Potęga kosmiczna: historia rozwoju, plusy i minusy

Ludzkość potrzebuje krystalicznie czystej energii z punktu widzenia ochrony środowiska, ponieważ nowoczesne metody produkcji energii poważnie zanieczyszczają środowisko środowisko. Wyjście z impasu eksperci upatrują w innowacyjnej technice. Są one związane z zastosowaniami energii kosmicznej.

Wstępne pomysły

Historia zaczęła się w 1968 roku. To właśnie wtedy Peter Glaser zademonstrował koncepcję masowej technologii satelitarnej. Zamontowano do niego kolektor słoneczny. Miałaby ona wielkość jednej mili kwadratowej. Technologia miała znajdować się 36 tysięcy kilometrów nad równikiem. Celem było zebranie i przetworzenie energii słonecznej na pasmo elektromagnetyczne. Metoda ta polegała na przekazywaniu użytecznej energii do ogromnych anten ziemskich.

W 1970 roku Departament Energii USA wraz z NASA badał projekt Glasera. Jest to Solar Power Satellite (skrót SPS).

Trzy lata później naukowiec uzyskał patent na zaproponowaną metodę. Plan ten, gdyby został zrealizowany, przyniósłby znakomite rezultaty. Przeprowadzono jednak inne obliczenia i okazało się, że planowany satelita wygenerowałby 5000 MW energii, podczas gdy do Ziemi dotarłoby trzy razy mniej. Szacowany koszt projektu wynosił 1 bilion dolarów. Zmusiło to rząd do zamknięcia programu.

90`s

Przyszłe plany zakładały umieszczenie satelitów na skromniejszej wysokości. Do tego celu miały być wykorzystywane niskie orbity ziemskie. Koncepcja ta została opracowana w 1990 roku. został opracowany przez naukowców z Marshall Center. М. В. Keldysh.

Według ich planu w latach 20-30 XXI wieku powinno powstać 10-30 specjalnych zakładów. Każdy z nich będzie zawierał 10 modułów mocy. Łączna moc wszystkich stacji wyniesie od 1,5 do 4,5 GW. Na Ziemi liczba ta osiągnie wartości między 0,75 a 2,25 GW.

A do 2100 roku liczba stacji wzrosłaby do 800. Poziom energii otrzymanej na Ziemi wyniósłby 960 gigawatów. Ale dziś nie ma informacji nawet o projektowaniu opartym na koncepcji.

NASA i działania Japonii

W 1994 roku przeprowadzono specjalny eksperyment. Została ona zorganizowana przez US Air Force. Umieścili zaawansowane satelity fotowoltaiczne na niskiej orbicie okołoziemskiej. Do tego celu wykorzystywano rakiety.

W latach 1995-1997 NASA przeprowadziła dokładne badania nad energią kosmiczną. Analizie poddano jego koncepcje i specyfikę technologiczną.

W 1998 roku Japonia interweniowała na tym terenie. Jego agencja kosmiczna uruchomiła program budowy kosmicznego systemu elektrycznego.

NASA odpowiedziała podobnym programem w 1999 r. W 2000 roku jej rzecznik, John McKeans, powiedział Kongresowi USA, że planowany rozwój będzie wymagał ogromnych nakładów i zaawansowanego technologicznie sprzętu, a także ponad dekady.

В 2001 Japończycy ogłosili plan intensyfikacji badań i wystrzelenia testowego satelity o mocy 10 kW i 1 MW.

W 2009 r. ich agencja badań kosmicznych ogłosiła zamiar wysłania na orbitę specjalnego satelity. Będzie on przesyłał energię słoneczną z powrotem na Ziemię, wykorzystując moc mikrofal. Jego wstępny prototyp ma zostać uruchomiony w 2030 r.

Również w 2009 r. zawarto ważne porozumienie pomiędzy dwoma podmiotami - Solaren i PG&E. Będzie to pierwsza firma produkująca energię w kosmosie. A ten drugi to kupi. Moc energetyczna będzie wynosić 200 megawatów. Wystarcza na zasilenie 250 000 domów. Według niektórych doniesień, projekt został uruchomiony w 2016 r.

W 2010 roku Shimizu opublikował historię o potencjalnej budowie stacji o dużej skali na Księżycu. Panele słoneczne będą wykorzystywane w ogromnych ilościach. Zbudują pas o parametrach 11 000 i 400 km (odpowiednio długość i szerokość).

W 2011 roku kilka dużych japońskich firm rozpoczęło globalny projekt współpracy. Projekt ten obejmowałby 40 satelitów zasilanych energią słoneczną. Przewodnikiem energii do Ziemi będą fale elektromagnetyczne. Będą one odbierane przez lustro o średnicy 3 km. Będzie się koncentrować w pustynnym obszarze oceanu. Projekt miał ruszyć w 2012 roku. Jednak z przyczyn technicznych nie doszło do tego.

Problemy w praktyce

Rozwój kosmicznej potęgi mógłby uratować ludzkość przed kataklizmami. Praktyczna realizacja projektów ma jednak swoje wyzwania.

W założeniu umieszczenie sieci satelitów w przestrzeni kosmicznej miałoby takie zalety:

1. Stałe promieniowanie słoneczne, czyli działanie ciągłe.
2. Całkowicie niezależny od pogody i położenia osi planety.
3. Brak dylematów konstrukcyjnych i korozji.

Realizację pomysłów komplikują następujące problemy:

1. Ogromne parametry anteny - nadajnika energii na powierzchnię planety. Tak więc, na przykład, dla planowanej transmisji z wykorzystaniem mikrofal o częstotliwości 2,25 GHz, średnica takiej anteny wynosiłaby 1 km. A średnica strefy odbioru strumienia energii na Ziemi musi wynosić co najmniej 10 km.
2. Straty energii w drodze powrotnej na Ziemię są rzędu 50%.
3. Ogromne koszty. Dla jednego państwa są to bardzo znaczące kwoty (kilkadziesiąt miliardów dolarów).

