Решение энергетической проблемы может быть скрыто в идее Айзека Азимова!

Космическая станция вращается вокруг Земли, собирает энергию Солнца и передает ее на нашу планету. Эту идею поделился с миром Айзек Азимов в романе «Причина», который был опубликован более 80 лет назад (точнее, в 1941 году) и с тех пор является мечтой футуристов и любителей научной фантастики.

Однако эта идея не остается просто фантазией – это очень практичная концепция, которой придерживаются космические агентства по всему миру, и она практически достижима с помощью сегодняшних технологий. Это может даже стать решением энергетического кризиса, с которым мы столкнулись на Земле!

В прекрасной ее статье Джорджина Торбет для сайта Цифровые тенденциианализируется с помощью Леопольда Саммерера, его руководителя Офис перспективных концепций и исследований Европейского космического агентства (ЕКА), вся концепция реализации этой идеи.

Солнечная электростанция в космосе

ТО солнечная энергия имеет много преимуществ перед ископаемым топливом или другими источниками энергии:очень доступен, возобновляемыйон получил минимальное воздействие на окружающую среду и, как правило, не требуют особого ухода. Кроме того, технологии солнечных панелей постоянно совершенствуются, что позволяет более эффективно собирать энергию Солнца.

Однако в нем также нет недостатка проблемы ее. Одним из крупнейших является Сохранять, поскольку энергию можно собирать только днем, и ее необходимо хранить в больших батареях, чтобы обеспечить питание в ночное время. Это также зависит от хорошие погодные условияпоскольку облачный покров уменьшает количество энергии, которую можно собрать.

Однако если бы мы могли построить солнечную электростанцию ​​в Космос, мы бы избежали этих проблем. Такая станция могла бы собирает солнечную энергию 24 часа в сутки и не нужно будет хранить его в громоздких батареях. А если бы его построили на орбите, то он не столкнулся бы с помехами со стороны земной атмосферы. Электроэнергию также можно направлять непосредственно туда, где она больше всего необходима, например, в крупные города.

Как бы безумно это ни звучало, идея на самом деле имеет смысл. “Это одна из тех идей, которые сначала звучат так: «Ух ты, правда?». Зачем кому-то размещать такие огромные конструкции в космосе, когда на Земле полно свободного пространства?» заявил Добавляет. Но на второй взгляд эта идея имеет много достоинств. “Он затрагивает столь многие из наших текущих проблем – от изменения климата до энергетической безопасности – что было бы безответственно не рассмотреть его всерьез.“.

Если солнечная электростанция на орбите кажется нелепой, учтите, что она не сильно отличается от космических технологий, которые мы уже используем. Саммерер отметил, что многие космические корабли работают с использованием солнечных батарей, поэтому «у нас есть солнечные электростанции в космосе, мы просто используем энергию локально».

Для постройки электростанции нам понадобится гораздо большие солнечные панели чем те, которые используются в космических кораблях, и нам придется разработать материал, способный выдерживать высокие нагрузки. Но это должно быть об этом постепенное усовершенствование существующих технологий вместо того, чтобы создавать совершенно новые решения.

Другая половина сбора и распределения энергии предмет перевозки. Как будет передаваться энергия со станции на Землю? Для этого потребуется беспроводная передача энергии с использованием лазеров или микроволн. Подобные технологии уже были продемонстрированы на Земле, передавая энергию по беспроводной сети на большие расстояния – и если мы можем сделать это на Земле, мы сможем сделать это и в космосе.

Технологические проблемы

Конечно, построить электростанцию ​​и отправить ее на орбиту далеко не просто. Одной из больших проблем будет то, как вывести на орбиту такое большое сооружение, как электростанция, и как его обслуживать или ремонтировать, если что-то пойдет не так. Многие сторонники космической солнечной энергетики предлагают начать с кластера спутников, которые мы умеем строить и запускать (см. Старлинк). Если один из них пойдет не так, то есть другие, которые продолжат работать.

А также есть вопрос эффективности. Современные технологии беспроводной передачи энергии малоэффективны. Для практических целей солнечная электростанция должна была бы находиться на низкой околоземной орбите, возможно, в 800 километрах от поверхности планеты. Мы должны повысить эффективность беспроводной передачи энергии и убедиться, что станция имеет достаточно мощную антенну, чтобы отправлять всю собираемую ею энергию обратно на Землю. Технология, позволяющая сделать все это, еще не готова, но и не полностью вне нашей досягаемости.

