Cilvēcei ir vajadzīga kristāltīra enerģija vides ziņā, jo mūsdienu enerģijas iegūšanas metodes nopietni piesārņo vidi. Speciālisti izeju no strupceļa saskata inovatīvās metodēs. Tie ir saistīti ar kosmosa enerģijas izmantošanu.
Sākotnējās idejas
Stāsts sākās 1968. gadā. Tad Pīters Glazers demonstrēja ideju par masveida satelītu tehnoloģiju. Viņiem tika uzstādīts saules kolektors. Tās izmērs ir 1 kvadrātjūdze. Iekārtām bija jāatrodas 36 000 km augstumā virs ekvatora zonas. Mērķis ir savākt un pārveidot saules enerģiju elektromagnētiskajā joslā, mikroviļņu plūsmā. Tādā veidā noderīgā enerģija būtu jāpārraida uz milzīgām zemes antenām.
1970. gadā ASV Enerģētikas departaments kopā ar NASA pētīja Glaser projektu. Šis ir Saules enerģijas satelīts (saīsinājums SPS).
Trīs gadus vēlāk zinātniekam tika piešķirts ierosinātās tehnikas patents. Ideja, ja to īstenotu, nestu izcilus rezultātus. Bet bijatika veikti dažādi aprēķini, un izrādījās, ka plānotais satelīts radīs 5000 MW enerģijas, un Zeme sasniegs trīs reizes mazāk. Mēs arī noteicām šī projekta paredzamās izmaksas - USD 1 triljons. Tas piespieda valdību slēgt programmu.
90. gadi
Nākotnē satelītus bija plānots izvietot pieticīgākā augstumā. Lai to izdarītu, viņiem bija jāizmanto zemas zemes orbītas. Šo koncepciju 1990. gadā izstrādāja centra pētnieki. M. V. Keldišs.
Pēc viņu plāna 21.gadsimta 20.-30.gados būtu jāuzbūvē 10-30 speciālās stacijas. Katrā no tiem būs 10 enerģijas moduļi. Visu staciju kopējais parametrs būs 1,5 - 4,5 GW. Uz Zemes indikators sasniegs vērtības no 0,75 līdz 2,25 GW.
Un līdz 2100. gadam staciju skaits tiks palielināts līdz 800. Uz Zemes saņemtās enerģijas līmenis būs 960 GW. Taču šodien nav informācijas pat par projekta izstrādi uz šīs koncepcijas pamata.
NASA un Japānas darbības
1994. gadā tika veikts īpašs eksperiments. To vadīja ASV gaisa spēki. Viņi novietoja progresīvus fotoelektriskos satelītus zemā Zemes orbītā. Šim nolūkam tika izmantotas raķetes.
No 1995. līdz 1997. gadam NASA veica rūpīgu kosmosa enerģijas izpēti. Tika analizēti tā jēdzieni un tehnoloģiskā specifika.
1998. gadā Japāna iejaucās šajā jomā. Viņas kosmosa aģentūra uzsāka programmu kosmosa elektriskās sistēmas izveidei.
1999. gadā NASA atbildēja, uzsākot līdzīgu programmu. 2000. gadā šīs organizācijas pārstāvis Džons Makkins uzstājās pirms ASV Kongresa ar paziņojumu, ka plānotās izstrādes prasa milzīgus izdevumus un augsto tehnoloģiju aprīkojumu, kā arī vairāk nekā vienu desmitgadi.
2001. gadā japāņi paziņoja par plānu pastiprināt pētniecību un palaist testa satelītu ar parametriem 10 kW un 1 MW.
2009. gadā viņu kosmosa izpētes aģentūra paziņoja par nodomu nosūtīt orbītā īpašu satelītu. Tas nosūtīs saules enerģiju uz Zemi, izmantojot mikroviļņus. Tā sākotnējais prototips ir jāizlaiž 2030. gadā.