Oto plusy i minusy energii kosmicznej. W eliminowanie i minimalizowanie jego wad zaangażowane są wiodące siły. Na przykład amerykańscy konstruktorzy próbują rozwiązać dylematy finansowe z rakietą Falcon 9 firmy SpaceXs. Urządzenia te znacznie zmniejszą wydatki na realizację zamierzonego programu (w szczególności - wystrzelenie satelitów SBSP) .

Program księżycowy

Koncepcja Davida Criswella, by wykorzystać Księżyc jako bazę, była kluczowa.

To optymalne miejsce na rozwiązanie dylematu. Poza tym, gdzie lepiej rozwijać energetykę kosmiczną niż na Księżycu? Jest to terytorium atmosferyczne i pozbawione pogody. Produkcja energii może tu przebiegać w sposób ciągły przy solidnym współczynniku sprawności.

Ponadto wiele elementów baterii można zbudować z materiałów księżycowych, takich jak gleba. To znacznie obniża koszty w sposób podobny do innych wariantów stacji.

Sytuacja w Rosji

Energetyka kosmiczna w kraju jest rozwijana w oparciu o następujące zasady

1. Zaopatrzenie w energię jest kwestią społeczno-polityczną o zasięgu planetarnym.
2. Bezpieczeństwo środowiska jest zasługą inteligentnych badań kosmicznych. Należy stosować "zielone" taryfy energetyczne. Tutaj koniecznie należy uwzględnić społeczne znaczenie przewoźnika.
3. Stałe wsparcie dla programów mających na celu rozwój innowacyjnych sposobów wytwarzania energii.
4. Należy zoptymalizować odsetek energii elektrycznej wytwarzanej przez elektrownie jądrowe.
5. Znalezienie optymalnego stosunku energii z ziemi do energii z przestrzeni kosmicznej.
6. Zastosowania lotnictwa kosmicznego do wytwarzania i przesyłu energii.

Energia kosmiczna w Rosji współgra z programem Federalnego Państwowego Przedsiębiorstwa Unitarnego NPO imienia S.W. Łomonosowa. Lavochkin. Koncepcja oparta jest na kolektorach słonecznych i antenach emitujących. Technologie bazowe - autonomiczne satelity sterowane z Ziemi za pomocą impulsu pilotującego.

Antena wykorzystuje widmo mikrofalowe o krótkich, nawet milimetrowych długościach fali. To stworzy wąskie wiązki w przestrzeni kosmicznej. Wymagałoby to generatorów i wzmacniaczy o skromnych parametrach. Wtedy potrzebne byłyby również znacznie mniejsze anteny.

Inicjatywa TsNIImash

W 2013 roku organizacja ta (będąca jednocześnie kluczowym ramieniem badawczym Roskosmosu) zaproponowała budowę domowych kosmicznych elektrowni słonecznych. Ich zamierzona moc mieściła się w przedziale 1-10 GW. Energia musi być przesyłana bezprzewodowo na Ziemię. Do tego celu, w przeciwieństwie do USA i Japonii, rosyjscy naukowcy zamierzali wykorzystać laser.

Polityka jądrowa

Umieszczenie ogniw słonecznych w przestrzeni kosmicznej wiąże się z pewnymi korzyściami. Ale ważne jest, aby zachować niezbędną orientację. Technologia nie może pozostawać w cieniu. Z tego powodu wielu specjalistów jest sceptycznie nastawionych do programu księżycowego.

A dziś za najbardziej efektywną metodę uważa się "kosmiczną energię jądrową - słoneczną energię kosmiczną". Polegałoby to na umieszczeniu w przestrzeni kosmicznej potężnego reaktora lub generatora jądrowego.

Pierwszy wariant ma ogromną masę i wymaga starannego monitorowania i konserwacji. Teoretycznie może działać autonomicznie w przestrzeni kosmicznej nie dłużej niż rok. To zbyt krótkie ramy czasowe dla programów kosmicznych.

Drugi z nich ma solidną skuteczność. Jednak w warunkach kosmicznych trudno jest zmieniać jego moc. Dziś amerykańscy naukowcy z NASA opracowują zaawansowany model takiego generatora. Krajowi specjaliści również aktywnie działają w tym kierunku.

Ogólne motywy energetyki kosmicznej

Mogą być one wewnętrzne lub zewnętrzne. Do pierwszej kategorii należą:

1. Dramatyczny wzrost liczby ludności na świecie. Według niektórych prognoz, liczba mieszkańców Ziemi pod koniec XXI wieku przekroczy 15 miliardów osób.
2. Stale rosnący poziom zużycia energii.
3. Wykorzystanie klasycznych metod pozyskiwania energii staje się nieistotne. Są one oparte na ropie i gazie.
4. Negatywny wpływ na klimat i atmosferę.

Do drugiej kategorii należą:

1. Sporadyczne spadanie na planetę dużych kawałków meteorytów i komet. Statystycznie rzecz biorąc, zdarza się to raz na stulecie.
2. Zmiana biegunów magnetycznych. Choć okresowość jest tu raz na 2000 lat, istnieje niebezpieczeństwo, że bieguny północny i południowy zamienią się miejscami. Wtedy planeta straci na jakiś czas swoje pole magnetyczne... Mogłoby to doprowadzić do poważnego zatrucia promieniowaniem, ale dobrze funkcjonujący kosmiczny system zasilania mógłby stanowić obronę przed takimi katastrofami.