Космическая энергетика. Практика использования энергии Космоса и Земли
Работе заседания рабочей группы предшествовало обсуждение рассматриваемых проблем на следующих совещаниях: первый круглый стол по беспроводной передаче электрической энергии на Земле и в космосе под руководством председателя Комитета Государственной Думы по энергетике ФС РФ (21 ноября 2012 года); IV Международный форум «Энергосбережение и энергоэффективность — динамика развития» (Санкт-Петербург, 7-10 октября 2014 года); XIV Московский международный энергетического форум «ТЭК России в XXI веке» (19-20 апреля 2016 года).
На прошедшем заседании было отмечено, что в 1970-е годы советская космическая энергетика была мировым лидером. Однако за последние 20-25 лет в России наметилось отставание этой отрасли от мирового уровня.
Произошло это по той причине, что в указанный период отечественная космическая энергетика развивалась по принципу «необходимо и достаточно». Фундамент направления был заложен великими учёными и инженерами, уже покинувшими этот мир (С. П. Капица, Б. Е. Черток, А. Г. Иосифьян, Н. С.Лидоренко, В. А. Ванке и др.). После них космическая энергетика как отдельное направление, можно сказать, осиротело — ни Минэнерго России, ни Роскосмос не занимались его перспективным развитием. Но дальнейшее развитие космонавтики неизбежно потребует мегаваттных мощностей. Отечественная космическая энергетика должна быть готова к этим рубежам прогресса, поскольку Российская Федерация и впредь должна оставаться ведущей космической державой.
Интегрально космическая энергетика включает в себя три следующих сегмента технических средств: космическая солнечная электростанция (КСЭС), канал беспроводной передачи электрической энергии и приёмные, преобразующие и аккумулирующие системы. Над повышением эффективности каждого из этих сегментов работает ряд предприятий РАН, Роскосмоса и ведущих вузов России.
От РАН совместно с экспертной секцией «Космическая энергетика» Научно-консультативного Совета при депутате Государственной Думы Федерального Собрания Российской Федерации И. Д. Грачёве и МИРЭА в этой работе принимает участие Институт биохимической физики имени Н. М. Эмануэля в качестве координатора работ по развитию космической энергетики.
Необходимо также отметить, что перемещение процесса преобразования энергии (солнечной или ядерной) за пределы биосферы Земли существенно снижает нагрузку на биосферу и, в частности, приводит к снижению парникового эффекта. Экологические последствия такого энергоснабжения существенно ниже, чем последствия от использования традиционных энергетических источников, таких как тепловые, атомные и гидроэлектростанции.
Перенос солнечных электростанций в космос позволит круглосуточно в нужном месте получать электроэнергию. Канал передачи энергии является наиболее важным сегментом космической электростанции, а беспроводная передача энергии — чрезвычайно сложной задачей для современной техники. Проекты реализации такого канала на основе микроволнового и лазерного излучения разрабатываются во всех передовых странах мира, в том числе и в РФ (табл. 1).
Свои соображения о подходах к решению задачи практического создания КСЭС с учётом реалий сегодняшнего дня в ходе заседания в своих докладах представили Александр Сигов, академик РАН, президент Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики; Иван Редько, д.т.н., профессор, заместитель директора Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН; Дмитрий Айрапетянц, заместитель министра энергетики Московской области; Рашид Артиков, заместитель генерального директора НП «Российское теплоснабжение»; Сергей Нехаев, председатель правления МОО «Устойчивое развитие» и сообщества «СоКоммуникации», Владимир Матюхин, д.т.н., профессор, руководитель Центра аэрокосмической силовой фотоники МИРЭА; Виктор Зайченко, д.т.н., заведующий лабораторией Объединённого института высоких температур РАН; Игорь Костин, коммерческий директор ООО «Эконорм»; Алла Захарова, руководитель филиала «Группа компаний МКС», и другие специалисты.
Участники круглого стола указали на необходимость: создания природоохранных технологий для обеспечения стабилизации климата и замещения нефти, прежде всего в удалённых регионах России; организации системы глобальной аэрокосмической, а также астероидной и метеоритной безопасности Российской Федерации.
