Έρευνα

Ηλιακή ενέργεια, που εξάγεται απευθείας από το διάστημα. Είναι αυτό ακόμη δυνατό;

Πάνω από εβδομήντα χρόνια, το 1941, ο ΙσαάκΟ Azimov έγραψε μια ιστορία στην οποία η ενέργεια του ήλιου μεταδόθηκε μέσω ακτίνων μικροκυμάτων σε γειτονικούς πλανήτες χρησιμοποιώντας έναν διαστημικό σταθμό. Χρόνια πέρασαν και σήμερα οι επιστήμονες προσπαθούν να μετατρέψουν αυτή την επιστημονική φαντασία σε πραγματικότητα στη Γη. Οι έννοιες της χρήσης ηλιακής ενέργειας που προέρχεται από το διάστημα ή απευθείας στο διάστημα έχουν αναπτυχθεί από τα μέσα του 20ού αιώνα. Πολλά έργα περιμένουν στα φτερά.

Η ηλιακή ενέργεια είναι το μέλλον

Χρησιμοποιώντας την ηλιακή ενέργεια στο διάστημα (SBSP), εμείςθα μπορούσε να λύσει τα προβλήματα ενέργειας και αερίων του θερμοκηπίου με ελάχιστες περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Ο καθηγητής Sergio Pellegrino από την Caltech δήλωσε πρόσφατα ότι η μαζική παραγωγή ενέργειας του συστήματος SBSP και το γεγονός ότι ο ήλιος θα λειτουργήσει για άλλα 10 δισεκατομμύρια χρόνια υποδηλώνει ότι η πηγή ενέργειας δεν θα εξαντληθεί για εμάς για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Μια από τις πιο εκτεταμένες έρευνες της NASA για όλουςΟ χρόνος, το Πρόγραμμα Ανάπτυξης και Αξιολόγησης Ένδειξης Συστήματος Δορυφορικής Ισχύος, αφιερώθηκε ειδικά στο SBSP και δαπάνησε περισσότερα από 50 εκατομμύρια δολάρια, από το 1976 έως το 1980. Μια άλλη θεμελιώδης έρευνα που χρηματοδοτήθηκε από τη NASA για να επανεξετάσει και να κατανοήσει τη σκοπιμότητα του SBSP ονομαζόταν Space Space Exploratory Research and Technology. Η μελέτη περιελάμβανε τεράστιο όγκο αξιόπιστων επιστημονικών ερευνών, αλλά το γενικό συμπέρασμα ήταν το εξής:

"Το SSP μεγάλης κλίμακας είναι πολύ περίπλοκοένα ολοκληρωμένο σύστημα συστημάτων που απαιτεί πολυάριθμες σημαντικές ανακαλύψεις στις σύγχρονες τεχνολογίες και δυνατότητες. Έχει αναπτυχθεί ένας οδικός χάρτης που προσδιορίζει πιθανές διαδρομές για την επίτευξη όλων των απαραίτητων ανακαλύψεων - αν και για αρκετές δεκαετίες. " - John S. Mankins, 7 Σεπτεμβρίου 2000.

Είναι σαφές ότι τίποτα δεν είναι σαφές. Ας δούμε βαθύτερα τα βασικά αυτής της εκθετικής τεχνολογίας και τη σκοπιμότητά της.

Τι είναι η ηλιακή ενέργεια που προέρχεται από το διάστημα;

Η ηλιακή ενέργεια που εξάγεται στο διάστημα είναι η έννοια της σύλληψης της ηλιακής ενέργειας στο διάστημα και της μετάδοσης απευθείας στη Γη ή σε άλλους κοντινούς πλανήτες.

