Η ανθρωπότητα χρειάζεται κρυστάλλινη καθαρή ενέργεια από περιβαλλοντική άποψη, καθώς οι σύγχρονες μέθοδοι παραγωγής ενέργειας ρυπαίνουν σοβαρά το περιβάλλον. Οι ειδικοί βλέπουν διέξοδο από το αδιέξοδο σε καινοτόμες μεθόδους. Συνδέονται με τη χρήση της διαστημικής ενέργειας.
Αρχικές ιδέες
Η ιστορία ξεκίνησε το 1968. Στη συνέχεια ο Peter Glazer έδειξε την ιδέα της τεράστιας δορυφορικής τεχνολογίας. Τους τοποθετήθηκε ένας ηλιακός συλλέκτης. Το μέγεθός του είναι 1 τετραγωνικό μίλι. Ο εξοπλισμός υποτίθεται ότι βρισκόταν σε υψόμετρο 36.000 km πάνω από τη ζώνη του ισημερινού. Ο στόχος είναι η συλλογή και η μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε μια ηλεκτρομαγνητική ζώνη, ένα ρεύμα μικροκυμάτων. Με αυτόν τον τρόπο, χρήσιμη ενέργεια θα πρέπει να μεταδίδεται σε τεράστιες επίγειες κεραίες.
Το 1970, το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, μαζί με τη NASA, μελέτησαν το έργο Glaser. Αυτό είναι το Solar Power Satellite (συντομογραφία SPS).
Τρία χρόνια αργότερα, χορηγήθηκε στον επιστήμονα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την προτεινόμενη τεχνική. Η ιδέα, εάν εφαρμοστεί, θα έφερνε εξαιρετικά αποτελέσματα. Υπήρχαν όμωςΠραγματοποιήθηκαν διαφορετικοί υπολογισμοί και αποδείχθηκε ότι ο προγραμματισμένος δορυφόρος θα παρήγαγε 5000 MW ενέργειας και η Γη θα έφτανε τρεις φορές λιγότερο. Καθορίσαμε επίσης το εκτιμώμενο κόστος για αυτό το έργο - 1 τρισεκατομμύριο δολάρια. Αυτό ανάγκασε την κυβέρνηση να κλείσει το πρόγραμμα.
90s
Στο μέλλον, οι δορυφόροι σχεδιάστηκε να βρίσκονται σε πιο μέτριο ύψος. Για να γίνει αυτό, έπρεπε να χρησιμοποιήσουν χαμηλές γήινες τροχιές. Αυτή η ιδέα αναπτύχθηκε το 1990 από ερευνητές του Κέντρου. M. V. Keldysh.
Σύμφωνα με το σχέδιό τους, θα πρέπει να κατασκευαστούν 10-30 ειδικοί σταθμοί τη δεκαετία του 20-30 του 21ου αιώνα. Κάθε ένα από αυτά θα περιλαμβάνει 10 ενεργειακές μονάδες. Η συνολική παράμετρος όλων των σταθμών θα είναι 1,5 - 4,5 GW. Στη Γη, ο δείκτης θα φτάσει τιμές από 0,75 έως 2,25 GW.
Και μέχρι το 2100 ο αριθμός των σταθμών θα αυξηθεί σε 800. Το επίπεδο ενέργειας που λαμβάνεται στη Γη θα είναι 960 GW. Αλλά σήμερα δεν υπάρχουν πληροφορίες ούτε καν για την ανάπτυξη ενός έργου που βασίζεται σε αυτή την ιδέα.
Δράσεις NASA και Ιαπωνίας
Το 1994, πραγματοποιήθηκε ένα ειδικό πείραμα. Φιλοξενήθηκε από την Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ. Τοποθέτησαν προηγμένους φωτοβολταϊκούς δορυφόρους σε χαμηλή γήινη τροχιά. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν πύραυλοι.
Από το 1995 έως το 1997, η NASA διεξήγαγε μια ενδελεχή μελέτη της διαστημικής ενέργειας. Οι έννοιες και οι τεχνολογικές του ιδιαιτερότητες αναλύθηκαν.
