Адамзат экологиялық тұрғыдан таза энергияға мұқтаж, өйткені энергия өндірудің заманауи әдістері қоршаған ортаны қатты ластайды. Мамандар тығырықтан шығудың жолын инновациялық әдістерден көреді. Олар ғарыш энергиясын пайдаланумен байланысты.
Бастапқы идеялар
Оқиға 1968 жылы басталды. Содан кейін Питер Глейзер жаппай спутниктік технология идеясын көрсетті. Оларға күн коллекторы орнатылды. Оның көлемі 1 шаршы мильді құрайды. Жабдық экватор аймағынан 36 000 км биіктікте орналасуы керек еді. Мақсат - күн энергиясын жинау және электромагниттік жолаққа, микротолқынды ағынға айналдыру. Осылайша пайдалы энергия үлкен жердегі антенналарға берілуі керек.
1970 жылы АҚШ-тың Энергетика министрлігі НАСА-мен бірлесіп Глейзер жобасын зерттеді. Бұл Solar Power Satellite (SPS аббревиатурасы).
Үш жылдан кейін ғалымға ұсынылған техникаға патент берілді. Идея жүзеге асырылса, керемет нәтижелер береді. Бірақ болдыәртүрлі есептеулер жүргізіліп, жоспарланған жер серігі 5000 МВт энергия өндіріп, Жерге үш есе аз жетеді екен. Біз бұл жобаның сметалық шығындарын да анықтадық – 1 триллион доллар. Бұл үкіметті бағдарламаны жабуға мәжбүр етті.
90s
Болашақта спутниктерді неғұрлым қарапайым биіктікте орналастыру жоспарланған болатын. Ол үшін олар төмен жер орбиталарын қолдануға мәжбүр болды. Бұл тұжырымдаманы 1990 жылы Орталықтың зерттеушілері әзірлеген. М. В. Келдыш.
Олардың жоспары бойынша 21 ғасырдың 20-30 жылдарында 10-30 арнайы бекет салынуы керек. Олардың әрқайсысында 10 энергетикалық модуль болады. Барлық станциялардың жалпы параметрі 1,5 - 4,5 ГВт болады. Жер бетінде индикатор 0,75-тен 2,25 ГВт-қа дейінгі мәндерге жетеді.
Ал 2100 жылға қарай станциялар саны 800-ге дейін артады. Жердегі алынатын энергия деңгейі 960 ГВт болады. Бірақ бүгінде бұл тұжырымдамаға негізделген жобаны әзірлеу туралы ақпарат жоқ.
NASA және Жапония әрекеттері
1994 жылы арнайы эксперимент жүргізілді. Оны АҚШ әуе күштері қабылдады. Олар төмен жер орбитасына жетілдірілген фотоэлектрлік спутниктерді орналастырды. Бұл мақсатта зымырандар пайдаланылды.
1995-1997 жылдар аралығында NASA ғарыштық энергияны жан-жақты зерттеді. Оның тұжырымдамалары мен технологиялық ерекшеліктері талданды.
1998 жылы Жапония бұл салаға араласты. Оның ғарыш агенттігі ғарыштық электр жүйесін құру бағдарламасын іске қосты.
1999 жылы NASA осыған ұқсас бағдарламаны іске қосу арқылы жауап берді. 2000 жылы осы ұйымның өкілі Джон МакКинс АҚШ Конгресі алдында сөз сөйлеп, жоспарланған әзірлемелер үлкен шығындар мен жоғары технологиялық жабдықты, сондай-ақ он жылдан астам уақытты қажет етеді деп мәлімдеді.
2001 жылы жапондықтар зерттеулерді күшейту және параметрлері 10 кВт және 1 МВт болатын сынақ жерсерігін ұшыру жоспарын жариялады.
2009 жылы олардың ғарышты зерттеу жөніндегі агенттігі орбитаға арнайы спутник жіберу ниеті туралы хабарлады. Ол микротолқынды пештер арқылы Жерге күн энергиясын жібереді. Оның алғашқы прототипі 2030 жылы іске қосылуы керек.