“Не похоже, что мы сможем запустить его завтра“, объяснил Добавляет. “Но с другой стороны, никто не определил ничего, что могло бы стать препятствием для любой из необходимых ключевых технологий.“.

Более того, Проблемы такой электроэнергетической системы не только технологические.. Есть и ее проблема инфраструктура. Даже если мы сможем собирать солнечную энергию из космоса, нам нужна инфраструктура на Земле, чтобы распределять эту энергию там, где она необходима. Кто понесет эти расходы?;

“Это проект, который почти по задумке получит большую выгоду от международного сотрудничества.“, сказал Добавляет. В идеале международное сотрудничество между разными странами и их космическими агентствами могло бы объединить ресурсы для совместной разработки и запуска технологии, но это это может оказаться трудным, если два крупнейших игрока в этой области – США и Китай – не будут сотрудничать. в настоящее время находится в космических миссиях.

Однако Саммерер считает, что есть основания для оптимизма в отношении международного сотрудничества в этой области, поскольку развитие чистых возобновляемых источников энергии отвечает общим интересам. Модель такого сотрудничества существует в ИТЭРсовместный международный проект, исследующий потенциал производства энергии в проекты ядерного синтеза.

Когда дело доходит до космической солнечной энергии, «мы еще не на том этапе, когда у нас есть совместный международный проект с межправительственными соглашениями о сотрудничестве– сказал Саммерер, так что –сотрудничество осуществляется на полностью добровольной основе“. Но сообщество стран, исследующих эту идею, включая США, Китай, Европу и Индию, невелико и “мы достаточно хорошо знаем друг друга” и “у нас есть сильные стимулы к сотрудничеству«для обмена идеями и технологиями.

Европейское космическое агентство (ЕКА) недавно подписали контракты на два концептуальных исследования солнечной энергии из космоса, чтобы выяснить, насколько осуществимой будет эта идея в рамках этой инициативы. СОЛЯРИС. Решение о том, стоит ли серьезно развивать эту идею, может быть принято уже в 2025 году.

Луна как «ступенька»

Рядом с нами находится перспективная площадка для испытаний такой энергосистемы. Вместо того, чтобы отправлять энергию из космоса на Землю, мы могли бы протестировать систему, отправив сначала энергия из космоса на Луну.

Создав систему сбора солнечной энергии в Космосе и передачи ее на поверхность Луны»,вы сможете продемонстрировать практически все основные технологии«для аналогичной системы доставки энергии на Землю», — сообщает Саммерер.

Это также имеет смысл, учитывая планы НАСА и других организаций построить на Луне долгосрочные базы, которые потребуют постоянного энергоснабжения. “Нам нужна энергия на Луне для любой более крупной установки, а ресурсы на Луне очень ограничены.“, – сказал Саммерер. Лунные ночи холодные и длинные, длятся около двух недель, поэтому нам понадобится источник энергии, который сможет поддерживать посетителей в это время. Ядерная и солнечная энергия – два наиболее практичных варианта. упор уже делается на разработку этих систем для будущих миссий.

Во многих отношениях передать энергию на Луну на самом деле легче, чем на Землю. На Луне нет ни атмосферы, ни облаков, которые блокировали бы передачу энергии. А требования к электроэнергии для лунной базы будут намного ниже, чем для Земли.

Итак, если нам нужно протестировать решения в области солнечной энергии в космосе и нужна энергия для лунных миссий, почему бы не объединить эти два понятия? ” Луна вполне может стать трамплином для разработки базовых технологий, которые докажут, как она работает в гораздо меньших масштабах.– сказал Саммерер.

Ближе, чем мы думаем

Все эти разговоры о ее прогрессе технологии и будущие события могут заставить вас думать, что до такой системы появятся десятилетия. Но такие эксперты, как Саммерер, полагают, что мы сможем увидеть использование космической солнечной энергии гораздо раньше.

“Демонстрация на орбите возможна сравнительно быстро.“, – сказал Саммерер, в зависимости от размера системы. Он считает, что испытательная система, которая предназначена для проверки технологии, а не для фактического обеспечения полезной энергии, может быть разработан всего за пять лет.

Что касается того, когда мы сможем увидеть такую ​​технологию в практическом использовании, некоторые люди на Земле смогут использовать энергию из небольшая космическая солнечная электростанция до ее талии десятилетия 2030-х годов. Прошло около 100 лет с тех пор, как Азимов впервые опубликовал эту идею!

[via]