מחקר

אנרגיה סולארית, המופקת ישירות מהחלל. האם זה אפשרי בכלל?

לפני יותר משבעים שנה, בשנת 1941, יצחקאזימוב כתב סיפור שבו האנרגיה של השמש הועברה דרך קרני מיקרוגל אל כוכבי לכת שכנים בעזרת תחנת חלל. שנים חלפו, והיום המדענים מנסים לתרגם את המדע הבדיוני הזה למציאות על כדור הארץ. המושגים של שימוש באנרגיה סולארית הנגזרים מהחלל או ישירות בחלל פותחו מאז אמצע המאה ה -20. פרויקטים רבים מחכים בכנפיים.

אנרגיה סולארית היא העתיד

באמצעות אנרגיה סולארית בחלל (SBSP), אנחנויכול לפתור את האנרגיה שלנו ואת בעיות גז החממה עם השפעה סביבתית מינימלית. פרופ 'סרג'יו פלגרינו מקלטק הצהיר לאחרונה כי ייצור אנרגיה מסיבית של מערכת SBSP והעובדה השמש שלנו יעבוד עוד 10 מיליארד שנים עולה כי מקור האנרגיה לא נגמר לנו במשך זמן רב.

אחד המחקרים הנרחבים ביותר של נאס"א לכלזמן, הלוויין כוח מערכת קונספט פיתוח והערכה התוכנית, הוקדשה במיוחד עבור SBSP ועלות יותר מ -50 מיליון דולר, הוא נערך מ 1976 עד 1980. מחקר בסיסי נוסף במימון נאס"א כדי להעריך מחדש ולהבין את ההיתכנות של SBSP נקרא כוח השמש כוח מחקר חקר וטכנולוגיה. המחקר כלל כמות עצומה של מחקר מדעי מוצק, אך המסקנה הכללית היתה כדלקמן:

"SSP בקנה מידה גדול הוא מאוד מסובךמערכת משולבת של מערכות הדורשת פריצות דרך משמעותיות רבות בטכנולוגיות ויכולות מודרניות. מפת הדרכים פותחה ומזהה נתיבים אפשריים כדי להשיג את כל פריצות הדרך הדרושות - אם כי במשך כמה עשורים ". - ג'ון ס. מנקינס, 7 בספטמבר 2000.

ברור ששום דבר לא ברור. בואו לצלול עמוק יותר לתוך היסודות של הטכנולוגיה הזו מעריכי ואת היתכנותו.

מהי אנרגיה סולארית הנגזרת מהחלל?

אנרגיה סולארית, המופקת בחלל, היא המושג של לכידת אנרגיה סולארית בחלל החיצון והעברתה ישירות לכדור הארץ או לכוכבי לכת אחרים בקרבת מקום.

במילים פשוטות, אנחנו יכולים לשים כמהמנגנון לתוך החלל החיצון כדי כמעט ברציפות ללכוד את האנרגיה של השמש ולהעביר את האנרגיה הזאת לכדור הארץ. זה יכול להתרחש יום או לילה, בגשם או מתחת לשמים בהירים. ברגע שאנו מקבלים אנרגיה על כדור הארץ עבור rectenna (אנטנה מיוחדת לאנרגיה), אנחנו יכולים בקלות להפיץ אותו בשיטות הרגילות שלנו. זה פשוט מאוד.

יש הרבה רעיונות הקשורים לתצורהואת הארכיטקטורה מנגנון SBSP שאנחנו יכולים להשתמש. המיקום של המערכת, הארכיטקטורה של לוויינים, אוסף של אנרגיה והעברת האנרגיה הם הנקודות העיקריות העיקריות להיחשב כאשר הבנת מערכות SBSP שונים. בהתחשב במספר המושגים המוצעים, נשקול רק חלק מהאפשרויות הגלוי ביותר.

היכן למקם את מערכת החילוץ של אנרגיה סולארית?

גיאוסינכרוני, זה גיאוסינכרוני, (GSO)מסלול, כדור-קרקע (COO) ומסלול כדור-הארץ נמוך (LEO) - אלו הן אפשרויות לתמורה. המבטיח ביותר הוא GSO בגלל הגיאומטריה הפשוטה ואת היישור של האנטנה ביחס לרקטה, יכולת הרחבה והעברה כמעט רציפה של הספק. הבעיה העיקרית של GSO היא כמות גדולה של קרינה. סיכונים קוסמיים כלליים, כגון מיקרו-מטאורטים או התלקחויות סולריות, מהווים איום.

אדריכלות הלוויין

יצירת מפעלי הירח עם הרבההובלה או פיתוח אסטרואידים להרכבת או להרכבת עצמית לוויינים SBSP - בכל מקרה, הקמת מפעלי חלל אוטונומיים תהיה משימה קשה. כל בנייה בחלל תדרוש שימוש בחומרים מקומיים וחופשיים (כלומר, ירחי), תוך הטלת מגבלות מסוימות על המורכבות של המבנים, בהשוואה לאלו שניתן לבנות על פני כדור הארץ.

התקנה מעניינת אחת שאנחנו כרגע בונים על כדור הארץ היא סוללה סולארית מודולרית שפותחה על ידי Caltech ו Northrop גרומן. צפה בסרטון שלהלן.

</ p>

רעיון מעניין נוסף מחברה פרטיתשמש. בעתיד, היא מתכננת לערוך ניסוי בבניית תחנת כוח סולארית של 250 מגה-ואט של מגה-ואט במסלול גיאוסטציונרי. בשנת 2009, סולארין נכנסה להסכם עם חברת האנרגיה הגדולה ביותר של קליפורניה PG & E כדי לספק לו אנרגיה סולארית בחלל.

