Inimkond vajab keskkonna mõttes kristallpuhast energiat, kuna tänapäevased energiatootmismeetodid saastavad tõsiselt keskkonda. Eksperdid näevad ummikseisust väljapääsu uuenduslikes meetodites. Neid seostatakse kosmoseenergia kasutamisega.
Esialgsed ideed
Lugu sai alguse 1968. aastal. Seejärel demonstreeris Peter Glazer massiivse satelliiditehnoloogia ideed. Neile paigaldati päikesekollektor. Selle suurus on 1 ruutmiil. Seadmed pidid asuma 36 000 km kõrgusel ekvaatorivööndist. Eesmärk on koguda päikeseenergiat ja muuta see elektromagnetiliseks ribaks, mikrolainevooluks. Sel viisil tuleks kasulikku energiat edastada tohututele maapealsetele antennidele.
1970. aastal uuris USA energeetikaministeerium koos NASAga Glaseri projekti. See on päikeseenergia satelliit (lühend SPS).
Kolm aastat hiljem anti teadlasele pakutud tehnika patent. Idee elluviimisel tooks silmapaistvaid tulemusi. Aga neid olitehti erinevaid arvutusi ja selgus, et kavandatav satelliit toodab 5000 MW energiat ja Maa ulatub kolm korda vähem. Samuti määrasime kindlaks selle projekti hinnangulised kulud - 1 triljon dollarit. See sundis valitsust programmi sulgema.
90ndad
Tulevikus plaaniti satelliidid paigutada tagasihoidlikumale kõrgusele. Selleks pidid nad kasutama madalaid maakera orbiite. Selle kontseptsiooni töötasid välja keskuse teadlased 1990. aastal. M. V. Keldysh.
Nende plaani järgi peaks 21. sajandi 20-30ndatel ehitama 10-30 erijaama. Igaüks neist sisaldab 10 energiamoodulit. Kõigi jaamade koguparameeter on 1,5–4,5 GW. Maal jõuab indikaator väärtusteni 0,75–2,25 GW.
Ja aastaks 2100 suurendatakse jaamade arvu 800-ni. Maal vastuvõetava energia tase on 960 GW. Kuid täna puudub teave isegi sellel kontseptsioonil põhineva projekti väljatöötamise kohta.
NASA ja Jaapani tegevused
1994. aastal viidi läbi spetsiaalne eksperiment. Seda võõrustasid USA õhujõud. Nad paigutasid täiustatud fotogalvaanilised satelliidid madalale maa orbiidile. Selleks kasutati rakette.
Aastatel 1995–1997 viis NASA läbi põhjaliku kosmoseenergia uuringu. Analüüsiti selle kontseptsioone ja tehnoloogilisi eripärasid.
1998. aastal sekkus sellesse valdkonda Jaapan. Tema kosmoseagentuur käivitas programmi kosmose elektrisüsteemi ehitamiseks.
1999. aastal vastas NASA sarnase programmi käivitamisega. 2000. aastal esines selle organisatsiooni esindaja John McKins USA Kongressi ees väitega, et kavandatavad arendused nõuavad tohutuid kulutusi ja kõrgtehnoloogilisi seadmeid ning rohkem kui ühe kümnendi.
Aastal 2001 teatasid jaapanlased plaanist intensiivistada uurimistööd ja saata orbiidile katsesatelliit parameetritega 10 kW ja 1 MW.
2009. aastal teatas nende kosmoseuuringute agentuur kavatsusest saata orbiidile spetsiaalne satelliit. See saadab päikeseenergiat Maale mikrolainete abil. Selle esialgne prototüüp peaks turule tulema 2030. aastal.
Ka 2009. aastal sõlmiti oluline leping kahe organisatsiooni – Solaren ja PG&E vahel. Selle kohaselt hakkab esimene ettevõte kosmoses energiat tootma. Ja teine ostab selle. Sellise energia võimsus on 200 MW. Sellest piisab, et varustada sellega 250 000 elamut. Mõne aruande kohaselt hakati projekti ellu viima 2016. aastal.
2010. aastal avaldas Shimizu kontsern materjali suuremahulise jaama võimaliku ehitamise kohta Kuule. Päikesepaneele hakatakse kasutama suurtes kogustes. Nendest ehitatakse vöö, mille parameetrid on 11 000 ja 400 km (pikkus ja laius vastav alt).
2011. aastal kavandasid mitmed Jaapani suured ettevõtted ülemaailmse ühisprojekti. See hõlmas 40 satelliidi kasutamist koos paigaldatud päikesepatareidega. Elektromagnetlainetest saavad Maa energiajuhid. Peegel võtab nadmille läbimõõt on 3 km. See koondub ookeani kõrbevööndisse. Projekti plaaniti käivitada 2012. aastal. Kuid tehnilistel põhjustel seda ei juhtunud.
Probleemid praktikas
Kosmoseenergia areng võib päästa inimkonna kataklüsmidest. Projektide praktilisel elluviimisel on aga palju raskusi.
Nagu plaanitud, on satelliitide võrgu asukohal kosmoses järgmised eelised:
- Pidev kokkupuude päikesega, see tähendab pidev tegevus.
- Täielik sõltumatus ilmastikust ja planeedi telje asukohast.
- Ei mingeid dilemmasid konstruktsioonide massi ja nende korrosiooniga.