Το 1998, η Ιαπωνία παρενέβη σε αυτόν τον τομέα. Η διαστημική της υπηρεσία ξεκίνησε ένα πρόγραμμα για την κατασκευή ενός διαστημικού ηλεκτρικού συστήματος.
Το 1999, η NASA απάντησε ξεκινώντας ένα παρόμοιο πρόγραμμα. Το 2000, ένας εκπρόσωπος αυτής της οργάνωσης, ο John McKins, μίλησε ενώπιον του Κογκρέσου των ΗΠΑ με μια δήλωση ότι οι προγραμματισμένες εξελίξεις απαιτούν τεράστια έξοδα και εξοπλισμό υψηλής τεχνολογίας, καθώς και περισσότερο από μια δεκαετία.
Το 2001, οι Ιάπωνες ανακοίνωσαν ένα σχέδιο για την εντατικοποίηση της έρευνας και την εκτόξευση δοκιμαστικού δορυφόρου με παραμέτρους 10 kW και 1 MW.
Το 2009, η υπηρεσία εξερεύνησης του διαστήματος ανακοίνωσε την πρόθεσή τους να στείλουν έναν ειδικό δορυφόρο σε τροχιά. Θα στείλει ηλιακή ενέργεια στη Γη χρησιμοποιώντας μικροκύματα. Το αρχικό του πρωτότυπο θα πρέπει να κυκλοφορήσει το 2030.
Επίσης, το 2009, υπογράφηκε μια σημαντική συμφωνία μεταξύ δύο οργανισμών - της Solaren και της PG&E. Σύμφωνα με αυτήν, η πρώτη εταιρεία θα παράγει ενέργεια στο διάστημα. Και ο δεύτερος θα το αγοράσει. Η ισχύς μιας τέτοιας ενέργειας θα είναι 200 MW. Αυτό είναι αρκετό για να παρέχει σε 250.000 κτίρια κατοικιών. Σύμφωνα με ορισμένες αναφορές, το έργο άρχισε να υλοποιείται το 2016.
Το 2010, η ανησυχία Shimizu δημοσίευσε υλικό σχετικά με την πιθανή κατασκευή ενός σταθμού μεγάλης κλίμακας στο φεγγάρι. Οι ηλιακοί συλλέκτες θα χρησιμοποιηθούν σε μεγάλες ποσότητες. Από αυτά θα κατασκευαστεί μια ζώνη, η οποία θα έχει παραμέτρους 11.000 και 400 km (μήκος και πλάτος, αντίστοιχα).
Το 2011, πολλές μεγάλες ιαπωνικές εταιρείες συνέλαβαν ένα παγκόσμιο κοινό έργο. Αφορούσε τη χρήση 40 δορυφόρων με τοποθετημένες ηλιακές μπαταρίες. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα θα γίνουν αγωγοί ενέργειας προς τη Γη. Θα τους πάρει ο καθρέφτηςμε διάμετρο 3 km. Θα συγκεντρωθεί στην έρημη ζώνη του ωκεανού. Το έργο είχε προγραμματιστεί να ξεκινήσει το 2012. Αλλά για τεχνικούς λόγους, αυτό δεν συνέβη.
Προβλήματα στην πράξη
Η ανάπτυξη της διαστημικής ενέργειας μπορεί να σώσει την ανθρωπότητα από κατακλυσμούς. Ωστόσο, η πρακτική υλοποίηση των έργων έχει πολλές δυσκολίες.
Όπως είχε προγραμματιστεί, η τοποθεσία ενός δικτύου δορυφόρων στο διάστημα έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:
- Συνεχής έκθεση στον Ήλιο, δηλαδή συνεχής δράση.
- Πλήρης ανεξαρτησία από τον καιρό και τη θέση του άξονα του πλανήτη.
- Δεν υπάρχουν διλήμματα με τη μάζα των κατασκευών και τη διάβρωσή τους.