Με απλά λόγια, θα μπορούσαμε να βάλουμε κάποιεςμηχανισμό στον εξωτερικό χώρο προκειμένου να συλλάβει σχεδόν συνεχώς την ενέργεια του Ήλιου και να μεταφέρει αυτήν την ενέργεια στη Γη. Αυτό μπορεί να συμβεί μέρα ή νύχτα, στη βροχή ή κάτω από έναν καθαρό ουρανό. Μόλις λάβουμε ενέργεια στη Γη για rectenna (μια ειδική κεραία για την ενέργεια), μπορούμε εύκολα να την διανείμουμε χρησιμοποιώντας τις συνήθεις μεθόδους μας. Είναι πολύ απλό.

Υπάρχουν πολλές ιδέες που σχετίζονται με τη διαμόρφωσηκαι την αρχιτεκτονική μηχανισμού SBSP που θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε. Η θέση του συστήματος, η αρχιτεκτονική των δορυφόρων, η συλλογή της ενέργειας και η μετάδοση ενέργειας είναι τα βασικά κύρια σημεία που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την κατανόηση των διαφόρων συστημάτων SBSP. Δεδομένου του αριθμού των προτεινόμενων εννοιών, θα εξετάσουμε μόνο ορισμένες από τις πιο ορατές επιλογές.

Πού να τοποθετήσετε το σύστημα εξόρυξης ηλιακής ενέργειας;

Γεωσύγχρονη, είναι γεωσύγχρονη, (GSO)τροχιά, μεσαία γη (COO) και τροχιά χαμηλής γης (LEO) - αυτές είναι επιλογές για εξέταση. Το πιο ελπιδοφόρο είναι το GSO λόγω της απλοποιημένης γεωμετρίας και της ευθυγράμμισης της κεραίας σε σχέση με την επαναληπτικότητα, την επεκτασιμότητα και τη σχεδόν συνεχή μεταφορά ισχύος. Το κύριο πρόβλημα της GSO είναι μια μεγάλη ποσότητα ακτινοβολίας. Οι γενικοί κοσμικοί κίνδυνοι, όπως οι μικρομετεωρίτες ή οι ηλιακές εκλάμψεις, αποτελούν επίσης απειλή.

Δορυφορική δομή

Δημιουργήστε φεγγάρια εργοστάσια με πολλάτη μεταφορά ή την ανάπτυξη αστεροειδών για τη συναρμολόγηση ή την αυτόματη συναρμολόγηση δορυφόρων SBSP - σε κάθε περίπτωση, η δημιουργία αυτόνομων εργοστασίων διαστήματος θα είναι ένα δύσκολο έργο. Οποιαδήποτε κατασκευή στο διάστημα θα απαιτήσει τη χρήση τοπικών και ελεύθερων υλικών (δηλαδή, σεληνιακή), επιβάλλοντας ορισμένους περιορισμούς στην πολυπλοκότητα των δομών, σε σύγκριση με εκείνους που μπορούν να χτιστούν στη Γη.

Μια ενδιαφέρουσα εγκατάσταση που χτίζουμε σήμερα στη Γη είναι η αρθρωτή ηλιακή μπαταρία που αναπτύχθηκε από την Caltech και τη Northrop Grumann. Παρακολουθήστε το βίντεο παρακάτω.

</ p>

Μια άλλη ενδιαφέρουσα ιδέα από μια ιδιωτική εταιρείαSolaren. Στο μέλλον, σχεδιάζει να πραγματοποιήσει ένα πείραμα με την κατασκευή ενός ηλιακού σταθμού ισχύος 250 MW SBSP σε μια γεωστατική τροχιά. Το 2009, η Solaren συνήψε συμφωνία με τη μεγαλύτερη ενεργειακή εταιρεία PG & E της Καλιφόρνιας για την παροχή της διαστημικής ηλιακής ενέργειας.

Ακόμα και η NASA με την ιδέα ενός αυθαίρετα μεγάλου σταδίου σειράς (που αναπτύχθηκε το 2012) έχει προσελκύσει πρόσφατη προσοχή από τον John S. Mankins, έναν από τους κορυφαίους εμπειρογνώμονες του SBSP παγκοσμίως.