Plaanide elluviimist raskendavad järgmised probleemid:
- Antenni tohutud parameetrid – energia saatja planeedi pinnale. Näiteks selleks, et kavandatud edastamine toimuks 2,25 GHz sagedusega mikrolainete abil, oleks sellise antenni läbimõõt 1 km. Ja Maa peal energiavoogu vastuvõtva tsooni läbimõõt peaks olema vähem alt 10 km.
- Energiakadu Maale kolimisel on umbes 50%.
- Kolossaalsed kulud. Ühe riigi jaoks on need väga märkimisväärsed summad (mitukümmend miljardit dollarit).
Need on kosmoseenergia plussid ja miinused. Juhtvõimud tegelevad selle puuduste kõrvaldamise ja minimeerimisega. Näiteks Ameerika arendajad üritavad rahalisi dilemmasid lahendada rakettide SpaceXs Falcon 9 abil. Need seadmed vähendavad oluliselt kavandatud programmi elluviimise (eelkõige SBSP satelliitide saatmise) kulusid.
Kuuprogramm
David Criswelli kontseptsiooni kohaselt on Kuu kasutamine vajalike seadmete paigutamise aluseks.
See on optimaalne koht dilemma lahendamiseks. Pealegi, kus on võimalik kosmoseenergiat arendada, kui mitte Kuul? See on territoorium, millel puudub atmosfäär ja ilm. Elektritootmine võib siin jätkuda stabiilselt ja tõhus alt.
Lisaks saab paljusid akude komponente ehitada Kuu materjalidest, näiteks pinnasest. See vähendab oluliselt kulusid analoogselt muude jaamade variatsioonidega.
Olukord Venemaal
Riigi kosmoseenergiatööstus areneb järgmiste põhimõtete alusel:
- Energiavarustus on planeedi mastaabis sotsiaalne ja poliitiline probleem.
- Keskkonnaohutus on pädeva kosmoseuuringute eelis. Tuleks rakendada rohelise energia tariife. Siin võetakse tingimata arvesse selle kandja sotsiaalset tähtsust.
- Pidev toetus uuenduslikele energiaprogrammidele.
- Tuumaelektrijaamade toodetud elektrienergia protsent vajab optimeerimist.
- Energia optimaalse suhte tuvastamine maapinna ja ruumi kontsentratsiooniga.
- Kosmoselennunduse rakendamine hariduses ja energiaülekandes.
Venemaa kosmoseenergia suhtleb föderaalse riikliku ühtse ettevõtte MTÜ programmiga. Lavochkin. Idee aluseks on päikesekollektorite ja kiirgusantennide kasutamine. Põhitehnoloogiad - autonoomsed satelliidid, mida juhitakse Ma alt kellpilootimpulsi abi.
Antenni jaoks kasutatakse lühikeste, ühtlaste millimeeterlainetega mikrolainespektrit. Tänu sellele ilmuvad avakosmosesse kitsad kiired. Selleks on vaja tagasihoidlike parameetritega generaatoreid ja võimendeid. Siis läheb vaja oluliselt väiksemaid antenne.
TsNIIMashi algatus
2013. aastal tegi see organisatsioon (mis on ka Roscosmose peamine teaduslik osakond) ettepaneku ehitada kodumaised kosmose päikeseelektrijaamad. Nende kavandatud võimsus jäi vahemikku 1-10 GW. Energiat tuleb Maale edastada juhtmevab alt. Erinev alt USA-st ja Jaapanist kavatsesid Venemaa teadlased sel eesmärgil kasutada laserit.
Tuumapoliitika
Päikesepatareide paiknemine kosmoses annab teatud eelised. Kuid siin on oluline rangelt järgida vajalikku orientatsiooni. Tehnika ei tohiks olla varjus. Sellega seoses on mitmed eksperdid Kuu programmi suhtes skeptilised.
Ja tänapäeval peetakse kõige tõhusamaks meetodiks "Kosmose tuumaenergia – päikese kosmoseenergia". See hõlmab võimsa tuumareaktori või -generaatori paigutamist kosmosesse.
Esimesel valikul on tohutu mass ning see nõuab hoolikat jälgimist ja hooldust. Teoreetiliselt suudab see kosmoses autonoomselt töötada mitte rohkem kui aasta. See on liiga lühike aeg kosmoseprogrammide jaoks.
Teisel on kindel kasutegur. Kuid ruumitingimustes on seda raske varieeridaselle jõud. Täna töötavad NASA Ameerika teadlased välja sellise generaatori täiustatud mudelit. Selles suunas tegutsevad aktiivselt ka kodumaised spetsialistid.
Kosmoseenergia arendamise üldised motiivid
Need võivad olla sisemised ja välised. Esimene kategooria sisaldab:
- Maailma rahvaarvu järsk kasv. Mõnede prognooside kohaselt on Maa elanike arv 21. sajandi lõpuks üle 15 miljardi inimese.
- Energiatarbimine kasvab jätkuv alt.
- Klassikaliste energiatootmismeetodite kasutamine muutub ebaoluliseks. Need põhinevad naftal ja gaasil.
- Negatiivne mõju kliimale ja atmosfäärile.
Teine kategooria sisaldab:
- Perioodilised langemised planeedil, mis koosneb suurtest osadest meteoriitidest ja komeetidest. Statistika järgi juhtub seda kord sajandis.
- Muutused magnetpoolustes. Kuigi siin on sagedus kord 2000 aasta jooksul, on oht, et põhja- ja lõunapoolus vahetavad kohad. Siis kaotab planeet mõneks ajaks oma magnetvälja. See on täis tõsist kiirguskahjustust, kuid väljakujunenud kosmoseenergia võib saada kaitseks selliste katastroofide vastu.
