Космос как источник энергии: исследование перспектив и роли космической энергии

pvsm.ru

В настоящее время за 1 день человечеством потребляется свыше 320 млрд кВт⋅ ч электрической энергии, а запросы увеличиваются с каждым годом. Сейчас более 90% мирового энергетического комплекса обеспечивает доступное и надежное органическое топливо – сырая нефть, природный газ, уголь. Но к середине текущего столетия прогнозируется истощение ресурсов ископаемых видов, поэтому остро встает вопрос альтернативного источника – космической энергии. Ее огромный потенциал станет основным источником энергии в будущем, уменьшит зависимость от ископаемых энергоносителей, поможет бороться с изменением климата, сбережет экологию и станет ключевым двигателем новых технологий.

В этой области постоянно проводятся исследования, эксперименты и наблюдения, но до полного раскрытия возможностей самого удивительного чуда Вселенной еще далеко. Возможно, что после технологического прорыва и многомиллиардных вложений будет построена КСЭС и получен беспрерывный доступ к энергии самой большой звезды Галактики.

Сейчас космос в нашем понимании представляется громадным интригующим и таинственным, его неисчерпаемая энергия существует в пространстве, где «обитают» звезды и планеты, в галактических черных дырах и солнечных лучах, энергетические частицы которых движутся с большой скоростью, при излучении проникают через космическое пространство, сталкиваются с атмосферой Земли и почти полностью рассеиваются, теряя свою эффективность. Сейчас Земля получает от Солнца 240 В энергии на 1 м2, а на поверхность поступает меньше 20% света, исходящего от звезды.

Потенциал космической энергии

Ученые всего мира давно разрабатывают проекты строительства энергетической станции на земной орбите или на Луне, чтобы черпать мощную энергию в неограниченном количестве и с минимальными потерями использовать для энергопотребления жителей нашей планеты.

В настоящее время космическая энергия с использованием солнечных батарей составляет 1,8% от мирового энергопотребления. Предполагается, что к 2030 г. она обеспечит 5%, к 2050 – 16%, а через 3-4 десятилетия при развитии передовых технологий до 30% всего электричества на Земле и преобразует весь мир, который склонен постоянно развиваться. Солнце как гигантский термоядерный реактор станет бесконечным источником земных энергоресурсов.

Космическая электростанция полностью снабдит потребителей электричеством, в ночное время сможет освещать большие поверхности, не допускать появление смерчей и тайфунов, обеспечивать энергией самолеты, ракеты, космические корабли, наземные средства транспорта, промышленные предприятия и социальные учреждения.

Преимущества космической энергетики

На Земле давно построены электростанции, вырабатывающие электричество за счет солнечной энергии, но запыленность атмосферы, смена дней и ночей, облачность и осадки снижают эффективность их работы. Поэтому строительство солнечной космической электростанции стала мечтой каждого развитого государства мира.

Солнечная энергетика – это сложная система, требующая внедрения многочисленных инновационных технологий. Альтернативный постоянно возобновляемый источник, находящийся за пределами околоземного пространства, будет обладать высокой эффективностью, не будет зависеть от погоды, времен года и суток, значительно упростит жизнь людей, а также будет иметь ряд плюсов:

• непрерывно производить электроэнергию, ориентируясь на Солнце независимо от дневных и ночных циклов;
• беспроводным способом передавать и динамично распределять энергию в любую точку планеты;
• уменьшать выброс парниковых газов с минимальным воздействием на окружающую среду;
• повышать эффективность солнечных панелей и мощность энергетических систем.

Человечество не исчерпает космическую энергию до тех пор, пока в космосе «живет» Солнце. Минусом космической станции, которая станет мостом в неизведанный космос, является отсутствие экспериментальных установок, очень высокая степень разработки и строительства, необходимость большого пространства для размещения солнечных батарей.

Спутник для сбора и передачи энергии из космоса предположительно будет состоять из такого оборудования:

• теплового двигателя Стерлинга или огромной модульной солнечной батареи;
• лазера или СВЧ-средств транспортировки;
• ректенны – приемного пункта.

До сегодняшнего дня спроектированы способы передачи энергии с использованием светового луча лазера со световым уловителем на земле в качестве приемного пункта и радиоволн. Фотоэлектрические элементы на орбите преобразуют солнечную энергию в электрическую, мощность передается электромагнитными волнами на приемные станции земли, где вырабатывается электрический ток и поступает в сеть.

Спроектированы модели фотоэлектрических систем, состоящих из большого количества маленьких «спутников Солнца», соединенных в развертываемую структуру. При снабжении нашей планеты космической энергией уйдет в прошлое необходимость добычи нефти и газа, произойдет великая технологическая революция.

Использование Луны для создания солнечных элементов также рассматривается, тем более для материала батарей идеально подходит лунный грунт. Энергия в этом случае планируют передавать с поясов спутников радиоволн, для чего необходимо построить приемную панель протяженностью 20 км.

Вызовы и преграды

Производство космической энергии сопряжено с большими рисками для солнечных панелей. Космическая пыль и мусор, астероиды и метеориты, экстремальное излучение лучей и солнечные бури могут повлиять на целостность системы. Доставка ресурсов космическим аппаратом не должна оказывать разрушительного воздействия на окружающую среду и живые организмы, которые в ней обитают.

Передача преобразованной энергии воздействует на динамику и состав атмосферы, в определенном диапазоне частот электромагнитных волн способна привести к ионизации атомов веществ, поэтому транспортировку необходимо осуществлять, используя ограниченную частоту электромагнитного спектра.

Будущие перспективы и исследования

Ученые с мировым именем уверены, что в ближайшем будущем визуальный «лифт», соединяющий Луну с Землей, станет реальностью. В настоящее время система передачи космической энергии на землю проходит испытания в калифорнийской компании. Микроволновый луч, который несет энергию солнечных батарей, был спущен на орбиту и принят на поверхности нашей планеты.

Учеными планируется создание «созвездия» орбитальных электростанций, передающих энергию с орбиты с помощью микроволн на наземную антенну. Каждый аппарат будет выполнен в виде гибкого тонкого листа, который в свернутом виде займет всего 1 м3, а на орбите сможет развернуться в квадрат с размером сторон 5 км. На стороне, повернутой к Солнцу, будут размещены солнечные батареи, с обратной стороны – микроволновые передатчики. Такая складная конструкция предназначена исследовать механику будущей солнечной электростанции. Задачей эксперимента является выяснение видов фотоэлементов, подходящих для добычи внеземной энергетики. Перед запуском пройдут многочисленные лабораторные испытания системы на ее функциональность в условиях вакуума, радиации, экстремальной температуры и значительных перегрузок.

За пределами атмосферы на 1 м2 приходится 1400 Вт солнечного излучения, а кремниевые фотоэлементы превращают четвертую часть этой мощности в электроэнергию. Специалистами в этой области подсчитана выработка электричества от 3000 км2 солнечных батарей – 3 площади Москвы. Несколько таких электростанций способны обеспечить электричеством всех жителей планеты. Китайские ученые планируют построить первую в мире солнечную электростанцию на околоземной орбите в 2050 г. Аппарат будет вращаться на высоте 36000 км, производить энергию 4600 гВатт и предотвращать выброс углекислого газа в атмосферу до 6 млрд тонн в год.

Заключение

Добыча энергии в космосе и ее последующая передача на Землю при помощи светового луча лазера может стать будущим альтернативной энергетики. Такое решение значительно повлияет на энергетическую структуру и повысит уровень жизни людей.