האנושות זקוקה לאנרגיה נקייה במונחים סביבתיים, מכיוון ששיטות מודרניות להפקת אנרגיה מזהמות את הסביבה בצורה רצינית. מומחים רואים דרך לצאת מהמבוי הסתום בשיטות חדשניות. הם קשורים לשימוש באנרגיית חלל.
רעיונות ראשוניים
הסיפור התחיל ב-1968. ואז פיטר גלזר הדגים את הרעיון של טכנולוגיית לוויין מסיבית. הותקן עליהם קולט שמש. גודלו הוא 1 מייל מרובע. הציוד היה אמור להיות ממוקם בגובה של 36,000 ק מ מעל אזור קו המשווה. המטרה היא לאסוף ולהמיר אנרגיה סולארית לפס אלקטרומגנטי, זרם מיקרוגל. בדרך זו, יש להעביר אנרגיה שימושית לאנטנות יבשתיות ענקיות.
בשנת 1970, משרד האנרגיה האמריקני, יחד עם נאס א, למד את פרויקט גלזר. זהו לוויין הכוח השמש (ראשי תיבות SPS).
שלוש שנים מאוחר יותר, המדען קיבל פטנט על הטכניקה המוצעת. הרעיון, אם ייושם, יביא לתוצאות יוצאות דופן. אבל היובוצעו חישובים שונים, והתברר שהלוויין המתוכנן יפיק 5000 MW של אנרגיה, וכדור הארץ יגיע פי שלושה פחות. קבענו גם את העלויות המשוערות לפרויקט זה - טריליון דולר. זה אילץ את הממשלה לסגור את התוכנית.
90s
בעתיד תוכננו מיקום הלוויינים בגובה צנוע יותר. כדי לעשות זאת, הם היו צריכים להשתמש במסלולי כדור הארץ נמוכים. רעיון זה פותח בשנת 1990 על ידי חוקרים מהמרכז. M. V. Keldysh.
לפי התוכנית שלהם, יש לבנות 10-30 תחנות מיוחדות בשנות ה-20-30 של המאה ה-21. כל אחד מהם יכלול 10 מודולי אנרגיה. הפרמטר הכולל של כל התחנות יהיה 1.5 - 4.5 GW. בכדור הארץ, המחוון יגיע לערכים מ-0.75 עד 2.25 GW.
ועד 2100 מספר התחנות יוגדל ל-800. רמת האנרגיה המתקבלת על פני כדור הארץ תהיה 960 GW. אבל היום אין מידע אפילו על פיתוח פרויקט המבוסס על הרעיון הזה.
פעולות נאס"א ויפן
בשנת 1994 בוצע ניסוי מיוחד. הוא התארח על ידי חיל האוויר האמריקאי. הם הציבו לוויינים פוטו-וולטאיים מתקדמים במסלול נמוך של כדור הארץ. רקטות שימשו למטרה זו.
משנת 1995 עד 1997, נאס א ערכה מחקר יסודי של אנרגיית החלל. המושגים והפרטים הטכנולוגיים שלו נותחו.
בשנת 1998, יפן התערבה באזור זה. סוכנות החלל שלה השיקה תוכנית לבניית מערכת חשמל בחלל.
בשנת 1999, נאס א הגיבה על ידי השקת תוכנית דומה. בשנת 2000, נציג של ארגון זה, ג'ון מקינס, דיבר בפני הקונגרס האמריקני בהצהרה שהפיתוחים המתוכננים דורשים הוצאות אדירות וציוד היי-טק, כמו גם יותר מעשור אחד.
בשנת 2001 הכריזו היפנים על תוכנית להגביר את המחקר ולשגר לוויין ניסוי עם פרמטרים של 10 קילוואט ו-1 מגה וואט.
בשנת 2009, סוכנות חקר החלל שלהם הודיעה על כוונתה לשלוח לוויין מיוחד למסלול. הוא ישלח אנרגיית שמש לכדור הארץ באמצעות גלי מיקרו. אב הטיפוס הראשוני שלו אמור להיות מושק ב-2030.
