Research

Сонячна енергія, що видобувається прямо з космосу. Це взагалі можливо?

Понад сімдесят років тому, в 1941 році, АйзекАзімов написав оповідання, в якому енергію сонця передавали через мікрохвильові промені на сусідні планети за допомогою космічної станції. Пройшли роки, і сьогодні вчені намагаються втілити цю наукову фантастику в реальність на Землі. Концепції використання сонячної енергії, одержуваної з космосу, або безпосередньо в космосі розробляються з середини 20 століття. Безліч проектів чекають свого часу.

Сонячна енергія це майбутнє

Використовуючи сонячну енергію в космосі (SBSP), мимогли б вирішити наші проблеми з енергією і викидами парникових газів з мінімальним впливом на навколишнє середовище. Професор Серджіо Пеллегріно з Калтеха недавно заявив, що масивне виробництво енергії системи SBSP і той факт, що наше сонце буде працювати ще 10 мільярдів років, дозволяють нам припустити, що джерело енергії у нас не вичерпається ще довго.

Одне з найбільших досліджень NASA за всечас, Satellite Power System Concept Development and Evaluation Program, було присвячено конкретно SBSP і обійшлося більш ніж в 50 мільйонів доларів, воно проводилося з 1976 по 1980 рік. Інша фундаментальне дослідження, що фінансується NASA, для переоцінки і розуміння здійсненності SBSP, називалося Space Solar Power Exploratory Research and Technology. Дослідження включало величезна кількість твердих наукових досліджень, але в цілому висновок був таким:

«Великомасштабна SSP - це дуже складнаінтегрована система систем, яка вимагає численних значних проривів в сучасних технологіях і можливості. Розроблено технологічну карту, яка визначає потенційні шляхи для досягнення всіх необхідних проривів - хоча і протягом декількох десятиліть ». - Джон С. Манкінс, 7 вересня 2000 року.

Зрозуміло що нічого не зрозуміло. Давайте глибше зануримося в основи цієї експоненційної технології та її можливості бути реалізованим.

Що таке сонячна енергія, що отримується з космосу?

Сонячна енергія, що видобувається в космосі, це концепція захоплення сонячної енергії в космічному просторі і передачі її прямо на Землю або інші найближчі планети.

Простіше кажучи, ми могли помістити який-небудьмеханізм в космічний простір, щоб майже безперервно захоплювати енергію Сонця і передавати цю енергію на Землю. Це може відбуватися вдень чи вночі, в дощ або при ясному небі. Як тільки ми отримуємо енергію на Землі на ректенну (спеціальна антена для отримання енергії), ми зможемо легко розподілити її за допомогою наших звичайних методів. Все дуже просто.

Існує маса ідей, пов'язаних зі зміноюі архітектурою механізму SBSP, які ми могли б використовувати. Місце розміщення системи, архітектура супутників, збір енергії і передача енергії - це основні великі пункти, на які слід звернути увагу при розумінні різних систем SBSP. З огляду на кількість пропонованих концепцій, ми розглянемо тільки деякі з найбільш помітних варіантів.

Де розмістити систему видобутку сонячної енергії?

Геосинхронной, вона ж геостаціонарна, (ДСО)орбіта, середня навколоземну (СОО) і низька навколоземну орбіту (НГО) - ось варіанти до розгляду. Найбільш перспективною є ДСО через спрощеної геометрії і вирівнювання антени по відношенню до ректенне, масштабованості і майже безперервної передачі енергії. Основна проблема ДСО - велика кількість радіаційного випромінювання. Загальні космічні небезпеки, такі як мікрометеорити або сонячні спалахи, також становлять загрозу.

супутникова архітектура

Створити місячні фабрики з великою кількістюперевезень або ж розробити астероїди для складання або самозборки супутників SBSP - в будь-якому випадку, створення автономних космічних фабрик буде складним завданням. Будь-яке будівництво в космосі потребують використання місцевих і безкоштовних матеріалів (тобто місячних), при цьому накладає певні обмеження на складність конструкцій, якщо порівнювати з тими, що можна побудувати на Землі.

Одна цікава установка, яку ми зараз будуємо на Землі, це модульна сонячна батарея розробки Калтеха і Northrop Grumann. Подивіться на неї на відео нижче.

</ P>

Інша цікава концепція від приватної компаніїSolaren. У майбутньому вона планує провести експеримент з будівництвом сонячної електростанції SBSP потужністю 250 МВт на геостаціонарній орбіті. У 2009 році Solaren уклала угоду з найбільшою енергетичною компанією Каліфорнії PG & E на забезпечення її космічної сонячної енергією.

Навіть NASA з концепцією довільно великий фазированной решітки (розробленої в 2012 році) привернула до себе недавнє увагу від Джона С. Манкінса, одного з провідних експертів SBSP в світі.

