بشریت از نظر زیست محیطی به انرژی پاک کریستالی نیاز دارد، زیرا روش های مدرن تولید انرژی به طور جدی محیط زیست را آلوده می کند. کارشناسان راه برون رفت از بن بست را در روش های نوآورانه می بینند. آنها با استفاده از انرژی فضایی مرتبط هستند.
ایده های اولیه
داستان از سال 1968 شروع شد. سپس پیتر گلیزر ایده فناوری عظیم ماهواره ای را نشان داد. یک کلکتور خورشیدی روی آنها نصب شده بود. اندازه آن 1 مایل مربع است. قرار بود این تجهیزات در ارتفاع 36000 کیلومتری از منطقه استوا قرار گیرد. هدف جمع آوری و تبدیل انرژی خورشیدی به یک نوار الکترومغناطیسی، یک جریان مایکروویو است. به این ترتیب انرژی مفید باید به آنتن های عظیم زمینی منتقل شود.
در سال 1970، وزارت انرژی ایالات متحده به همراه ناسا، پروژه گلیزر را مورد مطالعه قرار دادند. این ماهواره انرژی خورشیدی (مخفف SPS) است.
سه سال بعد، این دانشمند پتنت تکنیک پیشنهادی را دریافت کرد. این ایده، اگر اجرا شود، نتایج برجسته ای به همراه خواهد داشت. اما وجود داشتندمحاسبات مختلفی انجام شد و معلوم شد که ماهواره برنامه ریزی شده 5000 مگاوات انرژی تولید می کند و زمین به سه برابر کمتر می رسد. ما همچنین هزینه های برآورد شده برای این پروژه را تعیین کردیم - 1 تریلیون دلار. این دولت را مجبور به بستن برنامه کرد.
دهه 90
در آینده قرار بود ماهواره ها در ارتفاع کمتری قرار بگیرند. برای این کار باید از مدارهای پایین زمین استفاده می کردند. این مفهوم در سال 1990 توسط محققان مرکز توسعه یافت. M. V. Keldysh.
طبق برنامه آنها باید 10-30 ایستگاه ویژه در دهه 30-20 قرن بیست و یکم ساخته شود. هر یک از آنها شامل 10 ماژول انرژی خواهد بود. پارامتر کل تمام ایستگاه ها 1.5 - 4.5 گیگاوات خواهد بود. در زمین، این نشانگر به مقادیر 0.75 تا 2.25 گیگاوات خواهد رسید.
و تا سال 2100 تعداد ایستگاه ها به 800 افزایش خواهد یافت. سطح انرژی دریافتی روی زمین 960 گیگاوات خواهد بود. اما امروزه هیچ اطلاعاتی حتی در مورد توسعه یک پروژه بر اساس این مفهوم وجود ندارد.
اقدامات ناسا و ژاپن
در سال 1994 آزمایش خاصی انجام شد. به میزبانی نیروی هوایی آمریکا برگزار شد. آنها ماهواره های فتوولتائیک پیشرفته را در مدار پایین زمین قرار دادند. راکت برای این منظور استفاده شد.
از سال 1995 تا 1997، ناسا مطالعه کاملی در مورد انرژی فضایی انجام داد. مفاهیم و مشخصات فنی آن مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
در سال 1998، ژاپن در این زمینه مداخله کرد. آژانس فضایی او برنامه ای را برای ساختن یک سیستم الکتریکی فضایی راه اندازی کرد.
در سال 1999، ناسا با راه اندازی یک برنامه مشابه پاسخ داد. در سال 2000، یکی از نمایندگان این سازمان، جان مک کینز، در برابر کنگره ایالات متحده با بیان این که تحولات برنامه ریزی شده مستلزم هزینه های هنگفت و تجهیزات پیشرفته و همچنین بیش از یک دهه است، سخنرانی کرد.
در سال 2001، ژاپنی ها طرحی را برای تشدید تحقیقات و پرتاب ماهواره آزمایشی با پارامترهای 10 کیلووات و 1 مگاوات اعلام کردند.
در سال 2009، آژانس اکتشاف فضایی آنها قصد خود را برای ارسال یک ماهواره ویژه به مدار اعلام کرد. انرژی خورشیدی را با استفاده از امواج مایکروویو به زمین ارسال می کند. نمونه اولیه آن باید در سال 2030 راه اندازی شود.