אפילו NASA עם הקונספט של מערך בשלבים גדול באופן שרירותי (שפותח בשנת 2012) משכה תשומת לב לאחרונה מאת ג 'ון ס' מנקינס, אחד המומחים המובילים בעולם SBSP.

כיצד לאסוף את האנרגיה של השמש בחלל?

שני מושגים עיקריים הקשורים לאוסףאנרגיה, הוא השימוש בתאים פוטו-וולטאיים (תאים סולריים) או בחום השמש. אתה יכול ללכוד את החום של השמש (ומכאן אנרגיה) באמצעות מראות כדי לרכז את האור לחמם את הנוזל. Steam, בתורו, יהיה לסובב את הטורבינה וליצור חשמל. מושג זה יש יתרון משקל מסוים על פני פאנלים סולאריים, כי זה מקטין את המסה הכוללת לכל ואט. עם זאת, ברוב המושגים היא אמורה להשתמש בתאורה פוטו-וולטאית ותאורה גבוהה.

כיצד להעביר את האנרגיה של השמש מהחלל?

העברת כוח מיקרוגל היא אופיינית לבחירהSBSP עיצובים בשל היעילות הכוללת, אבל השימוש של קרן הלייזר כוח השידור הוא עוד אפשרות מעניינת בשל משקל מופחת ועלות. עם זאת, על המחשבה של קרן לייזר חזקה, יש חשש כי זה יכול להיות כלי נשק (קרן המוות). עם זאת, פרוטוקולי אבטחה יכול בקלות לבטל את האיום הזה. עיצובים ניתן ליצור כדי לעמוד בכל הדרישות לרמות בטוח של אנרגיה מיקרוגל. לא יהיה איום על תושבי הערים ועל היצורים החיים על מסלול הקרניים אל האדמה. משוב פשוט בין האנטנה לבין רקטלי יאפשר את השידור להיות לחתוך אם הוא חורג מן הקורס.

עכשיו שיש לנו להבין טוב יותר מה הוא SBSP, בואו לצלול לתוך המגבלות הגדולות ביותר שלה.

עלות ההתקנה של העברת האנרגיה הקוסמית

זה אולי נראה כי הכל יפה השמשזה יהיה מיליארדי שנים כדי לספק לנו אנרגיה חופשית. עם זאת, תמיד יש לתפוס. יש לנו כבר ציין מספר בעיות אבטחה, אבל המכשול העיקרי הוא העלות של משלוח כל החומרים הדרושים עבור SBSP. ההערכות הנוכחיות של עלות שליחת כ 1 ק"ג של מטענים לחלל נע בין 9,000 ל 43,000 דולר, בהתאם הרקטות חללית בשימוש.

אם אנחנו רק מסתכלים על שליחת השמשלוחות, הגבול התחתון של הספקטרום של עלות השקת מערכת Ultra-SBSP Ultra עם קיבולת של 4 MW הוא 4000 טון. אבל סביר להניח SBSP יהיה בטווח של 80,000 טון.

ציון נמוך: 4,000 טון x 9,000 דולר לק"ג = 36,000,000,000 דולר

ציון גבוה: 80,000 טון מטרי x 43,000 דולר לקילוגרם = 3,440,000,000 דולר

למרות שמספרים אלה יהיו משוערים ביותר, אנועדיין מקבל בערך משוער של 36 $ ל $ 3.4 טריליון דולר. שימוש במפעל על הירח או אסטרואיד פתאום נראה זול.

תוצאות המחקר של נאס"א מראות זאתאנרגיה סולארית קוסמית היא "מבחינה כלכלית" אם עלויות ההתחלה להשתנות בין $ 100-200 לק"ג. למרות המחירים ממשיכים ליפול, כולל תודות רקטות SpaceX לשימוש חוזר, יש עדיין דרך ארוכה ללכת. עם זאת, מגמה זו תלך בעקבות החוק של ריי קורצווייל להאצת התשואות, ומחיר השיגור ימשיך לרדת ממיליארדים ומיליונים לכמה מאות דולרים.

למותר לציין, הבעיה היא לא טכנולוגיה, אבל העלות שלה.

העתיד של אנרגיה סולארית

היכולת של SBSP לספק נקי ואמיןחשמל עבור כדור הארץ סביב השעון שבעה ימים בשבוע זול יותר מאשר כל מקור אחר הוא אמיתי לחלוטין. אבל זה ייקח עשרות שנים של השקעה, הרכבה, בדיקות וביצוע מוצלח לפני המערכת מתחילה לשלם על עלויות הראשונית שלה.

ובכל זאת, האקלים הפוליטי הנכון הוא מרכיב חיוני בקידום SBSP כמקור אנרגיה בפועל.

למה אנחנו צריכים את האנרגיה של השמש?

אם המדיניות לא נלקחת בחשבון, לאחר שקיבלנו SBSP (או היתוך גרעיני) בעשור הקרוב, נוכל לגלם את המושגים המדעיים הבאים:

  • מגדלי החלל ומגדלי החלל
  • טבעות מסלוליות - באמצעות מעליות שטח, ליצור טבעת סביב כדור הארץ במקום תחנת החלל עבור תנועת המטען הזול וחקר החלל
  • דייסון ספירס - פגזים ענקיים המכסים את כל הכוכב וקולט את כל תפוקת האנרגיה שלו
  • קינון המוח - Dyson puff spheres להפוך כוכבים למחשבים מסיביים באמצעות האנרגיה הנפלטת על ידי כל הכוכבים
  • טבעות עולמות - כוכבי לכת מלאכותיים באמצעות כוכב שלם

ישנן אפשרויות רבות. נותר רק להמציא ולפתח אותם. הצע משלך? התחל ב צ 'אט ב מברק.