Существуют следующие основные концепции космических солнечных электростанций: на базе КСЭС, размещаемых на низких околоземных орбитах (предложение НПО имени С. А. Лавочкина, Россия); на базе КСЭС, размещаемых в точках Лагранжа (проект РКК «Энергия», Россия); на базе КСЭС, размещаемых на геостационарной орбите (проект ЦНИИМаш, Россия; проект SolarBird, Япония; КСЭС по программе Пентагона 2007 года, США; проект Solaren, США; на базе лунных солнечных электростанций (Лунная космическая солнечная электростанция — ЛСЭС) с использованием орбитальных ретрансляторов энергии (Центр Келдыша, Россия); концепция Крисвелла, США; на базе ЛСЭС с прямой передачей энергии (предложение Shimizu Corporation, Япония).
Целью заседания рабочей группы является создание условий для консолидации сил промышленности, РАН и вузов. Такая консолидация позволит снять основные проблемы, а также решить главные задачи космической энергетики:
- создание прорывных технологий беспроводной трансконтинентальной транспортировки мощных информационноэнергетических потоков по стратосферным и космическим магистралям над территорией страны;
- создание демонстрационного образца солнечной аэрокосмической электростанции с дистанционной передачей энергии по лазерным магистралям;
- беспроводное энергообеспечение стратегически важных наземных, воздушных и космических объектов;
- ускоренное развитие высокоинформативных систем телекоммуникаций в северных и других труднодоступных регионах страны;
- мониторинг региональной безопасности, в том числе безопасности особо важных объектов (наземных и плавучих АЭС, плавучих газовых и нефтяных платформ, магистральных трубопроводов и пр.);
- создание стратосферных и космических солнечных электростанций мощностью 1-10 ГВт с беспроводной передачей электроэнергии наземным потребителям. Таким образом, развитие систем беспроводной передачи энергии способно кардинальным образом повлиять на определяющие стороны жизни России. Это энергообеспечение, энергетическая и экологическая безопасность, обороноспособность, информатизация.
Ожидается, что, подняв в ходе своего развития престиж самой космической техники в решении важнейших социально-экономических задач страны, эта технология будет сопоставима с такой успешной отечественной отраслью, как атомная энергетика.
Актуальность развития этого направления подтверждается и тем, что в Японии принята «императорская» программа создания КСЭС, которую можно сравнить с программой создания атомной бомбы в СССР. Программа имеет высший государственный статус и приоритет. Сроки создания КСЭС намечены на 2025 год. Проект реализуется государственным органом — Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA). Финансирование — $ 21 млрд. Планируемая мощность электростанции — 1 ГВт. Массив солнечных батарей имеет площадь 4 км 2 . Для реализации проекта правительство Японии учредило консорциум на базе корпораций Mitsui, Mitsubishi, NEC, Sharp, Hitachi и других компаний. Рассматривается два варианта технологии: прямое преобразование солнечной энергии в лазерное излучение (с использованием линз Френеля и NiYAG-лазера) и преобразование солнечной энергии в СВЧ-излучение. Космическая японская энергетическая система (Space Solar Power System, SSPS) предусматривает развёртывание на геостационарной орбите поля из солнечных панелей площадью примерно 4-6 км 2 . Произведённую ими энергию вниз будет доставлять либо поток СВЧ-излучения, либо мощный и высокоэффективный лазер. Средняя выходная мощность такой системы должна составить 1 ГВт («на грунте», с учётом всех потерь при передаче из космоса), пиковая — 1,6 ГВт. Современный уровень развития СВЧ-электроники позволяет говорить о довольно высоком значении КПД передачи энергии СВЧ пучком с геостационарной орбиты на поверхность Земли — порядка 70-75 %. Выпрямительная антенна (ректенна) на Земле должна принимать энергию микроволнового излучения от КСЭ с максимально возможной эффективностью. Одна из конструкций имеет форму эллипса с большой осью 13 км и малой осью 9,5 км. Плотность падающего микроволнового излучения — от 25 мВт/см 2 в центре и до 1 мВт/см 2 на периферии. Преобразование принимаемой энергии в постоянный ток осуществляется в элементах, встроенных в ректенну. Рассматривались различные микроволновые частоты, предложенные во многих исследованиях WPT и демонстрациях: 2,45; 5,8; 8,51; 35; 94; 140 и 170 ГГц. Размер приёмной ректенны при изменении частоты СВЧ мог изменяться от 10 км до 150 м, а плотность СВЧ-энергии может возрасти до 10 Вт/см 2 .