همچنین در سال 2009، قرارداد مهمی بین دو سازمان - Solaren و PG&E امضا شد. بر اساس آن، اولین شرکت انرژی در فضا تولید خواهد کرد. و دومی آن را خواهد خرید. توان چنین انرژی 200 مگاوات خواهد بود. این برای تامین 250000 ساختمان مسکونی کافی است. بر اساس برخی گزارش ها، اجرای این پروژه در سال 2016 آغاز شد.
در سال 2010، کنسرت شیمیزو مطالبی را در مورد ساخت احتمالی یک ایستگاه در مقیاس بزرگ در ماه منتشر کرد. پنل های خورشیدی در مقادیر زیادی استفاده خواهند شد. یک کمربند از آنها ساخته خواهد شد که پارامترهای آن به ترتیب 11000 و 400 کیلومتر (طول و عرض) خواهد بود.
در سال 2011، چندین شرکت بزرگ ژاپنی یک پروژه مشترک جهانی را طراحی کردند. این شامل استفاده از 40 ماهواره با باتری های خورشیدی نصب شده بود. امواج الکترومغناطیسی رسانای انرژی به زمین خواهند شد. آینه آنها را خواهد بردبا قطر 3 کیلومتر در منطقه بیابانی اقیانوس متمرکز خواهد شد. این پروژه قرار بود در سال 2012 راه اندازی شود. اما به دلایل فنی، این اتفاق نیفتاد.
مشکلات در عمل
توسعه انرژی فضایی می تواند بشریت را از بلایای طبیعی نجات دهد. با این حال، اجرای عملی پروژه ها مشکلات زیادی دارد.
همانطور که برنامه ریزی شده است، مکان شبکه ای از ماهواره ها در فضا دارای مزایای زیر است:
- قرار گرفتن مداوم در معرض خورشید، یعنی عمل مداوم.
- استقلال کامل از آب و هوا و موقعیت محور سیاره.
- بدون دوراهی با جرم سازه ها و خوردگی آنها.
اجرای طرح ها به دلیل مشکلات زیر پیچیده است:
- پارامترهای عظیم آنتن - فرستنده انرژی به سطح سیاره. بنابراین، برای مثال، برای انتقال مورد نظر با استفاده از امواج مایکروویو با فرکانس 2.25 گیگاهرتز، قطر چنین آنتنی 1 کیلومتر خواهد بود. و قطر منطقه دریافت کننده جریان انرژی روی زمین باید حداقل 10 کیلومتر باشد.
- اتلاف انرژی هنگام حرکت به زمین حدود ۵۰٪ است.
- هزینه های هنگفت. برای یک کشور، این مقادیر بسیار قابل توجهی است (چند ده میلیارد دلار).
اینها مزایا و معایب انرژی فضایی هستند. قدرت های پیشرو به رفع و به حداقل رساندن کاستی های آن مشغول هستند. به عنوان مثال، توسعه دهندگان آمریکایی در تلاش برای حل معضلات مالی با کمک موشک های SpaceXs Falcon 9 هستند. این دستگاه ها به طور قابل توجهی هزینه اجرای برنامه برنامه ریزی شده (به ویژه پرتاب ماهواره های SBSP) را کاهش می دهند.
برنامه قمری
طبق مفهوم دیوید کریسول، استفاده از ماه به عنوان پایه ای برای قرار دادن تجهیزات ضروری ضروری است.
این مکان بهینه برای حل معضل است. علاوه بر این، اگر در ماه نیست، کجا می توان انرژی فضایی را توسعه داد؟ این سرزمینی است که جو و هوا ندارد. تولید برق در اینجا می تواند به طور مداوم با راندمان ثابت ادامه یابد.
علاوه بر این، بسیاری از اجزای باتری ها را می توان از مواد قمری مانند خاک ساخت. این به طور قابل توجهی هزینه ها را به قیاس با سایر تغییرات ایستگاه کاهش می دهد.
وضعیت روسیه
صنعت انرژی فضایی کشور بر اساس اصول زیر در حال توسعه است:
- تامین انرژی یک مشکل اجتماعی و سیاسی در مقیاس سیاره ای است.
