Žmonijai aplinkos požiūriu reikia krištolo švarios energijos, nes šiuolaikiniai energijos gamybos būdai labai teršia aplinką. Išeitį iš aklavietės ekspertai mato naujoviškuose metoduose. Jie siejami su kosmoso energijos naudojimu.
Pradinės idėjos
Istorija prasidėjo 1968 m. Tada Peteris Glazeris pademonstravo didžiulės palydovinės technologijos idėją. Prie jų buvo sumontuotas saulės kolektorius. Jo dydis yra 1 kvadratinė mylia. Įranga turėjo būti 36 000 km aukštyje virš pusiaujo zonos. Tikslas yra surinkti ir paversti saulės energiją elektromagnetine juosta, mikrobangų srautu. Tokiu būdu naudinga energija turėtų būti perduodama didžiulėms antžeminėms antenoms.
1970 m. JAV Energetikos departamentas kartu su NASA tyrė Glaserio projektą. Tai saulės energijos palydovas (santrumpa SPS).
Po trejų metų mokslininkui buvo suteiktas pasiūlytos technikos patentas. Idėja, jei ji būtų įgyvendinta, duotų puikių rezultatų. Bet buvobuvo atlikti įvairūs skaičiavimai ir paaiškėjo, kad planuojamas palydovas generuos 5000 MW energijos, o Žemė pasieks tris kartus mažiau. Taip pat nustatėme numatomas šio projekto išlaidas – 1 trilijoną USD. Tai privertė vyriausybę uždaryti programą.
90s
Ateityje palydovus planuota išdėstyti kuklesniame aukštyje. Norėdami tai padaryti, jie turėjo naudoti žemas Žemės orbitas. Šią koncepciją 1990 metais sukūrė centro mokslininkai. M. V. Keldysh.
Pagal jų planą XXI amžiaus 20-30-aisiais turėtų būti pastatyta 10-30 specialiųjų stočių. Kiekviename iš jų bus po 10 energijos modulių. Bendras visų stočių parametras bus 1,5 - 4,5 GW. Žemėje indikatorius pasieks reikšmes nuo 0,75 iki 2,25 GW.
Ir 2100 m. stočių skaičius bus padidintas iki 800. Žemėje gaunamos energijos lygis bus 960 GW. Tačiau šiandien nėra informacijos net apie projekto, pagrįsto šia koncepcija, plėtojimą.
NASA ir Japonijos veiksmai
1994 m. buvo atliktas specialus eksperimentas. Jį surengė JAV oro pajėgos. Jie pastatė pažangius fotovoltinius palydovus žemoje orbitoje. Šiam tikslui buvo naudojamos raketos.
1995–1997 m. NASA atliko išsamų kosminės energijos tyrimą. Buvo išanalizuotos jo koncepcijos ir technologinė specifika.
1998 m. Japonija įsikišo į šią sritį. Jos kosmoso agentūra pradėjo kosminės elektros sistemos kūrimo programą.
1999 m. NASA atsakė pradėdama panašią programą. 2000 m. šios organizacijos atstovas Johnas McKinsas kalbėjo prieš JAV Kongresą su pareiškimu, kad planuojamiems projektams reikia didelių išlaidų ir aukštųjų technologijų įrangos, taip pat daugiau nei vieno dešimtmečio.
2001 m. japonai paskelbė apie planą intensyvinti tyrimus ir paleisti bandomąjį palydovą, kurio parametrai yra 10 kW ir 1 MW.
2009 m. jų kosmoso tyrimų agentūra paskelbė apie ketinimą pasiųsti į orbitą specialų palydovą. Jis siųs saulės energiją į Žemę naudodamas mikrobangas. Pradinis jo prototipas turėtų būti paleistas 2030 m.
Taip pat 2009 m. buvo pasirašyta svarbi sutartis tarp dviejų organizacijų – „Solaren“ir „PG&E“. Pagal ją pirmoji įmonė gamins energiją kosmose. O antrasis nusipirks. Tokios energijos galia sieks 200 MW. To pakanka, kad juo būtų galima aprūpinti 250 000 gyvenamųjų pastatų. Remiantis kai kuriomis ataskaitomis, projektas pradėtas įgyvendinti 2016 m.
2010 m. Shimizu koncernas paskelbė medžiagą apie galimą didelio masto stoties statybą Mėnulyje. Saulės baterijos bus naudojamos dideliais kiekiais. Iš jų bus pastatytas diržas, kurio parametrai bus 11 000 ir 400 km (atitinkamai ilgis ir plotis).
2011 m. kelios didelės Japonijos įmonės sumanė pasaulinį bendrą projektą. Tai apėmė 40 palydovų su sumontuotomis saulės baterijomis naudojimą. Elektromagnetinės bangos taps energijos laidininkais į Žemę. Veidrodis juos paimskurių skersmuo 3 km. Jis bus sutelktas vandenyno dykumos zonoje. Projektą planuota pradėti 2012 m. Tačiau dėl techninių priežasčių tai neįvyko.
Problemos praktikoje
Kosmoso energijos plėtra gali išgelbėti žmoniją nuo kataklizmų. Tačiau praktinis projektų įgyvendinimas turi daug sunkumų.
Kaip planuota, palydovų tinklo vieta erdvėje turi šiuos pranašumus:
- Nuolatinis saulės buvimas, tai yra nuolatinis veiksmas.
- Visiška nepriklausomybė nuo oro sąlygų ir planetos ašies padėties.
- Jokių dilemų dėl konstrukcijų masės ir jų korozijos.