Американская версия космической энергетической станции — SPS-ALPHA (Solar Power Satellite via Arbitrarily Large PHased Array). В своём воплощённом виде система представляет собой гигантский космический «цветок» и является антенной решёткой с зеркалами, положение которых регулируется индивидуально. Задняя часть этого «цветка» является набором фотоэлектрических панелей. На обратной его стороне, направленной в сторону Земли, имеется множество СВЧ излучателей-передатчиков, которые отсылают на Землю в виде СВЧ-излучения энергию в диапазоне от десятков до тысяч (!) мегаватт мощности.
Исходя из объёмов финансирования и масштабности проводимых за рубежом работ, обозначилась перспектива потеря космического энергетического рынка для России, что чревато катастрофическими последствиями. Отсутствие паритета с зарубежными странами в столь важном и перспективном направлении для России недопустимо.
Участники заседания обратили своё внимание и на то, что проекты КСЭС стали разрабатываться сразу после начала космической эры. Как уже было сказано, в настоящее время США и Япония активно разрабатывают КСЭС гигаваттного уровня для начала рынка «космического электричества», который может изменить международный рынок энергетических ресурсов, в частности, снизить спрос на природные ресурсы России, а также породить угрозу её энергетической и национальной безопасности. В частности, при увеличении частоты СВЧ-излучения до десятков и сотен гигагерц принципиально возможно инициировать возникновение различных природных явлений в верхних слоях атмосферы.
Российскими специалистами предлагается существенное упрощение схемы КСЭС в целом, снижение её стоимости, повышение надёжности и эффективности. Для повышения оперативности и эффективности управления проектом предлагается его реализацию осуществить в три этапа. Причём на первом этапе развития космической энергетики предлагается внедрение проекта «Создание демонстрационного прототипа аэрокосмической солнечной электростанции мощностью 50 кВт на базе привязных аэростатов», с целью формирования необходимых научно-технических решений и приобретения отечественного опыта по их реализации для создания в перспективе АКСЭС гигаваттного класса. При этом АКСЭС находится в составе многофункционального энерготехнологического комплекса (МЭК), состоящего из основных энергетических установок: газопоршневой электростанции, модуля по производству из биомассы генераторного газа, модуля когенерации, САУ и модуля преобразования электроэнергии.
С целью ускорения реализации первого этапа проекта участники заседания пришли к единодушному мнению, что каждый из них может взять на себя обязательство по разработке и реализации того или иного модуля МЭК в соответствии со своими наработками. Должно быть подготовлено многостороннее соглашение по строительству первой аэрокосмической солнечной электростанции мощностью 50 кВт и письмо-обращение к президенту РФ по финансированию второго и третьего этапов проекта.
Заслушав и обсудив доклады, члены рабочей группы решили:
2. Выйти с предложением к руководству страны о рассмотрении вопроса выделения финансовых средств на разработку национальной программы «Солнечная аэрокосмическая энергетика России».
3. Поддержать инициативу Александра Сигова, академика РАН, президента Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики о разработке «дорожной карты» развития космической энергетики.
4. Институту биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН (И. Я. Редько) совместно с МИРЭА (В. Ф. Матюхин) и МОО «Устойчивое развитие» (С. А. Нехаев) подготовить и подписать многостороннее соглашение по строительству аэрокосмической солнечной электростанции мощностью 50 кВт в составе МЭК.
5. Обратиться в Минэнерго России с предложением включить в план НИОКР на 2017 год разработку «Концепции создания автономной солнечной аэрокосмической системы энергоснабжения».
6. Рекомендовать создание на базе государственного университета «Дубна», МИРЭА, Звенигородской обсерватории Института астрономии РАН, ОИВТ РАН, МЭИ, Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН, МОО «Устойчивое развитие», «КЭР-Холдинга», ДКБА и ООО «Эконорм» экспериментального учебного полигона по отработке новых технологий МЭК, в том числе с использованием объектов космической энергетики.
7. Поручить заместителю директора Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН И. Я. Редько дополнить рабочую группу по разработке и строительству аэрокосмической солнечной электростанции мощностью 50 кВт в составе МЭК.
8. Поручить председателю совета директоров ООО «Устойчивое развитие» С. А. Нехаеву подготовить рекомендации по формированию современной финансовой инфраструктуры, механизмов и инструментария для внебюджетного финансирования объектов и проектов распределённой энергетики с использованием аэрокосмических солнечных электростанций.
9. Провести в первом полугодии 2016 года расширенное совещание по вопросам реализации проекта с участием привлекаемых предприятий.
На сегодняшний день, на мой взгляд, не существует ничего более загадочного, интригующего и неопознанного, нежели Космос. Тема Космоса всегда завораживает, она даёт нам почувствовать силу и мощь Вселенной.
Космос уникален тем, что создаёт образ вечного, бесконечного бытия, сводит воедино вселенское и земное. Человек сможет проникнуть в тайны космоса, если поймёт "ближнее", познает самого себя. Энергии космоса дают широту мысли, позволяют лучше понять и различить главное от второстепенного. В космосе царит гармония и красота. Древние это уже прекрасно понимали и поэтому назвали Вселенную "космосом" (в переводе в греч. "космос " — это порядок, устройство, стройность).
Из курса физики всем известно, что энергия не возникает из ничего и никуда не исчезает, она может только переходить из одного вида в другой. Мощные космические энергии, которые преобразовывают и строят жизнь Вселенной, вовлекают человечество и всю нашу планету в процессы изменений и развития. Вселенная создаёт энергетические потоки, под воздействием которых человек чувствует радость, покой, тепло, блаженство, ощущает прилив сил, позитива. Она освобождает людей от недугов, проблем. Каждый человек обладает Великой космической энергией, но не каждый осознаёт это. Энергия участвует абсолютно во всех процессах: дыхание, мышление, работа сердца, чувства, эмоции и т.д. Ею пропитано абсолютно всё: и земля, и воздух, и вода, и солнечный свет. Благодаря использованию энергий космоса, возможно преобразить наш Мир, в котором ничего не стоит на месте, всё постоянно развивается, движется.
Нарушения в организме, в его процессах, которые проявляются развитием болезней — это проблемы не только на физическом уровне, здесь играет огромную роль и дефицит энергии. Энергия как бы подсказывает, при этом являясь внутренним интеллектом, который соединён с интуицией. Она открывает возможности для человека, его мышления, подсознания, озарения. Главное — научиться чувствовать её! Именно это и является основой в методе Космоэнергетика — использование энергетических потоков, вибраций и воздействие ими на человека. Люди, использующие энергии Космоса — космоэнергеты, часто выздоравливают, исцеляются, меняется их мировоззрение, психологическое и физическое состояние.
От древних учений к современности
Вселенная, планеты, звезды являются мощнейшим источником энергии. А сам Человек представляет из себя сложную многомерную биоэнергоинформационную систему, которая, как и всё во Вселенной, подчиняется одним и тем же законам. В чакрах человека заложена программа его судьбы и здоровья, согласно закону кармы, его качество зависит от его деяний в прошлых воплощениях и от модели поведения в данной жизни.