Πώς να συλλέξετε την ενέργεια του ήλιου στο διάστημα;

Δύο βασικές έννοιες που σχετίζονται με τη συλλογήενέργειας, είναι η χρήση φωτοβολταϊκών κυψελών (ηλιακών κυψελών) ή ηλιακής θερμότητας. Μπορείτε να καταγράψετε τη θερμότητα του ήλιου (και συνεπώς την ενέργεια) χρησιμοποιώντας καθρέφτες για να συγκεντρώσετε το φως και να θερμάνετε το υγρό. Ο ατμός, με τη σειρά του, θα περιστρέψει τον στρόβιλο και θα παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Αυτή η έννοια έχει ένα συγκεκριμένο πλεονέκτημα βάρους σε σχέση με τους ηλιακούς συλλέκτες, επειδή μειώνει τη συνολική μάζα ανά watt. Ωστόσο, στις περισσότερες έννοιες, υποτίθεται ότι χρησιμοποιούν φωτοβολταϊκά κύτταρα υπερβολικά χαμηλής και υψηλής απόδοσης.

Πώς να μεταφέρετε την ενέργεια του ήλιου από το διάστημα;

Η μετάδοση ισχύος μικροκυμάτων είναι μια τυπική επιλογή στοΤα σχέδια SBSP οφείλονται στη συνολική απόδοση, αλλά η χρήση της μετάδοσης ισχύος δέσμης λέιζερ είναι μια άλλη ενδιαφέρουσα επιλογή λόγω του μειωμένου βάρους και του κόστους. Ωστόσο, με τη σκέψη μιας ισχυρής ακτίνας λέιζερ, υπάρχει φόβος ότι μπορεί να μετατραπεί σε ένα όπλο διαστήματος (ακτίνα θανάτου). Ωστόσο, τα πρωτόκολλα ασφάλειας θα μπορούσαν εύκολα να εξαλείψουν αυτήν την απειλή. Τα σχέδια μπορούν να δημιουργηθούν για να καλύψουν όλες τις απαιτήσεις για ασφαλή επίπεδα ενέργειας μικροκυμάτων. Δεν θα υπάρχει καμία απειλή για τους κατοίκους των πόλεων και των ζωντανών όντων στο δρόμο των ακτίνων προς τη γη. Μια απλή ανατροφοδότηση μεταξύ της κεραίας και του ορθού θα επέτρεπε τη μείωση της μετάδοσης αν αποκλίνει από την πορεία.

Τώρα που κατανοήσαμε καλύτερα τι είναι το SBSP, ας σκεφτούμε τους μεγαλύτερους περιορισμούς του.

Κόστος εγκατάστασης της μεταφοράς κοσμικής ενέργειας

Μπορεί να φαίνεται ότι όλα είναι όμορφα και ο ήλιοςΘα είναι δισεκατομμύρια χρόνια για να μας δώσετε ελεύθερη ενέργεια. Ωστόσο, υπάρχει πάντα μια αλίευση. Έχουμε ήδη επισημάνει μια σειρά ζητημάτων ασφάλειας, αλλά το κύριο εμπόδιο είναι το κόστος της αποστολής όλων των υλικών που απαιτούνται για το SBSP. Οι τρέχουσες εκτιμήσεις του κόστους αποστολής περίπου 1 κιλού ωφέλιμου φορτίου στο διάστημα κυμαίνονται από 9.000 έως 43.000 δολάρια, ανάλογα με το χρησιμοποιούμενο πυραύλο και διαστημικό σκάφος.

Αν κοιτάξουμε μόνο την αποστολή ηλιακής ενέργειας, το κατώτερο όριο του φάσματος του κόστους εκτόξευσης ενός εξαιρετικά ελαφρού συστήματος SBSP με χωρητικότητα 4 MW είναι 4000 μετρικοί τόνοι. Αλλά πιθανότατα το SBSP θα είναι στην περιοχή των 80.000 μετρικών τόνων.