Сонымен қатар 2009 жылы екі ұйым - Solaren және PG&E арасында маңызды келісімге қол қойылды. Оған сәйкес, бірінші компания ғарышта энергия өндіреді. Ал екіншісі оны сатып алады. Мұндай энергияның қуаты 200 МВт болады. Бұл 250 мың тұрғын үйді онымен қамтамасыз етуге жеткілікті. Кейбір мәліметтерге сәйкес, жоба 2016 жылы жүзеге асырыла бастады.
2010 жылы «Шимизу» концерні Айда ауқымды станция салу мүмкіндігі туралы материал жариялады. Күн батареялары көп мөлшерде қолданылатын болады. Олардан 11 000 және 400 км (тиісінше ұзындығы мен ені) параметрлері болатын белдеу жасалады.
2011 жылы жапондық бірнеше ірі компаниялар жаһандық бірлескен жобаны ойластырды. Ол күн батареялары орнатылған 40 спутникті пайдалануды қамтыды. Электромагниттік толқындар Жерге энергия өткізетін болады. Айна оларды қабылдайдыдиаметрі 3 км. Ол мұхиттың шөлді аймағында шоғырланатын болады. Жоба 2012 жылы іске қосылады деп жоспарланған болатын. Бірақ техникалық себептерге байланысты бұл болмады.
Тәжірибедегі мәселелер
Ғарыштық энергияның дамуы адамзатты катаклизмдерден құтқара алады. Дегенмен, жобаларды іс жүзінде жүзеге асыруда көптеген қиындықтар бар.
Жоспарланғандай, ғарышта спутниктер желісінің орналасуы келесі артықшылықтарға ие:
- Үнемі күн сәулесінің әсері, яғни үздіксіз әрекет.
- Ауа райынан және планета осінің орналасуынан толық тәуелсіздік.
- Құрылыстардың массасына және олардың коррозиясына қатысты дилеммалар жоқ.
Жоспарларды іске асыру келесі мәселелермен қиындады:
- Антеннаның үлкен параметрлері - планетаның бетіне энергия таратқыш. Мәселен, мысалы, 2,25 ГГц жиілігі бар микротолқынды пештердің көмегімен жоспарланған тарату үшін мұндай антеннаның диаметрі 1 км болады. Ал Жердегі энергия ағынын қабылдайтын аймақтың диаметрі кемінде 10 км болуы керек.
- Жерге қозғалған кездегі энергия жоғалуы шамамен 50% құрайды.
- Орасан зор шығындар. Бір ел үшін бұл өте маңызды сомалар (бірнеше ондаған миллиард доллар).
Бұл ғарыштық энергияның оң және теріс жақтары. Оның кемшіліктерін жоюмен және барынша азайтумен жетекші өкілеттіктер айналысады. Мысалы, американдық әзірлеушілер SpaceXs Falcon 9 зымырандарының көмегімен қаржылық дилеммаларды шешуге тырысуда. Бұл құрылғылар жоспарланған бағдарламаны (атап айтқанда, SBSP спутниктерін ұшыру) жүзеге асыру құнын айтарлықтай төмендетеді.
Ай бағдарламасы
Дэвид Крисвеллдің тұжырымдамасы бойынша, Айды қажетті жабдықты орналастыру үшін негіз ретінде пайдалану өте маңызды.
Бұл дилемманы шешудің оңтайлы орны. Оның үстіне Айда болмаса, ғарыштық энергетиканы қай жерде дамытуға болады? Бұл атмосферасы мен ауа-райы жоқ аумақ. Мұнда қуатты тиімділікпен үздіксіз өндіруге болады.
Сонымен қатар, батареялардың көптеген компоненттерін топырақ сияқты ай материалдарынан жасауға болады. Бұл басқа станция нұсқаларына ұқсас шығындарды айтарлықтай азайтады.
Ресейдегі жағдай
Елдің ғарыш энергетикасы келесі принциптер негізінде дамып келеді:
- Энергиямен қамтамасыз ету планеталық масштабтағы әлеуметтік және саяси мәселе.
- Қоршаған ортаның қауіпсіздігі – ғарышты сауатты игерудің еңбегі. Жасыл энергия тарифтерін қолдану керек. Бұл жерде оның иесінің әлеуметтік мәні міндетті түрде ескеріледі.
