Hi-Tech

Солнечная энергия, добываемая прямо из космоса. Это вообще возможно?

Прошли годы, и сегодня ученые пытаются воплотить эту научную фантастику в реальность на Земле. Более семидесяти лет назад, в 1941 году, Айзек Азимов написал рассказ, в котором энергию солнца передавали через микроволновые лучи на соседние планеты при помощи космической станции. Множество проектов ждут своего часа. Концепции использования солнечной энергии, получаемой из космоса, или непосредственно в космосе разрабатываются с середины 20 века.

Солнечная энергия это будущее

Профессор Серджио Пеллегрино из Калтеха недавно заявил, что массивное производство энергии системы SBSP и тот факт, что наше солнце будет работать еще 10 миллиардов лет, позволяют нам предположить, что источник энергии у нас не иссякнет еще долго. Используя солнечную энергию в космосе (SBSP), мы могли бы решить наши проблемы с энергией и выбросами парниковых газов с минимальным воздействием на окружающую среду.

Другое фундаментальное исследование, финансируемое NASA, для переоценки и понимания осуществимости SBSP, называлось Space Solar Power Exploratory Research and Technology. Одно из самых обширных исследований NASA за все время, Satellite Power System Concept Development and Evaluation Program, было посвящено конкретно SBSP и обошлось более чем в 50 миллионов долларов, оно проводилось с 1976 по 1980 год. Исследование включало огромное количество твердых научных изысканий, но в целом вывод был таким:

Разработана технологическая карта, которая определяет потенциальные пути для достижения всех необходимых прорывов — хотя и в течение нескольких десятилетий». «Крупномасштабная SSP — это очень сложная интегрированная система систем, которая требует многочисленных значительных прорывов в современных технологиях и возможностях. Манкинс, 7 сентября 2000 года. — Джон С.

Давайте глубже погрузимся в основы этой экспоненциальной технологии и ее реализуемости. Понятно, что ничего не понятно.

Что такое солнечная энергия, получаемая из космоса?

Солнечная энергия, добываемая в космосе, это концепция захвата солнечной энергии в космическом пространстве и передачи ее прямо на Землю или другие ближайшие планеты.

Это может происходить днем или ночью, в дождь или при ясном небе. Проще говоря, мы могли поместить какой-нибудь механизм в космическое пространство, чтобы почти непрерывно захватывать энергию Солнца и передавать эту энергию на Землю. Все очень просто. Как только мы получаем энергию на Земле на ректенну (специальная антенна для получения энергии), мы сможем легко распределить ее с помощью наших обычных методов.

Место размещения системы, архитектура спутников, сбор энергии и передача энергии — это основные крупные пункты, на которые следует обратить внимание при понимании различных систем SBSP. Существует масса идей, связанных с конфигурацией и архитектурой механизма SBSP, которые мы могли бы использовать. Учитывая количество предлагаемых концепций, мы рассмотрим только некоторые из наиболее заметных вариантов.

Где разместить систему добычи солнечной энергии?

Наиболее перспективной является ГСО из-за упрощенной геометрии и выравнивания антенны по отношению к ректенне, масштабируемости и почти непрерывной передачи энергии. Геосинхронная, она же геостационарная, (ГСО) орбита, средняя околоземная (СОО) и низкая околоземная орбита (НОО) — вот варианты к рассмотрению. Общие космические опасности, такие как микрометеориты или солнечные вспышки, также представляют угрозу. Основная проблема ГСО — большое количество радиационного излучения.

Спутниковая архитектура

Любое строительство в космосе потребует использования местных и бесплатных материалов (то есть лунных), при этом накладывает определенные ограничения на сложность конструкций, если сравнивать с теми, что можно построить на Земле. Создать лунные фабрики с большим количеством перевозок или же разработать астероиды для сборки или самосборки спутников SBSP — в любом случае, создание автономных космических фабрик будет сложной задачей.

Посмотрите на нее на видео ниже. Одна интересная установка, которую мы сейчас строим на Земле, это модульная солнечная батарея разработки Калтеха и Northrop Grumann.

В будущем она планирует провести эксперимент со строительством солнечной электростанции SBSP мощностью 250 МВт на геостационарной орбите. Другая интересная концепция от частной компании Solaren. В 2009 году Solaren заключила соглашение с крупнейшей энергетической компанией Калифорнии PG&E на обеспечение ее космической солнечной энергией.

Манкинса, одного из ведущих экспертов SBSP в мире. Даже NASA с концепцией произвольно большой фазированной решетки (разработанной в 2012 году) привлекла к себе недавнее внимание от Джона С.