גם ב-2009 נחתם הסכם חשוב בין שני ארגונים - Solaren ו-PG&E. לפיה, החברה הראשונה תייצר אנרגיה בחלל. והשני יקנה את זה. הספק של אנרגיה כזו יהיה 200 MW. זה מספיק כדי לספק לו 250,000 מבני מגורים. לפי כמה דיווחים, הפרויקט החל להיות מיושם ב-2016.
בשנת 2010, קונצרן שימיזו פרסם חומר על הבנייה הפוטנציאלית של תחנה בקנה מידה גדול על הירח. פנלים סולאריים ישמשו בכמויות גדולות. מהם תיבנה חגורה שתהיה לה פרמטרים של 11,000 ו-400 ק מ (אורך ורוחב, בהתאמה).
בשנת 2011, כמה חברות יפניות גדולות הגו פרויקט משותף גלובלי. זה כלל שימוש ב-40 לוויינים עם סוללות סולאריות מותקנות. גלים אלקטרומגנטיים יהפכו למוליכי אנרגיה לכדור הארץ. המראה תיקח אותםבקוטר של 3 ק מ. הוא יתרכז באזור המדברי של האוקיינוס. הפרויקט היה אמור לצאת לדרך ב-2012. אבל מסיבות טכניות, זה לא קרה.
בעיות בפועל
פיתוח אנרגיית החלל יכול להציל את האנושות מאסון. עם זאת, ליישום המעשי של פרויקטים יש קשיים רבים.
כפי שתוכנן, למיקום של רשת לוויינים בחלל יש את היתרונות הבאים:
- חשיפה מתמדת לשמש, כלומר פעולה מתמשכת.
- עצמאות מוחלטת ממזג האוויר וממיקום הציר של כוכב הלכת.
- אין דילמות עם מסת המבנים והקורוזיה שלהם.
היישום של התוכניות מסובך בגלל הבעיות הבאות:
- פרמטרים עצומים של האנטנה - משדר האנרגיה אל פני כדור הארץ. כך, למשל, כדי שהשידור המיועד יתרחש באמצעות גלי מיקרו בעלי תדר של 2.25 גיגה-הרץ, הקוטר של אנטנה כזו יהיה 1 ק"מ. והקוטר של האזור שמקבל את זרימת האנרגיה על כדור הארץ צריך להיות לפחות 10 ק"מ.
- אובדן אנרגיה בעת מעבר לכדור הארץ הוא בערך 50%.
- הוצאות ענק. עבור מדינה אחת, מדובר בסכומים משמעותיים מאוד (כמה עשרות מיליארדי דולרים).
אלה היתרונות והחסרונות של אנרגיית החלל. מעצמות מובילות עוסקות בחיסול ובמזעור חסרונותיה. לדוגמה, מפתחים אמריקאים מנסים לפתור דילמות פיננסיות בעזרת רקטות SpaceXs Falcon 9. מכשירים אלו יצמצמו משמעותית את עלות יישום התוכנית המתוכננת (בפרט, שיגור לווייני SBSP).
תוכנית ירח
לפי הרעיון של דיוויד קריסוול, חיוני להשתמש בירח כבסיס להנחת הציוד הדרוש.
זה המקום האופטימלי לפתור את הדילמה. חוץ מזה, איפה אפשר לפתח אנרגיית חלל, אם לא על הירח? מדובר בטריטוריה שאין בה אווירה ומזג אוויר. ייצור החשמל כאן יכול להימשך ברציפות ביעילות מוצקה.
בנוסף, ניתן לבנות רכיבים רבים של הסוללות מחומרי ירח, כמו אדמה. זה מקטין משמעותית את העלויות באנלוגיה עם וריאציות תחנות אחרות.
המצב ברוסיה
תעשיית אנרגיית החלל במדינה מתפתחת על בסיס העקרונות הבאים:
- אספקת אנרגיה היא בעיה חברתית ופוליטית בקנה מידה פלנטרי.
- בטיחות סביבתית היא הכשרון של חקר חלל מוכשר. יש להחיל תעריפי אנרגיה ירוקה. כאן, המשמעות החברתית של נושאו נלקחת בחשבון בהכרח.