Arī 2009. gadā tika parakstīts svarīgs līgums starp divām organizācijām - Solaren un PG&E. Saskaņā ar to pirmais uzņēmums ražos enerģiju kosmosā. Un otrs to nopirks. Šādas enerģijas jauda būs 200 MW. Tas ir pietiekami, lai ar to nodrošinātu 250 000 dzīvojamo ēku. Saskaņā ar dažiem ziņojumiem projektu sāka īstenot 2016. gadā.
2010. gadā Shimizu koncerns publicēja materiālus par iespējamu liela mēroga stacijas būvniecību uz Mēness. Saules paneļi tiks izmantoti lielos daudzumos. No tiem tiks uzbūvēta josta, kuras parametri būs 11 000 un 400 km (attiecīgi garums un platums).
2011. gadā vairāki lieli Japānas uzņēmumi izstrādāja globālu kopīgu projektu. Tas ietvēra 40 satelītu izmantošanu ar uzstādītām saules baterijām. Elektromagnētiskie viļņi kļūs par enerģijas vadītājiem uz Zemi. Spogulis viņus paņemskura diametrs ir 3 km. Tas būs koncentrēts okeāna tuksneša zonā. Projektu bija plānots uzsākt 2012. gadā. Taču tehnisku iemeslu dēļ tas nenotika.
Problēmas praksē
Kosmosa enerģijas attīstība var izglābt cilvēci no kataklizmām. Tomēr projektu praktiskā realizācija rada daudz grūtību.
Kā plānots, satelītu tīkla atrašanās vietai kosmosā ir šādas priekšrocības:
- Pastāvīga saules iedarbība, tas ir, nepārtraukta darbība.
- Pilnīga neatkarība no laikapstākļiem un planētas ass stāvokļa.
- Nav dilemmu ar konstrukciju masu un to koroziju.
Plānu īstenošanu apgrūtina šādas problēmas:
- Milzīgi antenas parametri - enerģijas raidītājs uz planētas virsmu. Tā, piemēram, lai paredzētā pārraide notiktu, izmantojot mikroviļņus ar frekvenci 2,25 GHz, šādas antenas diametrs būtu 1 km. Un tās zonas diametram, kas saņem enerģijas plūsmu uz Zemes, jābūt vismaz 10 km.
- Enerģijas zudumi, pārceļoties uz Zemi, ir aptuveni 50%.
- Kolosāli izdevumi. Vienai valstij tās ir ļoti nozīmīgas summas (vairāki desmiti miljardu dolāru).
Tie ir kosmosa enerģijas plusi un mīnusi. Vadošās pilnvaras nodarbojas ar tā trūkumu novēršanu un samazināšanu. Piemēram, amerikāņu izstrādātāji mēģina atrisināt finansiālās dilemmas ar SpaceXs Falcon 9 raķešu palīdzību. Šīs ierīces ievērojami samazinās plānotās programmas īstenošanas izmaksas (jo īpaši SBSP satelītu palaišanu).
Mēness programma
Saskaņā ar Deivida Krisvela koncepciju, ir būtiski izmantot Mēnesi kā pamatu nepieciešamā aprīkojuma novietošanai.
Šī ir optimālā vieta dilemmas risināšanai. Turklāt kur gan iespējams attīstīt kosmosa enerģiju, ja ne uz Mēness? Šī ir teritorija, kurā nav atmosfēras un laikapstākļu. Enerģijas ražošana šeit var turpināties nepārtraukti ar stabilu efektivitāti.
Turklāt daudzas akumulatoru sastāvdaļas var izgatavot no Mēness materiāliem, piemēram, augsnes. Tas ievērojami samazina izmaksas pēc analoģijas ar citām staciju variācijām.
Situācija Krievijā
Valsts kosmosa enerģētikas nozare attīstās, pamatojoties uz šādiem principiem:
- Enerģijas piegāde ir sociāla un politiska problēma planētas mērogā.
- Vides drošība ir kompetentas kosmosa izpētes nopelns. Jāpiemēro zaļās enerģijas tarifi. Šeit noteikti tiek ņemta vērā tā nesēja sociālā nozīme.