Η υλοποίηση των σχεδίων περιπλέκεται από τα ακόλουθα προβλήματα:
- Τεράστιες παράμετροι της κεραίας - ο πομπός ενέργειας στην επιφάνεια του πλανήτη. Έτσι, για παράδειγμα, για να πραγματοποιηθεί η προβλεπόμενη μετάδοση με χρήση μικροκυμάτων με συχνότητα 2,25 GHz, η διάμετρος μιας τέτοιας κεραίας θα ήταν 1 km. Και η διάμετρος της ζώνης που δέχεται την ενεργειακή ροή στη Γη πρέπει να είναι τουλάχιστον 10 km.
- Η απώλεια ενέργειας κατά τη μετακίνηση στη Γη είναι περίπου 50%.
- Κολοσσιαία έξοδα. Για μια χώρα, αυτά είναι πολύ σημαντικά ποσά (αρκετές δεκάδες δισεκατομμύρια δολάρια).
Αυτά είναι τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της διαστημικής ενέργειας. Οι ηγετικές δυνάμεις ασχολούνται με την εξάλειψη και την ελαχιστοποίηση των αδυναμιών του. Για παράδειγμα, Αμερικανοί προγραμματιστές προσπαθούν να λύσουν οικονομικά διλήμματα με τη βοήθεια των πυραύλων Falcon 9 της SpaceX. Αυτές οι συσκευές θα μειώσουν σημαντικά το κόστος υλοποίησης του προγραμματισμένου προγράμματος (ιδίως εκτόξευσης δορυφόρων SBSP).
Σεληνιακό πρόγραμμα
Σύμφωνα με την ιδέα του David Criswell, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί η Σελήνη ως βάση για την τοποθέτηση του απαραίτητου εξοπλισμού.
Αυτό είναι το βέλτιστο μέρος για να λύσετε το δίλημμα. Εξάλλου, πού είναι δυνατόν να αναπτυχθεί η διαστημική ενέργεια, αν όχι στη Σελήνη; Αυτή είναι μια περιοχή που δεν έχει ατμόσφαιρα και καιρό. Η παραγωγή ενέργειας εδώ μπορεί να συνεχιστεί συνεχώς με σταθερή απόδοση.
Επιπλέον, πολλά εξαρτήματα των μπαταριών μπορούν να κατασκευαστούν από σεληνιακά υλικά, όπως χώμα. Αυτό μειώνει σημαντικά το κόστος κατ' αναλογία με άλλες παραλλαγές σταθμών.
Η κατάσταση στη Ρωσία
Η βιομηχανία διαστημικής ενέργειας της χώρας αναπτύσσεται με βάση τις ακόλουθες αρχές:
- Η παροχή ενέργειας είναι ένα κοινωνικό και πολιτικό πρόβλημα σε πλανητική κλίμακα.
- Η περιβαλλοντική ασφάλεια είναι το προσόν της ικανής εξερεύνησης του διαστήματος. Θα πρέπει να εφαρμοστούν τιμολόγια πράσινης ενέργειας. Εδώ λαμβάνεται αναγκαστικά υπόψη η κοινωνική σημασία του φορέα του.
- Συνεχής υποστήριξη για καινοτόμα ενεργειακά προγράμματα.
- Το ποσοστό της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από πυρηνικούς σταθμούς πρέπει να βελτιστοποιηθεί.
- Προσδιορισμός της βέλτιστης αναλογίας ενέργειας με συγκέντρωση εδάφους και χώρου.
- Εφαρμογή της διαστημικής αεροπορίας για εκπαίδευση και μετάδοση ενέργειας.
Η διαστημική ενέργεια στη Ρωσία αλληλεπιδρά με το πρόγραμμα της Ομοσπονδιακής Κρατικής Ενιαίας Επιχείρησης NPO. Lavochkin. Η ιδέα βασίζεται στη χρήση ηλιακών συλλεκτών και κεραιών ακτινοβολίας. Βασικές τεχνολογίες - αυτόνομοι δορυφόροι που ελέγχονται από τη Γη στοπαλμική βοήθεια πιλότου.
Το φάσμα μικροκυμάτων με μικρά, ακόμη και χιλιοστά κύματα, χρησιμοποιείται για την κεραία. Λόγω αυτού, θα εμφανιστούν στενές ακτίνες στο διάστημα. Αυτό θα απαιτήσει γεννήτριες και ενισχυτές μέτριων παραμέτρων. Τότε θα χρειαστούν σημαντικά μικρότερες κεραίες.