По мнению исследователей, каждое тело во Вселенной обладает собственным вращающимся информационным полем, где записаны все данные. Вращение может быть "правым" и "левым". Это подтверждает выводы физиков, что торсионные поля в учениях эзотерики подтверждают "Закон рождения вихря" и "Хроники Акаши". Интеллектуальные исследования, наработки и применение на практике, как древних знаний, то и получённых вновь, вернее, их синтез, стал преобразовывать в учении о космоэнергетики В.А. Петров. Будучи ещё руководителем школы биоэнергетики "Лунный свет" и получив Знания более 15 лет назад, Владимир Петров стал адаптировать древние учения к современности. Обретение целостности самого себя стало возможным благодаря появлению во внешнем поле Земли космических частот, открытых Петровым, над которыми и трудятся сейчас наши передовые физики. Так появилась космоэнергетикз, система знаний, имеющая коренное отличие от всех других направлений. Ко с мознергетика не имеет социальных корней и не связана с поверхностной стороной нашей умственной деятельности. Космические частоты ориентированы на наше подсознание и через него непосредственно, как поток энергии, пронизывающий всё тело. Но, как любое эзотерическое учение, космоэнергетика на своём пути — пути прямого Знания, начинает с наработок ц елительских практик. Целительство — это одна из мощных ветвей космоэнергетики. Современные успехи целителей-космоэнергетов потрясают воображение. Для космоэнергетики практически не существует неизлечимых болезней. Оздоровление стало возможным при перехоле жизнедеятельности к более высоким частотным уровням. Главное, что отличает космоэнергетов от других практик и традиций, это то, что они занимаются не лечением определённой болезни, а лечением конкретного человека со всеми его проблемами, связанными как со здоровьем, так и с судьбой. Поэтому нужно помнить, что все наши болезни~ это следствие, а причины их возникновения лежат в образе жизни, окружающей нас среды, взаимоотношениях. Поэтому, исцеляясь, приобретая силы и целостность, человек должен обретать и новые мотивы своего существования. Можно считать, что с конца 90-х годов прошлого века космоэнергетика, как целительство, приходит к людям в широком масштабе. (Дзюба С.С. "Жизнеспособность и Космоэнергетика".)
Космоэнергетика сегодня
На самом деле, космоэнегретика на сегодняшний день — одна из действенных практик, которая помогает человеку справиться со своими проблемами, и совсем неважно, насколько они серьёзны. Да, человек сам строит свою судьбу, от него самого всё в жизни зависит, но, зачастую, бывает так, что он заблудился, не может найти выхода из создавшихся ситуаций или не может найти причину своих невезений, неудач, одиночества.
Метод космоэнергетики помогает разобраться во всех жизненных ситуациях, направить человека. Мало того, метод помогает избавиться от заболеваний, причём без таблеток, без операций.
Космоэнергетика — учение тайное. Этим методом владеют только посвящённые, знания и навыки передаются исключительно от Учителя. Владеющие ими в состоянии оказывать существенное влияние без каких бы то ни было приспособлений на неограниченное количество людей. Расстояния здесь не имеют никакого значения, единственное табу — космоэнергет не вправе оказывать негативное воздействие.
Космоэнергети ка позволяет исцелять любые заболевания, не поддающиеся никаким другим способам лечения, улучшать судьбу и ситуацию как одного человека, так и многих людей.
Если вы хотите почувствовать невероятные ощущения, изменить себя, качество своей жизни, расширить свои возможности, найти гармонию с миром, обрести целительские силы, тогда, добро пожаловать в Космоэнергетику !
Где будем размещать КСЭ? Вероятнее всего на ГСО. На других орбитах надо или приёмники по всей планете ставить, или кучу аккумуляторов с собой возить.
Не будем пока фантазировать, а разберёмся с имеющимися возможностями
РН «Ангара» с космодрома «Плесецк» донесёт до ГСО 3-4 тонны. Что можно в них засунуть? Очень приблизительно квадратов 100 панелей солнечных батарей. С постоянной направленностью на Солнце и КПД процентов 20 можно выжать по 300 Вт с квадрата. Предположим они будут деградировать по 5% в год (надеюсь никого не удивит, что солнечные панели в космосе портятся от радиации, микрометеоритов и пр.).
Давайте считать: (100*300*24*365*20)/2=2 628 000 000 Вт ч.
Чтобы осознать весь масштаб проблемы, пусть эти мегаватты без потерь добираются до Земли. Мощность внушает, но что если мы никуда не летим. В наличии 300 тонн керосина. Керосин почти бензин. Делает ещё одно допущение и берём обычный бензогенератор (200КВт за 50 литров в час).
200000*300000/50=1 200 000 000 Вт ч
Что получается: сливаем бензин с ракеты и уже получаем половину мощности.
Ещё полракеты занимает жидкий кислород. Хотел посчитать охлаждение и сжижение через теплоёмкость, но потом просто попалась цена в интернете 8200 рублей за тонну жидкого кислорода. Поскольку в себестоимости практически одно электричество получим (киловатт пусть будет 2 рубля):
300*8200*1000/2= 1 230 000 000 Вт ч
Опа, вторая половина. Уже КПД 0%. Это мы ещё ракету не считали.