Planų įgyvendinimą apsunkina šios problemos:
- Didžiuliai antenos parametrai – energijos siųstuvas į planetos paviršių. Taigi, pavyzdžiui, norint, kad numatytas perdavimas vyktų naudojant 2,25 GHz dažnio mikrobangas, tokios antenos skersmuo būtų 1 km. Ir zonos, kuri gauna energijos srautą Žemėje, skersmuo turi būti ne mažesnis kaip 10 km.
- Perkeliant į Žemę energijos nuostoliai yra apie 50%.
- Didžiulios išlaidos. Vienai šaliai tai labai reikšmingos sumos (kelios dešimtys milijardų dolerių).
Tai yra kosmoso energijos privalumai ir trūkumai. Vadovaujančios galios užsiima jos trūkumų šalinimu ir sumažinimu. Pavyzdžiui, amerikiečių kūrėjai finansines dilemas bando spręsti naudodamiesi raketomis SpaceXs Falcon 9. Šie įrenginiai žymiai sumažins planuojamos programos įgyvendinimo (ypač SBSP palydovų paleidimo) išlaidas.
Mėnulio programa
Pagal David Criswell koncepciją, būtina naudoti Mėnulį kaip pagrindą reikiamai įrangai pastatyti.
Tai optimali vieta dilemai išspręsti. Be to, kur galima išvystyti kosminę energiją, jei ne Mėnulyje? Tai teritorija, kurioje nėra atmosferos ir oro. Energijos gamyba čia gali vykti nuolat ir labai efektyviai.
Be to, daugelis baterijų komponentų gali būti pagaminti iš mėnulio medžiagų, pvz., dirvožemio. Tai žymiai sumažina išlaidas pagal analogiją su kitais stočių variantais.
Padėtis Rusijoje
Šalies kosminės energetikos pramonė vystosi remiantis šiais principais:
- Energijos tiekimas yra socialinė ir politinė planetos masto problema.
- Aplinkos sauga yra kompetentingo kosmoso tyrinėjimo nuopelnas. Turėtų būti taikomi žaliosios energijos tarifai. Čia būtinai atsižvelgiama į jo nešėjo socialinę reikšmę.
- Nuolatinė parama naujoviškoms energetikos programoms.
- Būtina optimizuoti atominėse elektrinėse pagaminamos elektros energijos procentą.
- Optimalaus energijos santykio su žemės ir erdvės koncentracija nustatymas.
- Kosminės aviacijos taikymas švietimui ir energijos perdavimui.
Kosmoso energetika Rusijoje sąveikauja su federalinės valstybinės vieningos įmonės NPO programa. Lavočkinas. Idėja paremta saulės kolektorių ir radiacijos antenų naudojimu. Pagrindinės technologijos – autonominiai palydovai, valdomi iš Žemės atpiloto impulso pagalba.
Antenai naudojamas mikrobangų spektras su trumpomis, net milimetrinėmis bangomis. Dėl to kosmose atsiras siauri spinduliai. Tam reikės kuklių parametrų generatorių ir stiprintuvų. Tada reikės žymiai mažesnių antenų.
TsNIIMash iniciatyva
2013 m. ši organizacija (kuri taip pat yra pagrindinis Roscosmos mokslinis padalinys) pasiūlė statyti vietines kosmines saulės elektrines. Jų numatyta galia siekė 1–10 GW. Energija į Žemę turi būti perduodama belaidžiu būdu. Šiuo tikslu, skirtingai nei JAV ir Japonija, Rusijos mokslininkai ketino naudoti lazerį.
Branduolinė politika
Saulės baterijų vieta erdvėje turi tam tikrų pranašumų. Tačiau čia svarbu griežtai laikytis būtinos orientacijos. Technika neturėtų būti šešėlyje. Šiuo atžvilgiu daugelis ekspertų skeptiškai vertina Mėnulio programą.
Ir šiandien efektyviausiu metodu laikomas „Kosminė atominė energija – saulės kosminė energija“. Tai apima galingo branduolinio reaktoriaus arba generatoriaus pastatymą erdvėje.
Pirmasis variantas turi didžiulę masę ir reikalauja kruopštaus stebėjimo bei priežiūros. Teoriškai jis galės autonomiškai dirbti kosmose ne ilgiau nei metus. Tai per trumpas laikas kosminėms programoms.
Antrasis pasižymi dideliu efektyvumu. Tačiau erdvės sąlygomis sunku keistisjos galia. Šiandien NASA amerikiečių mokslininkai kuria patobulintą tokio generatoriaus modelį. Šia kryptimi aktyviai dirba ir šalies specialistai.
Bendrieji kosmoso energetikos plėtros motyvai
Jie gali būti vidiniai ir išoriniai. Pirmoji kategorija apima:
- Staigiai išaugo pasaulio gyventojų skaičius. Remiantis kai kuriomis prognozėmis, iki XXI amžiaus pabaigos Žemės gyventojų skaičius bus daugiau nei 15 milijardų žmonių.
- Energijos suvartojimas ir toliau didėja.
- Klasikinių energijos gamybos metodų naudojimas tampa nebeaktualus. Jie pagaminti iš naftos ir dujų.
- Neigiamas poveikis klimatui ir atmosferai.
Antra kategorija apima:
- Periodiniai kritimai planetoje, kurią sudaro daugybė meteoritų ir kometų. Remiantis statistika, tai nutinka kartą per šimtmetį.
- Magnetinių polių pokyčiai. Nors dažnis čia yra kartą per 2000 metų, kyla grėsmė, kad šiaurės ir pietų ašigaliai susikeis vietomis. Tada kurį laiką planeta praras magnetinį lauką. Tai kupina rimtos radiacijos žalos, tačiau gerai žinoma kosminė energija gali tapti apsauga nuo tokių nelaimių.