Πρωτοβουλία του TsNIIMash
Το 2013, αυτός ο οργανισμός (που είναι επίσης το βασικό επιστημονικό τμήμα της Roscosmos) πρότεινε την κατασκευή οικιακών διαστημικών ηλιακών σταθμών. Η προβλεπόμενη ισχύς τους ήταν της τάξης των 1-10 GW. Η ενέργεια πρέπει να μεταδίδεται στη Γη ασύρματα. Για το σκοπό αυτό, σε αντίθεση με τις ΗΠΑ και την Ιαπωνία, οι Ρώσοι επιστήμονες σκόπευαν να χρησιμοποιήσουν λέιζερ.
Πυρηνική πολιτική
Η θέση των ηλιακών μπαταριών στο διάστημα συνεπάγεται ορισμένα πλεονεκτήματα. Αλλά εδώ είναι σημαντικό να τηρείτε αυστηρά τον απαραίτητο προσανατολισμό. Η τεχνική δεν πρέπει να είναι στη σκιά. Από αυτή την άποψη, ορισμένοι ειδικοί είναι επιφυλακτικοί σχετικά με το σεληνιακό πρόγραμμα.
Και σήμερα η πιο αποτελεσματική μέθοδος θεωρείται η «Διαστημική πυρηνική ενέργεια - ηλιακή διαστημική ενέργεια». Περιλαμβάνει την τοποθέτηση ενός ισχυρού πυρηνικού αντιδραστήρα ή γεννήτριας στο διάστημα.
Η πρώτη επιλογή έχει τεράστια μάζα και απαιτεί προσεκτική παρακολούθηση και συντήρηση. Θεωρητικά, θα μπορεί να λειτουργεί αυτόνομα στο διάστημα για όχι περισσότερο από ένα χρόνο. Αυτός είναι πολύ σύντομος χρόνος για διαστημικά προγράμματα.
Το δεύτερο έχει σταθερή απόδοση. Αλλά στις διαστημικές συνθήκες είναι δύσκολο να διαφοροποιηθείτη δύναμή του. Σήμερα, Αμερικανοί επιστήμονες από τη NASA αναπτύσσουν ένα βελτιωμένο μοντέλο μιας τέτοιας γεννήτριας. Οι εγχώριοι ειδικοί εργάζονται επίσης ενεργά προς αυτή την κατεύθυνση.
Γενικά κίνητρα για την ανάπτυξη της διαστημικής ενέργειας
Μπορούν να είναι εσωτερικά και εξωτερικά. Η πρώτη κατηγορία περιλαμβάνει:
- Μια απότομη αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού. Σύμφωνα με ορισμένες προβλέψεις, ο αριθμός των κατοίκων της Γης μέχρι το τέλος του 21ου αιώνα θα είναι πάνω από 15 δισεκατομμύρια άνθρωποι.
- Η κατανάλωση ενέργειας συνεχίζει να αυξάνεται.
- Η χρήση κλασικών μεθόδων παραγωγής ενέργειας γίνεται άσχετη. Βασίζονται στο πετρέλαιο και το φυσικό αέριο.
- Αρνητικές επιπτώσεις στο κλίμα και την ατμόσφαιρα.
Η δεύτερη κατηγορία περιλαμβάνει:
- Περιοδικές πτώσεις στον πλανήτη μεγάλων τμημάτων μετεωριτών και κομητών. Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία, αυτό συμβαίνει μία φορά τον αιώνα.
- Αλλαγές στους μαγνητικούς πόλους. Αν και η συχνότητα εδώ είναι μία φορά κάθε 2000 χρόνια, υπάρχει η απειλή ότι ο βόρειος και ο νότιος πόλος θα αλλάξουν θέση. Τότε για κάποιο χρονικό διάστημα ο πλανήτης θα χάσει το μαγνητικό του πεδίο. Αυτό είναι γεμάτο με σοβαρές ζημιές από την ακτινοβολία, αλλά η καλά εδραιωμένη διαστημική ενέργεια θα μπορούσε να γίνει άμυνα έναντι τέτοιων καταστροφών.