Как собирать энергию солнца в космосе?

Можно улавливать солнечное тепло (а значит и энергию), используя зеркала для концентрации света и нагрева жидкости. Две основные концепции, связанные со сбором энергии, это использование фотогальванических элементов (солнечных батарей) или солнечного тепла. Эта концепция обладает определенным весовым преимуществом по сравнению с солнечными панелями, поскольку снижает общую массу на ватт. Пар, в свою очередь, будет вращать турбину и вырабатывать электричество. Однако в большинстве концепций предполагается использовать сверлегкие и высокоэффективные фотоэлектрические элементы.

Как передавать энергию солнца из космоса?

Тем не менее, при мысли о мощном лазерном луче  возникает опасение, что его можно превратить в космическое оружие (луч смерти). Микроволновая передача энергии — типичный выбор в конструкциях SBSP из-за общей эффективности, но использование передачи энергии по лазерному лучу — еще одна интересная опция из-за сниженного веса и стоимости. Конструкции можно создавать с учетом всех требований к безопасным уровням микроволновой энергии. Однако протоколы безопасности могли бы с легкостью устранить эту угрозу. Простая обратная связь между антенной и ректенной позволила бы вырубить передачу, если она отклонится от курса. Не будет никакой угрозы для жителей городов и живых существ на пути лучей к земле.

Теперь, когда мы лучше поняли, что такое SBSP, давайте погрузимся в ее наибольшие ограничения.

Стоимость установки передачи космической энергии

Однако всегда есть подвох. Может показаться, что все прекрасно и солнце будет миллиарды лет обеспечивать нас бесплатной энергией. Текущие сметы расходов на отправку примерно 1 кг полезного груза в космос варьируются от 9000 до 43 000 долларов США в зависимости от используемой ракеты и космического аппарата. Мы уже отметили ряд проблем безопасности, но главное препятствие связано с затратами на отправку всех материалов, необходимых для SBSP.

Но вероятнее всего SBSP будет в диапазоне 80000 метрических тонн. Если мы посмотрим только на отправку солнечных панелей, нижний предел спектра затрат на запуск сверхлегкой системы SBSP мощностью 4 МВт составляет 4000 метрических тонн.

Низкая оценка: 4000 метрических тонн х 9000 долларов за килограмм = 36 000 000 000 долларов

Высокая оценка: 80 000 метрических тонн х 43 000 долларов за килограмм = 3 440 000 000 000 долларов

Использование фабрики на Луне или астероиде внезапно кажется дешевым. Хотя эти цифры будут крайне приблизительными, мы все еще получаем приблизительную стоимость от 36 миллиардов долларов до 3,4 триллиона долларов.

Хотя цены продолжаю падать, в том числе благодаря многоразовым ракетам SpaceX, предстоит еще долгий путь. Результаты исследования NASA показывают, что космическая солнечная энергия является «экономически жизнеспособной», если стартовые затраты будут колебаться в пределах 100-200 долларов за килограмм. Тем не менее, эта тенденция будет следовать закону ускоряющейся отдачи Рэя Курцвейла, и цены на запуски будут продолжать снижаться с миллиардов и миллионов до нескольких сотен долларов.

Излишне говорить, что проблема не в технологии, а в ее стоимости.

Будущее солнечной энергии

Но потребуются десятилетия инвестиций, сборки, тестирования и успешного внедрения, прежде чем система начнет окупать свои первоначальные затраты. Способность SBSP обеспечивать чистую и надежную электроэнергию для планеты круглосуточно и без выходных дешевле любого другого источника — абсолютно реальна.

И все же, важнейшим компонентом продвижения SBSP как фактического источника энергии является правильный политический климат.

Зачем нам энергия солнца?

Если не принимать во внимание политику, получив SBSP (или ядерный синтез) в следующем десятилетии, мы могли бы воплотить такие научные концепции:

  • Космические лифты и космические башни
  • Орбитальные кольца — используя космические лифты, создать кольцо вокруг Земли вместо космической станции для дешевого передвижения грузов и освоения космоса
  • Сферы Дайсона — гигантские оболочки, охватывающие целую звезду и поглощающие весь ее выход энергии
  • Матрешечные мозги — слоеные сферы Дайсона для превращения звезд в массивные компьютеры с использованием энергии, выделяемой всеми звездами
  • Миры-кольца — искусственные планеты, использующие целую звезду

Осталось только их придумать и разработать. Вариантов много. Начните в нашем чате в Телеграме. Предложите свои?

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть