Концепция системы энергоснабжения Земли из космоса (на основе использования солнечной энергии). Часть 1

Июль 27, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

1. Устойчивое развитие – развитие, удовлетворяющее потребности настоящего времени, но в то же время, не ставящее под угрозу способность последующих поколений удовлетворять их потребности (согласно определению Всемирной комиссии по развитию и окружающей среде). Это определение гуманистическое, оно трактует об устойчивом развитии в глобальном масштабе, чем отличается от концепции «золотого миллиарда», выражением которой на практике является финансовая глобализация.

Концепция системы энергоснабжения Земли из космоса (на основе использования солнечной энергии). Часть 1

2. Основными проблемами перехода к устойчивому развитию являются проблемы системы энергоснабжения Земли:

- потепление климата, вызванное в значительной степени выбросами СО2 из энергоустановок, которые сжигают углесодержащие ископаемые топлива – нефть, газ и особенно уголь; то же проявляется в увеличении масштабов и числа катастроф и ущерба, приносимого ими;

- ограниченные запасы ископаемых топлив, содержащих углерод, тем более газа и нефти, которые также необходимы как сырье для химической промышленности;

- неравномерность систем энергоснабжения развивающихся и развитых стран.

3. С самого начала создания теории устойчивого развития Римский клуб считал экологически безопасную систему энергоснабжения Земли основной целью человечества, проживающего в ХХI веке. Сценарии реформирования энергетики во всем мире с целью устойчивого развития (созданные специалистами ООН без учета потенциала ракетно-космической техники) подразумевают, что в начале-середине ХХI века непременно нужно перенаправить мировую энергетику на ВИЭ – возобновляемые источники энергии – биомассу и солнечные источники в примерной пропорции 1:1,5 и довести их суммарное использование к середине века до 25-35%, к концу – до 55-70% от всего производства, которое в течение века возрастет почти вдвое (по некоторым прогнозам).

Потенциальные возможности РКТ могут позволить расширить и ускорить использование ВИЭ.

4. Поступление энергии солнца на Землю больше, чем в 10000 раз превышает потребности современного человечества, но она весьма рассеяна: среднесуточная норма – 0,243 кВт/м2.

В то же время в космическом пространстве около Земли вне тени нашей планеты поток солнечной энергии во времени непрерывен и составляет 1,36 кВт/м2. Распределение преобразователей энергии Солнца на орбитах спутников Земли в противоположность их размещению на Земле дает не только значительную экономию их рабочих плоскостей, но и более подходящие технологические возможности распределения и концентрации энергии по потребителям на поверхности земного шара.

Вопрос выбора космического или наземного сценария размещения преобразователей энергии Солнца – задача технико-экономического анализа. Пока не проведено такого анализа, авторы действующего сообщения предлагают рассмотреть более подходящий, как они считают, космический сценарий.

5. Единственным, проработанным экономическим орбитальным мегапроектом по разработке системы энергоснабжения Земли на данный момент является система из 60 солнечных космических электростанций (СКЭС), которую около 35 лет назад предложил П. Глейзер. Каждая СКЭС – платформа размером 5х10 км, покрытая солнечными батареями и передающая энергию, мощность которой 5 млн. кВт, с геостационарной орбиты на Землю СВЧ-радиолучом. Общая масса системы 3 млн. т. (масса платформ 1 кг/м2, что равносильно алюминиевой пластине0,37 мм), она сооружается путем доставки всех элементов конструкции с Земли. Система может окупиться через 20 лет, если удельная стоимость доставки грузов на рабочую орбиту с Земли составит 100 USD/кг. Учитывая, что это ниже в сотни раз современного уровня, то становится ясной экономическая проблематичность данного проекта.

Кроме того передача таких потоков энергии на Землю в форме СВЧ-излучения требует приемных антенн длинной во много километров, вызывает опасность возникновения экологической угрозы через определенное время, что потребует организации специальных длительных и обширных исследований.

6. Основой концепции орбитальной системы энергоснабжения под названием «космическая энергоиндустриальная система» (КЭИС) являются два принципа:

а) Применение внеземных материалов для сооружения КЭИС;

б) Передача на Землю энергии в виде отраженного света от солнца, концентрируемого на определенных территориях поверхности Земли – на начальных этапах создания КЭИС.

7. Для осуществления первого положения концепции системы энергоснабжения интересным источником внеземных материалов могут являться стероиды - малые тела Солнечной системы (в первую очередь – из группы сближающихся с Землей - АСЗ) и кометы. Около 5% астероидов – железоникелевые, т.е. после перевода на геоцентрическую орбиту, они обеспечат оптимальную основу для производства конструкционных материалов и изделий в космосе для дальнейшего монтажа конструкций КЭИС.

8. Для данной цели полагаются пригодными небольшие астероиды массой порядка 10 млн. т. (диаметр130 м). Анализ подтвердил, что коррекция орбиты подобного астероида с целью перевода его относительно Земли с пролетной траектории на геоцентрическую орбиту, со средней величиной торможения 10 км/с невозможна ни сегодня, ни в обозримом будущем никакими техническими известными средствами, кроме воздействия ядерными взрывами на астероид.

9. Изменение значения кинетической энергии астероида в указанном случае составляет 1018 Дж или 120 Мт ТНТ. Сравнивая данный показатель с энергетическим потенциалом, которым обладают ядерные боеголовки ракет, предназначенные для ликвидации согласно договорам, - 6 Гт ТНТ (в сумме у США и России), можно сделать удивительный вывод, что общество сегодня располагает энергоресурсами, достаточными для запуска программы разработки КЭИС из внеземных материалов.

10. Межконтинентальные баллистические ракеты (МБР), которые подлежат ликвидации по аналогичным договорам, способны осуществить выведение этого ядерного энергетического потенциала на околоземные орбиты – после определенной доработки ядерных боеголовок (ЯБГ) и дальнейшего превращения их в составляющие ядреных взрывных устройств (ЯВУ) для последующего воздействия на астероиды.

11. Следующий основополагающий принцип КЭИС на первом этапе – передача энергии на Землю в образе отраженного солнечного света при помощи фасеточной системы поворотных зеркал, расположенных на платформах, обусловлен,

во-первых, безопасностью системы энергоснабжения с экологической точки зрения;

во-вторых, технологической доступностью при условии создания зеркал в открытом космосе;

в-третьих, тем, что наземная инфраструктура сложного уровня отсутствует, как при СВЧ-передачи энергии;

в-четвертых, возможностями поэтапного наращивания эффективного использования общества для решения актуальных задач (в том числе социально значимых, в большей степени для развивающихся стран), а именно:

а) при инсоляции 1 Вт/м2 (100 люкс) – освещение городских территорий в ночное время, а также зон глобальных катастроф, мест разработок полезных ископаемых;

б) при инсоляции 20-50 Вт/м2 – улучшение условий выращивания биокультур и сельскохозяйственных культур, биомассы, имеющей энергетическое назначение, повышение продуктивности;

в) при инсоляции 50-150 Вт/м2 – повышение результативности преобразователей энергии Солнца, размещенных на Земле.

Нужно отметить, что энергетический поток на Землю с единицы поверхности платформ в космосе в случае передачи ее в образе солнечного отраженного излучения значительно выше, чем в случае преобразования его в электроэнергию (с кпд около 0,1) с дальнейшей передачей по радиолучу.

В ходе создания первой стадии КЭИС могут быть осуществлены полноценные исследования экологических проблем, связанных с передачей энергии Земле по радиолучу и созданы необходимые основания для определения облика будущих стадий КЭИС.

Это интересно ...

Последние новости и статьи:



Оставить комментарий