettelsen af ​​autonome rumfabrikker være en vanskelig opgave. Enhver konstruktion i rummet vil kræve brug af lokale og frie materialer (det vil sige månen), mens der pålægges visse restriktioner for strukturernes kompleksitet, hvis de sammenlignes med dem, der kan bygges på Jorden.

En interessant installation, som vi for øjeblikket bygger på Jorden, er det modulære solbatteri udviklet af Caltech og Northrop Grumann. Se sin video nedenfor.

</ p>

Et andet interessant koncept fra en privat virksomhedSolaren. I fremtiden planlægger hun at gennemføre et eksperiment med opførelsen af ​​et 250 MW SBSP solkraftværk i en geostationær kredsløb. I 2009 indgik Solaren en aftale med Californiens største energiselskab PG & E for at give plads til solenergi i rummet.

Selv NASA med begrebet et vilkårligt stort faset array (udviklet i 2012) har tiltrukket den seneste opmærksomhed fra John S. Mankins, en af ​​verdens førende SBSP-eksperter.

Hvordan samler solenergi i rummet?

To hovedbegreber i forbindelse med samlingenenergi, er brugen af ​​fotovoltaiske celler (solceller) eller solvarme. Du kan fange solens varme (og dermed energi) ved hjælp af spejle for at koncentrere lyset og opvarme væsken. Damp vil til gengæld dreje turbinen og generere elektricitet. Dette koncept har en vis vægtfordel i forhold til solpaneler, fordi den reducerer den samlede masse pr. Watt. Men i de fleste begreber skal den bruge overlys og højffektiv fotovoltaiske celler.

Hvordan overfører solenergi fra rummet?

Mikrobølgeoverføring er et typisk valg iSBSP-design skyldes generel effektivitet, men brugen af ​​laserstråle-kraftoverførsel er en anden interessant mulighed på grund af reduceret vægt og omkostninger. Men ved tanken om en kraftig laserstråle er der en frygt for, at den kan omdannes til et rumvåben (dødsstråle). Sikkerhedsprotokoller kan dog let eliminere denne trussel. Design kan opstilles for at opfylde alle krav til sikre niveauer af mikrobølgeenergi. Der vil ikke være nogen trussel for indbyggerne i byer og levende væsener på strålingsvejens vej til jorden. En simpel feedback mellem antennen og rektal ville gøre det muligt at skære transmissionen, hvis den afviger fra kurset.

Nu hvor vi har forstået bedre, hvad SBSP er, lad os dykke ind i sine største begrænsninger.

Omkostninger ved installation af overførsel af kosmisk energi

Det kan synes at alt er smukt og solenDet vil være milliarder af år at give os fri energi. Der er dog altid en fangst. Vi har allerede bemærket en række sikkerhedsproblemer, men den største hindring er omkostningerne ved forsendelse af alle de materialer, der er nødvendige for SBSP. Nuværende skøn over omkostningerne ved at sende ca. 1 kg nyttelast i rum varierer fra 9.000 til 43.000 dollars afhængigt af det anvendte raket og rumfartøj.

Hvis vi kun ser på at sende solpaneler, den nedre grænse for spektret af omkostningerne ved lanceringen af ​​et ultra-lys SBSP-system med en kapacitet på 4 MW er 4000 tons. Men mest sandsynligt vil SBSP være i størrelsesordenen 80.000 tons.

Lav score: 4.000 tons x 9.000 dollars pr. Kg = 36.000.000.000 dollars

High score: 80.000 tons x 43.000 dollars pr. Kg = 3.440.000.000 dollars

Selvom disse tal vil være yderst tilnærmelsesvis, vifår stadig en omtrentlig værdi på 36 milliarder dollar til 3,4 billioner dollar. Brug af en fabrik på månen eller en asteroide synes pludselig billig.

NASAs forskningsresultater viser detkosmisk solenergi er "økonomisk levedygtig", hvis startomkostningerne varierer mellem $ 100-200 pr. kg. Selv om priserne fortsætter med at falde, herunder takket være SpaceX genanvendelige raketter, er der stadig en lang vej at gå. Denne tendens vil imidlertid følge Ray Kurzweils lov om hurtigere afkast, og lanceringspriserne vil fortsat falde fra milliarder og millioner til flere hundrede dollars.

Det er overflødigt at sige, at problemet ikke er teknologi, men dets omkostninger.

Fremtiden for solenergi

SBSPs evne til at give ren og pålideligelektricitet til planeten døgnet rundt og syv dage om ugen billigere end nogen anden kilde er helt reel. Men det vil tage årtier med investering, samling, testning og vellykket implementering, før systemet begynder at betale for sine oprindelige omkostninger.

Og alligevel er det rigtige politiske klima et vigtigt element i at fremme SBSP som en faktisk energikilde.

Hvorfor har vi brug for solens energi?

Hvis der ikke tages hensyn til politikken, efter at have modtaget SBSP (eller atomfusion) i det næste årti, kunne vi legitimere sådanne videnskabelige begreber:

  • Rumløftninger og rumtårne
  • Orbital ringe - Opret en ring rundt om Jorden i stedet for en rumstation til billig lastbevægelse og rumforskning
  • Dyson Spheres - gigantiske skaller dækker hele stjernen og absorberer hele sin energiproduktion
  • Nesting Brains - Dyson puff sfærer for at omdanne stjerner til massive computere ved hjælp af den energi, der udledes af alle stjerner
  • Verdens ringer - kunstige planeter ved hjælp af en hel stjerne

Der er mange muligheder. Det er kun at opfinde og udvikle dem. Foreslå din egen? Start på vores chat i telegram.