Як збирати енергію сонця в космосі?

Дві основні концепції, пов'язані зі збороменергії, це використання фотогальванічних елементів (сонячних батарей) або сонячного тепла. Можна вловлювати сонячне тепло (а значить і енергію), використовуючи дзеркала для концентрації світла і нагріву рідини. Пар, в свою чергу, буде обертати турбіну і виробляти електрику. Ця концепція має певний ваговим перевагою в порівнянні з сонячними панелями, оскільки знижує загальну масу на ват. Однак в більшості концепцій передбачається використовувати сверлегкіе і високоефективні фотоелектричні елементи.

Як передавати енергію сонця з космосу?

Мікрохвильова передача енергії - типовий вибір вконструкціях SBSP через загальної ефективності, але використання передачі енергії по лазерному променю - ще одна цікава опція через зниженого ваги і вартості. Проте, при думці про потужний лазерному промені виникає побоювання, що його можна перетворити в космічну зброю (промінь смерті). Однак протоколи безпеки могли б з легкістю усунути цю загрозу. Конструкції можна створювати з урахуванням всіх вимог до безпечних рівнів мікрохвильової енергії. Не буде ніякої загрози для жителів міст і живих істот на шляху променів до землі. Проста зворотний зв'язок між антеною і ректенной дозволила б вирубати передачу, якщо вона відхилиться від курсу.

Тепер, коли ми краще зрозуміли, що таке SBSP, давайте зануримося в її найбільші обмеження.

Вартість установки передачі космічної енергії

Може здатися, що все прекрасно і сонцебуде мільярди років забезпечувати нас безкоштовної енергією. Однак завжди є підступ. Ми вже відзначили ряд проблем безпеки, але головна перешкода пов'язано з витратами на відправку всіх матеріалів, необхідних для SBSP. Поточні кошторису витрат на відправку приблизно 1 кг корисного вантажу в космос варіюються від 9000 до 43 000 доларів США в залежності від використовуваної ракети і космічного апарату.

Якщо ми подивимося тільки на відправку сонячнихпанелей, нижня межа спектру витрат на запуск надлегкої системи SBSP потужністю 4 МВт становить 4000 метричних тонн. Але найімовірніше SBSP буде в діапазоні 80000 метричних тонн.

низька оцінка: 4000 метричних тонн х 9000 доларів за кілограм = 36 000 000 000 доларів

Висока оцінка: 80 000 метричних тонн х 43 000 доларів за кілограм = 3 440 000 000 000 доларів

Хоча ці цифри будуть вкрай приблизними, мивсе ще отримуємо приблизну вартість від 36 мільярдів доларів до 3,4 трильйона доларів. Використання фабрики на Місяці або астероїді раптово здається дешевим.

Результати дослідження NASA показують, щокосмічна сонячна енергія є «економічно життєздатною», якщо стартові витрати будуть коливатися в межах 100-200 доларів за кілограм. Хоча ціни продовжую падати, в тому числі завдяки багаторазовим ракетам SpaceX, чекає ще довгий шлях. Проте, ця тенденція буде діяти за законом прискорюється віддачі Рея Курцвейла, і ціни на запуски будуть продовжувати знижуватися з мільярдів і мільйонів до декількох сотень доларів.

Зайве говорити, що проблема не в технології, а в її вартості.

Майбутнє сонячної енергії

Здатність SBSP забезпечувати чисту і надійнуелектроенергію для планети цілодобово і без вихідних дешевше будь-якого іншого джерела - абсолютно реальна. Але будуть потрібні десятиліття інвестицій, збірки, тестування і успішного впровадження, перш ніж система почне окупати свої початкові витрати.

І все ж, найважливішим компонентом просування SBSP як фактичного джерела енергії є правильний політичний клімат.

Навіщо нам енергія сонця?

Якщо не брати до уваги політику, отримавши SBSP (або ядерний синтез) в наступному десятилітті, ми могли б втілити такі наукові концепції:

  • Космічні ліфти і космічні вежі
  • орбітальні кільця - використовуючи космічні ліфти, створити кільце навколо Землі замість космічної станції для дешевого пересування вантажів і освоєння космосу
  • сфери Дайсона - гігантські оболонки, що охоплюють цілу зірку і поглинають весь її вихід енергії
  • матрешечная мізки - листкові сфери Дайсона для перетворення зірок в масивні комп'ютери з використанням енергії, що виділяється усіма зірками
  • Світи-кільця - штучні планети, що використовують цілу зірку

Варіантів багато. Залишилося тільки їх придумати і розробити. Запропонуйте свої? Почніть в нашому чаті в Телеграма.