Χαμηλή βαθμολογία: 4.000 μετρικοί τόνοι x 9.000 δολάρια ανά κιλό = 36.000.000.000 δολάρια

Υψηλή βαθμολογία: 80.000 μετρικοί τόνοι x 43.000 δολάρια ανά χιλιόγραμμο = 3.440.000.000 δολάρια

Αν και αυτοί οι αριθμοί θα είναι εξαιρετικά κατά προσέγγιση, εμείςεξακολουθώντας να έχει αξία περίπου 36 δισεκατομμυρίων δολαρίων έως 3,4 τρισεκατομμυρίων δολαρίων. Χρησιμοποιώντας ένα εργοστάσιο στη Σελήνη ή έναν αστεροειδή ξαφνικά φαίνεται φθηνό.

Τα αποτελέσματα της έρευνας της NASA δείχνουν ότιη κοσμική ηλιακή ενέργεια είναι "οικονομικά βιώσιμη" εάν το αρχικό κόστος κυμαίνεται μεταξύ $ 100-200 ανά χιλιόγραμμο. Παρόλο που οι τιμές συνεχίζουν να μειώνονται, ακόμη και χάρη στις επαναχρησιμοποιούμενες πυραύλες SpaceX, υπάρχει ακόμη πολύς δρόμος. Ωστόσο, αυτή η τάση θα ακολουθήσει τον νόμο του Ray Kurzweil για επιτάχυνση των επιστροφών και η τιμή των εκτοξεύσεων θα συνεχίσει να μειώνεται από δισεκατομμύρια και εκατομμύρια σε αρκετές εκατοντάδες δολάρια.

Περιττό να πούμε ότι το πρόβλημα δεν είναι η τεχνολογία, αλλά το κόστος της.

Το μέλλον της ηλιακής ενέργειας

Η ικανότητα του SBSP να παρέχει καθαρό και αξιόπιστοη ηλεκτρική ενέργεια για τον πλανήτη όλο το εικοσιτετράωρο και επτά ημέρες την εβδομάδα φθηνότερη από οποιαδήποτε άλλη πηγή είναι απολύτως πραγματική. Αλλά θα χρειαστούν δεκαετίες επενδύσεων, συναρμολόγησης, δοκιμών και επιτυχούς υλοποίησης πριν αρχίσει να πληρώνει το σύστημα για το αρχικό κόστος.

Ωστόσο, το σωστό πολιτικό κλίμα αποτελεί ουσιαστικό στοιχείο για την προώθηση του SBSP ως πραγματικής πηγής ενέργειας.

Γιατί χρειαζόμαστε την ενέργεια του ήλιου;

Εάν η πολιτική δεν ληφθεί υπόψη, αφού έλαβε SBSP (ή πυρηνική σύντηξη) κατά την επόμενη δεκαετία, θα μπορούσαμε να ενσωματώσουμε τις ακόλουθες επιστημονικές έννοιες:

  • Ανελκυστήρες χώρου και διαστημικούς πύργους
  • Τροχιακά δαχτυλίδια - χρησιμοποιώντας διαστημικούς ανελκυστήρες, δημιουργήστε ένα δαχτυλίδι γύρω από τη Γη αντί ενός διαστημικού σταθμού για φθηνή κίνηση φορτίου και εξερεύνηση διαστήματος
  • Dyson Σφαίρες - γιγαντιαία κελύφη που καλύπτουν ολόκληρο το αστέρι και απορροφούν ολόκληρη την ενεργειακή του απόδοση
  • Φιγούρες του εγκεφάλου - Σφαίρες Dyson για να μετατρέψουν τα αστέρια σε μαζικούς υπολογιστές χρησιμοποιώντας την ενέργεια που εκπέμπεται από όλα τα αστέρια
  • Κόσμος κόσμους - τεχνητοί πλανήτες που χρησιμοποιούν ένα ολόκληρο αστέρι

Υπάρχουν πολλές επιλογές. Απομένει να επινοηθεί και να αναπτυχθεί. Προτείνετε το δικό σας; Ξεκινήστε από μας συνομιλία στο τηλεγράφημα.