А вот мы изобретём некий закидыватель полезных грузов на орбиту
То есть каким-то образом сообщим панелям кинетическую энергию в виде 10км/с:3000*10000 2 /2 = 150000000000 Дж = 41 700 000 Вт ч
Вроде бы налицо КПД 5000%, но есть некоторые проблемы:
- достаточно высоко выбросить объект вряд ли получится, поэтому часть массы и энергии необходимо потратить на преодоление атмосферы;
- всё что выброшено с Земли по законам баллистики на Землю и вернётся, то есть ещё часть массы уйдёт на подъём перигея.
Пускай тонна ушла на теплозащиту. Посчитаем изменение орбиты:
ΔV=корень((3,986ּ10 14 /42000000)(1+2*6000000/(6000000+42000000)))=3441 м/с
Лучшие движки дают импульс 4500. Берём формулу Циолковского:
М конечная =2000/exp(4500/3500)=572 кг
А давайте возьмём электроракетные двигатели, импульс же раз в 10 больше и панели у нас есть. Да, но при имеющейся мощности панелей, тяга будет миллиньютоны, и на переход уйдут годы. А у нас до приземления всего пара часов.
В итоге: минус двигатель, баки, перегрузки - хорошо, если получим столько же.
А давайте поднимем панели на лифте
Идея в целом неплохая. Если просто поднять груз на высоту, то считаем изменение потенциальной энергии:3000*9.81*36000000/3600 = 294 300 000 Вт ч
Как их сообщить грузу? Варианты передачи электричества:
- По самому лифту. Нетрудно представить потери и массу проводника длиной 36000 км. Сам бы лифт построить.
- Лазером – минус существенная часть массы на преобразование.
- Какое-то число панелей доставить традиционным способом и потом бесплатно поднять остальные на верёвочке. На мегаватт мощности надо 3 км 2 панелей. При этом на подъём груза понадобится две недели. Т.е. тот же мегаватт мы поднимем за год.
Прочие сложности
Свободно оперируя километрами панелей и эффективностью приёма солнечной энергии в космосе, редкие авторы рассказывают а как они собираются ориентировать панели на Солнце. ГСО стационарно только относительно Земли. Соответственно нужны механизмы, топливо.Ещё нужны преобразователи, хранители, приёмники на Земле. Много ли потребителей у экватора? Высоковольтные линии через половину шарика. Если это всё помножить на не 100% вероятность выполнения задачи, спрашивается кому это вообще по силам?
Выводы:
- При существующих технологиях строить космическую солнечную энергостанцию нерентабельно.- Даже, если поднять всё на космическом лифте, ко времени завершения строительства встанет вопрос как утилизировать выходящие из строя панели.
- Можно подогнать к Земле астероид и наделать панелей из него. Что-то мне подсказывает, что к тому времени как мы это сможем, уже не будет необходимости передавать энергию на Землю.
Однако дыма ведь без огня не бывает. И под кажущимися мирными намерениями могут скрываться совсем другие.
Например, строительство боевой космической станции на порядки проще и гораздо эффективнее:
- орбиту можно и нужно выбрать пониже;
- 100% попадание в приёмник необязательно;
- очень малое время от нажатия на кнопку пуск до поражения цели;
- отсутствие загрязнения местности.
Вот такие выводы. Возможно вычисления содержат ошибки. Традиционно предлагаю читателям их поправить.
Писатели-фантасты подчас изобретают проекты, которые на много лет опережают развитие техники. Жюль Верн уже в своей первой повести описал воздушный шар, подъем которого можно менять с помощью нагрева газа - сейчас такие аэростаты летают по всему миру. Любимый в России британский фантаст Артур Кларк в 1945 году предложил запускать на геостационарные орбиты спутники связи, а девятью годами позже указал на возможность использования космических аппаратов для предсказания погоды. Обе идеи давно воплощены на практике с великой пользой для человечества.
Классик американской научной фантастики Айзек Азимов тоже побаловал читателей множеством блестящих технических прогнозов. Один из них содержится в коротком рассказе Reason, который в 1941 году появился в апрельском выпуске журнала Astounding Science Fiction (на русском языке он впервые был опубликован в культовом сборнике «Я, робот» под заголовком «Логика»).