- ایمنی زیست محیطی شایستگی اکتشاف فضایی شایسته است. تعرفه انرژی سبز باید اعمال شود. در اینجا لزوماً اهمیت اجتماعی حامل آن در نظر گرفته می شود.
- حمایت مستمر از برنامه‌های انرژی نوآورانه.
- درصد برق تولید شده توسط نیروگاه های هسته ای باید بهینه شود.
- شناسایی نسبت بهینه انرژی با غلظت زمین و فضا.
- کاربرد هوانوردی فضایی برای آموزش و انتقال انرژی.
انرژی فضایی در روسیه با برنامه سازمان فدرال واحد دولتی NPO در تعامل است. لاوچکین. این ایده مبتنی بر استفاده از کلکتورهای خورشیدی و آنتن های تشعشعی است. فن آوری های اساسی - ماهواره های خودمختار کنترل شده از زمین درکمک نبض خلبان.
طیف مایکروویو با امواج کوتاه و حتی میلی متری برای آنتن استفاده می شود. به همین دلیل، پرتوهای باریکی در فضای بیرونی ظاهر می شوند. این به ژنراتورها و تقویت کننده های پارامترهای متوسط نیاز دارد. سپس آنتن های بسیار کوچکتری مورد نیاز خواهد بود.
ابتکار TsNIIMash
در سال 2013، این سازمان (که همچنین بخش علمی کلیدی Roscosmos است) پیشنهاد ساخت نیروگاه های خورشیدی فضایی خانگی را داد. توان مورد نظر آنها در محدوده 1-10 گیگاوات بود. انرژی باید به صورت بی سیم به زمین منتقل شود. برای این منظور، برخلاف آمریکا و ژاپن، دانشمندان روسی قصد داشتند از لیزر استفاده کنند.
سیاست هسته ای
موقعیت باتری های خورشیدی در فضا حاکی از مزایای خاصی است. اما در اینجا مهم است که جهت گیری لازم را به شدت رعایت کنید. تکنیک نباید در سایه باشد. در این رابطه، تعدادی از کارشناسان در مورد برنامه قمری تردید دارند.
و امروزه موثرترین روش "نیروی هسته ای فضایی - نیروی فضایی خورشیدی" در نظر گرفته می شود. این شامل قرار دادن یک راکتور یا ژنراتور هسته ای قدرتمند در فضا است.
گزینه اول حجم عظیمی دارد و نیاز به نظارت و نگهداری دقیق دارد. از نظر تئوری، می تواند بیش از یک سال به طور مستقل در فضا کار کند. این زمان برای برنامه های فضایی بسیار کوتاه است.
دومی کارایی خوبی دارد. اما در شرایط فضایی تغییر آن دشوار استقدرت آن امروزه دانشمندان آمریکایی ناسا در حال توسعه یک مدل بهبود یافته از چنین ژنراتوری هستند. متخصصان داخلی نیز فعالانه در این راستا کار می کنند.
انگیزه های کلی برای توسعه انرژی فضایی
آنها می توانند داخلی و خارجی باشند. دسته اول شامل:
- افزایش شدید جمعیت جهان. بر اساس برخی پیش بینی ها، تعداد ساکنان زمین تا پایان قرن بیست و یکم بیش از 15 میلیارد نفر خواهد بود.
- مصرف انرژی همچنان در حال افزایش است.
- استفاده از روش های کلاسیک تولید انرژی در حال بی ربط شدن است. آنها بر پایه نفت و گاز هستند.
- تاثیر منفی بر آب و هوا و جو.
دسته دوم شامل:
- سقوط دوره ای در سیاره بخش های بزرگی از شهاب سنگ ها و دنباله دارها. طبق آمار، این یک بار در قرن اتفاق می افتد.
- تغییر در قطب های مغناطیسی. اگرچه فرکانس در اینجا هر 2000 سال یک بار است، اما این خطر وجود دارد که قطب شمال و جنوب جای خود را تغییر دهند. سپس برای مدتی سیاره میدان مغناطیسی خود را از دست خواهد داد. این مملو از آسیب جدی تشعشع است، اما انرژی فضایی به خوبی تثبیت شده می‌تواند به دفاعی در برابر چنین بلایایی تبدیل شود.