- Инновациялық энергетикалық бағдарламаларға үздіксіз қолдау көрсету.
- Атом электр станциялары өндіретін электр энергиясының пайызын оңтайландыру қажет.
- Энергияның жер және кеңістік концентрациясымен оңтайлы арақатынасын анықтау.
- Ғарыштық авиацияны білім беру және энергияны тасымалдау үшін қолдану.
Ресейдегі ғарыштық энергетика NPO федералдық мемлекеттік унитарлық кәсіпорнының бағдарламасымен әрекеттеседі. Лавочкин. Идея күн коллекторлары мен радиациялық антенналарды пайдалануға негізделген. Негізгі технологиялар – Жерден басқарылатын автономды спутниктерпилоттық импульстік көмек.
Антенна үшін қысқа, тіпті миллиметрлік толқындары бар микротолқынды спектр қолданылады. Осыған байланысты ғарыш кеңістігінде тар сәулелер пайда болады. Бұл қарапайым параметрлердің генераторлары мен күшейткіштерін қажет етеді. Сонда айтарлықтай кішірек антенналар қажет болады.
TsNIIMash бастамасы
2013 жылы бұл ұйым (ол да Роскосмостың негізгі ғылыми бөлімшесі болып табылады) отандық ғарыштық күн электр станцияларын салуды ұсынды. Олардың жоспарланған қуаты 1-10 ГВт аралығында болды. Энергия Жерге сымсыз берілуі керек. Осы мақсатта АҚШ пен Жапониядан айырмашылығы ресейлік ғалымдар лазерді қолдануды көздеген.
Ядролық саясат
Күн батареяларының ғарышта орналасуы белгілі бір артықшылықтарды білдіреді. Бірақ бұл жерде қажетті бағдарды қатаң сақтау маңызды. Техника көлеңкеде болмауы керек. Осыған байланысты бірқатар сарапшылар Ай бағдарламасына күмәнмен қарайды.
Ал бүгінгі таңда ең тиімді әдіс «Ғарыштық ядролық энергия – күн ғарыштық энергия» болып саналады. Ол ғарышқа қуатты ядролық реакторды немесе генераторды орналастыруды қамтиды.
Бірінші нұсқа үлкен массаға ие және мұқият бақылау мен техникалық қызмет көрсетуді қажет етеді. Теориялық тұрғыдан алғанда, ол ғарышта бір жылдан артық емес автономды түрде жұмыс істей алады. Бұл ғарыштық бағдарламалар үшін өте қысқа уақыт.
Екіншісі қатты тиімділікке ие. Бірақ ғарыш жағдайында оны өзгерту қиыноның күші. Бүгінде NASA-ның американдық ғалымдары осындай генератордың жетілдірілген үлгісін жасауда. Бұл бағытта отандық мамандар да белсенді жұмыс жасауда.
Ғарыш энергетикасын дамытудың жалпы себептері
Олар ішкі және сыртқы болуы мүмкін. Бірінші санатқа мыналар кіреді:
- Әлем халқының күрт өсуі. Кейбір болжамдар бойынша, 21 ғасырдың соңына қарай Жер тұрғындарының саны 15 миллиардтан астам адамды құрайды.
- Энергия тұтыну өсуде.
- Энергия өндірудің классикалық әдістерін қолдану өзекті емес болып барады. Олар мұнай мен газға негізделген.
- Климат пен атмосфераға теріс әсер.
Екінші санатқа мыналар кіреді:
- Метеориттер мен кометалардың үлкен бөліктерінің планетасына периодтық түседі. Статистикаға сәйкес, бұл ғасырда бір рет болады.
- Магниттік полюстердегі өзгерістер. Мұндағы жиілік 2000 жылда бір рет болғанымен, солтүстік пен оңтүстік полюстер орын ауыстырады деген қауіп бар. Содан кейін біраз уақыт бойы планета өзінің магнит өрісін жоғалтады. Бұл үлкен радиациялық зақым келтіруі мүмкін, бірақ жақсы орнатылған ғарыш энергиясы мұндай апаттардан қорғаныс болуы мүмкін.