Действие происходит на одной из космических станций, снабжающих энергией нашу планету. Ее шарообразный корпус окружен панелями с фотоэлементами, которые преобразуют солнечные лучи в электрический ток, питающий исполинский генератор микроволнового излучения. Оно тонким лучом посылается на приемную станцию на Земле и там вновь переводится в электричество. Просто, элегантно и, главное, - абсолютно осуществимо с точки зрения физики. Правда, поклонники Азимова вспомнят, что ответственный за работу излучателя робот Кьюти устроил мятеж, но в конечном счете рассказ завершается хэппи-эндом.
Весьма возможно, что всего через семь лет азимовская идея станет реальностью - правда, пока без роботов. Ее намерена осуществить калифорнийская фирма Solaren Corporation, созданная группой инженеров аэрокосмической промышленности. Эта компания уже убедила крупнейшую энергетическую корпорацию штата Pacific Gas & Electric доставлять производимое ею электричество жителям округа Фресно. PG&E пока обещала закупать 200 тыс. киловатт космической электроэнергии, и это только начало. Руководители Solaren полагают, что со временем ее спутники смогут генерировать от миллиона 200 тысяч до 4, 800 млн киловатт - это вполне соответствует возможностям одной-трех современных атомных электростанций. Что и говорить, не слабо.
Как же будет выполняться это чудо-проект? Solaren ведет речь о нескольких спутниках, запущенных на пролегающие на экватором круговые геостационарные орбиты высотой около 36 тыс. км. Спутники развернут зеркала многокилометровых размеров, изготовленные из тонкой блестящей пленки. Эти рефлекторы будут собирать солнечные лучи и направлять их на батареи фотоэлементов - в точности, как в рассказе Азимова. Затем солнечная энергия будет преобразована в и направлена на антенны наземной приемной станцию - опять-таки в полном соответствии с сюжетом фантаста.
Разница лишь в том, что Solaren будет передавать на Землю энергию не с помощью опасных для человека волн микроволнового диапазона, а посредством вполне безвредных радиоволн. Для этого потребуется построить серию приемных антенн и расположить их на участке площадью несколько кв. километров. Но зато лучи космической энергостанции даже при расфокусировке уж точно никого и ничего не сожгут (что едва не случилось в азимовском рассказе).
Фирма утверждает, что ее спутники смогут снабжать солнечной электроэнергией 250 тыс. жилых домов в округе Фресно. При этом объявленная цена проекта не так уж и велика: 2 млрд. долларов. Solaren уверена, что себестоимость космической энергии не превысит цену электричества от ветрогенераторов и наземных солнечных станций.
Похожий проект сейчас разрабатывает и другая американская фирма Space Energy. Подумывают об этом и в Стране Восходящего Солнца. Японское Управление по исследованию космического пространства недавно приступило к испытаниям прототипа излучателя, который сможет передавать на Землю солнечную энергию в виде микроволн - точь в точь, как у Азимова. Если тестирование пройдет успешно, агентство приступит к планированию искусственных спутников, которые смогут поставлять чистое электричество полумиллиону домов. Правда, японцы не рассчитывают запустить первый такой сателлит ранее 2030 года.
Конечно, пока такие проекты могут показаться именно тем, чем они казались в середине прошлого века, - чистой фантастикой. Мировой рекорд по беспроводной передаче приличных объемов энергии держится аж с 1975 года. Специалисты НАСА тогда ухитрились передать на одну милю микроволновой луч мощностью в 30 киловатт, и с тех пор этот показатель еще никем не перекрыт. Solaren обещает перекачивать неизмеримо большие мощности на дистанции в десятки тысяч километров. Однако ее руководство утверждает, что необходимые для этого технологии уже существуют.
Если это не маниловщина, то в 2016 году или около того «Голос Америки» сможет сообщить о начале работы первой в мире космической солнечной энергостанции. В конце концов, ждать осталось недолго.
Когда мы говорим о космосе очень легко увлечься и уйти слишком далеко в область фантастики. Однако если сегодня на космическую энергетику выделяется катастрофически мало средств, то эффект от некоторых инноваций можно получить в уже ближайшем будущем.