- Nepārtraukts atbalsts inovatīvām enerģētikas programmām.
- Atomelektrostacijās saražotās elektroenerģijas procentuālā daļa ir jāoptimizē.
- Optimālās enerģijas attiecības ar zemes un telpas koncentrāciju noteikšana.
- Kosmosa aviācijas pielietojums izglītībai un enerģijas pārvadei.
Kosmosa enerģija Krievijā mijiedarbojas ar federālā valsts vienotā uzņēmuma NPO programmu. Lavočkins. Idejas pamatā ir saules kolektoru un radiācijas antenu izmantošana. Pamattehnoloģijas - autonomie pavadoņi, kurus vada no Zemes plkstpilota impulsa palīdzība.
Antenai tiek izmantots mikroviļņu spektrs ar īsiem, vienmērīgiem milimetru viļņiem. Sakarā ar to kosmosā parādīsies šauri stari. Tam būs nepieciešami pieticīgu parametru ģeneratori un pastiprinātāji. Tad būs vajadzīgas ievērojami mazākas antenas.
TsNIIMash iniciatīva
2013. gadā šī organizācija (kas ir arī Roscosmos galvenā zinātniskā nodaļa) ierosināja būvēt vietējās kosmosa saules elektrostacijas. To paredzētā jauda bija 1-10 GW robežās. Enerģija ir jāpārraida uz Zemi bezvadu režīmā. Šim nolūkam, atšķirībā no ASV un Japānas, Krievijas zinātnieki plānoja izmantot lāzeru.
Kodolpolitika
Saules bateriju atrašanās vieta kosmosā nozīmē noteiktas priekšrocības. Bet šeit ir svarīgi stingri ievērot nepieciešamo orientāciju. Tehnikai nevajadzētu būt ēnā. Šajā sakarā vairāki eksperti ir skeptiski par Mēness programmu.
Un šodien par visefektīvāko metodi tiek uzskatīta "Kosmosa kodolenerģija – saules kosmosa enerģija". Tas ietver jaudīga kodolreaktora vai ģeneratora izvietošanu kosmosā.
Pirmajai opcijai ir milzīga masa, un tai ir nepieciešama rūpīga uzraudzība un apkope. Teorētiski tas spēs autonomi darboties kosmosā ne ilgāk kā gadu. Šis ir pārāk īss laiks kosmosa programmām.
Otrajam ir stabila efektivitāte. Bet kosmosa apstākļos ir grūti variēttās spēks. Mūsdienās NASA amerikāņu zinātnieki izstrādā uzlabotu šāda ģeneratora modeli. Šajā virzienā aktīvi strādā arī pašmāju speciālisti.
Vispārīgi motīvi kosmosa enerģijas attīstībai
Tie var būt iekšēji un ārēji. Pirmajā kategorijā ietilpst:
- Strauja pasaules iedzīvotāju skaita palielināšanās. Saskaņā ar dažām prognozēm, 21. gadsimta beigās Zemes iedzīvotāju skaits būs vairāk nekā 15 miljardi cilvēku.
- Enerģijas patēriņš turpina pieaugt.
- Klasisko enerģijas ražošanas metožu izmantošana kļūst nenozīmīga. To pamatā ir nafta un gāze.
- Negatīvā ietekme uz klimatu un atmosfēru.
Otrajā kategorijā ietilpst:
- Periodiski nokrīt uz planētas, kurā ir liela daļa meteorītu un komētu. Saskaņā ar statistiku, tas notiek reizi gadsimtā.
- Magnētisko polu izmaiņas. Lai gan frekvence šeit ir reizi 2000 gados, pastāv draudi, ka ziemeļu un dienvidu pols mainīsies vietām. Tad kādu laiku planēta zaudēs savu magnētisko lauku. Tas ir pilns ar nopietniem radiācijas bojājumiem, taču labi iedibināta kosmosa enerģija varētu kļūt par aizsardzību pret šādām katastrofām.