- תמיכה מתמשכת בתוכניות אנרגיה חדשניות.
- יש לבצע אופטימיזציה של אחוז החשמל שנוצר על ידי תחנות כוח גרעיניות.
- זיהוי היחס האופטימלי בין אנרגיה לריכוז הקרקע והחלל.
- יישום של תעופה בחלל לחינוך והעברת אנרגיה.
אנרגיה בחלל ברוסיה מקיימת אינטראקציה עם התוכנית של ה-Federal State Unitary Enterprise NPO. לבוצ'קין. הרעיון מבוסס על שימוש בקולטי שמש ואנטנות קרינה. טכנולוגיות בסיסיות - לוויינים אוטונומיים הנשלטים מכדור הארץ בסיוע בדופק טייס.
ספקטרום המיקרוגל עם גלים קצרים, אפילו מילימטריים, משמש עבור האנטנה. בשל כך יופיעו קרניים צרות בחלל החיצון. זה ידרוש גנרטורים ומגברים של פרמטרים צנועים. אז יהיה צורך באנטנות קטנות יותר באופן משמעותי.
יוזמת TsNIIMash
בשנת 2013, הארגון הזה (שהוא גם החטיבה המדעית המרכזית של Roscosmos) הציע לבנות תחנות כוח סולאריות בחלל ביתיות. ההספק המיועד שלהם היה בטווח של 1-10 GW. אנרגיה חייבת להיות מועברת לכדור הארץ באופן אלחוטי. לשם כך, בניגוד לארה ב ויפן, מדענים רוסים התכוונו להשתמש בלייזר.
מדיניות גרעינית
מיקום של סוללות סולאריות בחלל מרמז על יתרונות מסוימים. אבל כאן חשוב לשמור בקפדנות על האוריינטציה הדרושה. הטכניקה לא צריכה להיות בצל. בהקשר זה, מספר מומחים סקפטיים לגבי תוכנית הירח.
והיום השיטה היעילה ביותר נחשבת ל"כוח גרעיני בחלל - כוח חלל סולארי". זה כרוך בהצבת כור גרעיני חזק או גנרטור בחלל.
לאפשרות הראשונה יש מסה עצומה ודורשת ניטור ותחזוקה קפדניים. תיאורטית, הוא יוכל לעבוד באופן אוטונומי בחלל למשך לא יותר משנה. זהו זמן קצר מדי עבור תוכניות חלל.
לשנייה יש יעילות מוצקה. אבל בתנאי שטח קשה לגווןכוחו. כיום, מדענים אמריקאים מנאס א מפתחים מודל משופר של גנרטור כזה. גם מומחים מקומיים פועלים באופן פעיל בכיוון זה.
מניעים כלליים לפיתוח אנרגיית החלל
הם יכולים להיות פנימיים וחיצוניים. הקטגוריה הראשונה כוללת:
- גידול חד באוכלוסיית העולם. לפי כמה תחזיות, מספר תושבי כדור הארץ עד סוף המאה ה-21 יהיה יותר מ-15 מיליארד בני אדם.
- צריכת האנרגיה ממשיכה לעלות.
- השימוש בשיטות קלאסיות לייצור אנרגיה הופך ללא רלוונטי. הם מבוססים על נפט וגז.
- השפעה שלילית על האקלים והאטמוספרה.
הקטגוריה השנייה כוללת:
- נפילות תקופתיות על כוכב הלכת של חלקים גדולים של מטאוריטים ושביטים. לפי הסטטיסטיקה, זה קורה פעם במאה.
- שינויים בקטבים מגנטיים. למרות שהתדירות כאן היא אחת ל-2000 שנה, קיים איום שהקוטב הצפוני והדרומי יחליפו מקום. ואז לזמן מה כוכב הלכת יאבד את השדה המגנטי שלו. זה טומן בחובו נזקי קרינה חמורים, אבל אנרגיית חלל מבוססת עשויה להפוך להגנה מפני אסונות כאלה.