Многие люди могут не догадываться, но исследования чистой энергии космоса всё-таки ведутся, хоть и не в таких объемах, которых они безусловно достойны. После нескольких десятилетий, многомиллиардных вливаний и пары-тройки технологических прорывов мы получим доступ к практически неограниченным запасам энергии нашего Солнца и, возможно, Вселенной.
Вам покажется это надуманным, но даже обычные фантазии на эту тему могут быть весьма занимательными. Представляем вам семь фактов о космической энергетике.
Факт первый.
В НАСА не устают повторять важность поучения солнечной энергии непосредственно из космоса вот уже несколько десятилетий. Если быть точными, то с 1970 года, через 10 лет после посадки Аполлона 11 на Луне в НАСА заявили о планах по строительству огромной солнечной электростанции на спутнике Земли. Лунная станция должна была обеспечить Землю достаточным количеством энергии после истощения ископаемых ресурсов. Эта задумка таки осталась не реализованной, но эксперты уверены, что план был разработан со всей тщательностью и после некоторой доработки может быть воплощен в жизнь.
Факт второй.
Эффективность солнечной батареи резко падает при увеличении количества тепла, проходящего через фотоэлементы. В космосе, с его низкими температурами, оказывается тоже есть проблема перегрева. Однако ученые Стэнфорда реализовали новую технологию изготовления батарей. Они разместили на поверхности фотоэлементов тонкую пленку диоксида кремния, которая отражает инфракрасное излучение пропуская остальной спектр солнечного света. Согласно заявлению разработчиков, такая технология позволила охладить батарею до 23 градусов по Цельсию и значительно увеличить эффективность фотоэлементов.
Факт третий.
Исследователи продолжают работы над солнечными элементами для использования их в межпланетных перелетах будущего. В университете Арканзаса ученые работают над созданием следующего поколения фотоэлектрических технологий для космоса. Соответствующий проект НАСА был недавно принят в качестве научной программы университета. Там сообщили, что новые технологии должны повысить производительность солнечных батарей, помогая НАСА достичь прорыва в 15-летних исследованиях и вывести эффективность фотоэлементов на 45 процентов от поглощаемой энергии. Кроме того, университетские разработки призваны снизить затраты на производство и сделать солнечные батареи более устойчивыми к излучению.
Факт четвертый.
Департамент энергетики США активно развивает отдельный интернет проект, посвященный идее получения солнечной энергии из космоса. Основной концепцией данного сайта является размещение солнечных батарей в космосе, что позволит им не зависеть от смены дня и ночи, а также от погодных условий и облачности на Земле.
Факт пятый.
Ученые выработали общие принципы функционирования космической солнечной энергостанции и сформулировали рабочие гипотезы передачи полученной электроэнергии на Землю. В прошлом году научно-исследовательская лаборатория ВМС США объявила, что д-р Пол Яффе, астронавт инженер, построил модель захвата и передачи солнечной энергии. Идея заключается в том, что размещенный на орбите спутник может передавать гораздо более дешевую электроэнергию на Землю. Джаффе пояснил как работает солнечный «сэндвич модуль»: Солнечная энергия преобразовывается в электрическую на орбите. Затем полученная электроэнергия конвертируется в радиочастотный импульс и отправляется на приемник на Земле. Тот в свою очередь переводит радиоимпульс в электричество и отдает солнечную энергию в сеть.
Факт шестой.
Китай намеревается построить рабочую солнечную электростанцию в открытом космосе. Ранее в этом году, китайские ученые объявили, что они начали строительство такой станции на высокой орбите Земли и планируют завершить тестирование всех систем до 2030 года. Промышленную эксплуатацию солнечной электростанции китайские коммунисты планируют начать в 2050 году. Они заявили, что располагают технологией передачи энергии из космоса на поверхность Земли.
Факт седьмой.
Япония успешно испытала систему, которая могла передавать солнечную энергию из космоса на Землю. Mitsubishi Heavy Industries протестировали систему трансляции солнечной энергии космических систем и показали отправку 10 киловатт при помощи микроволн на приемник, расположенный в горах. Хотя компания решила не объявлять, какой процент отправленной энергии был получен и переведен в электричество факт трансляции энергии из космоса был зафиксирован.