Nhân loại cần năng lượng sạch tinh thể về mặt môi trường, vì các phương pháp tạo năng lượng hiện đại gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Các chuyên gia nhìn thấy một lối thoát khỏi sự bế tắc trong các phương pháp đổi mới. Chúng có liên quan đến việc sử dụng năng lượng không gian.
Ý tưởng ban đầu
Câu chuyện bắt đầu vào năm 1968. Sau đó, Peter Glazer đã trình diễn ý tưởng về công nghệ vệ tinh khổng lồ. Một bộ thu năng lượng mặt trời đã được gắn vào chúng. Kích thước của nó là 1 dặm vuông. Thiết bị được cho là được đặt ở độ cao 36.000 km so với vùng xích đạo. Mục đích là thu thập và biến đổi quang năng thành dải điện từ, dòng vi ba. Bằng cách này, năng lượng hữu ích sẽ được truyền tới các ăng-ten khổng lồ trên mặt đất.
Năm 1970, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ cùng với NASA đã nghiên cứu dự án Glaser. Đây là Vệ tinh Năng lượng Mặt trời (viết tắt SPS).
Ba năm sau, nhà khoa học đã được cấp bằng sáng chế cho kỹ thuật được đề xuất. Ý tưởng nếu được thực hiện sẽ mang lại hiệu quả vượt trội. Nhưng đã cócác phép tính khác nhau đã được thực hiện, và hóa ra là vệ tinh được lên kế hoạch sẽ tạo ra 5000 MW năng lượng, và Trái đất sẽ đạt tốc độ ít hơn 3 lần. Chúng tôi cũng xác định chi phí ước tính cho dự án này - 1 nghìn tỷ đô la. Điều này buộc chính phủ phải đóng chương trình.
90
Trong tương lai, các vệ tinh được lên kế hoạch đặt ở độ cao khiêm tốn hơn. Để làm được điều này, họ phải sử dụng quỹ đạo trái đất thấp. Khái niệm này được phát triển vào năm 1990 bởi các nhà nghiên cứu từ Trung tâm. M. V. Keldysh.
Theo kế hoạch của họ, 10-30 nhà ga đặc biệt sẽ được xây dựng trong những năm 20-30 của thế kỷ 21. Mỗi người trong số họ sẽ bao gồm 10 mô-đun năng lượng. Tổng thông số của tất cả các trạm sẽ là 1,5 - 4,5 GW. Trên Trái đất, chỉ báo sẽ đạt các giá trị từ 0,75 đến 2,25 GW.
Và đến năm 2100, số lượng trạm sẽ được tăng lên 800. Mức năng lượng nhận được trên Trái đất sẽ là 960 GW. Nhưng ngày nay không có thông tin nào về sự phát triển của một dự án dựa trên khái niệm này.
Hành động của NASA và Nhật Bản
Năm 1994, một thí nghiệm đặc biệt đã được thực hiện. Nó được tổ chức bởi Không quân Hoa Kỳ. Họ đặt các vệ tinh quang điện tiên tiến ở quỹ đạo trái đất thấp. Tên lửa đã được sử dụng cho mục đích này.
Từ năm 1995 đến năm 1997, NASA đã tiến hành một cuộc nghiên cứu kỹ lưỡng về năng lượng không gian. Các khái niệm và chi tiết công nghệ cụ thể của nó đã được phân tích.
Năm 1998, Nhật Bản đã can thiệp vào lĩnh vực này. Cơ quan vũ trụ của cô ấy đã khởi động một chương trình xây dựng hệ thống điện không gian.
Năm 1999, NASA phản ứng bằng cách khởi động một chương trình tương tự. Năm 2000, đại diện của tổ chức này, John McKins, đã phát biểu trước Quốc hội Hoa Kỳ với một tuyên bố rằng các kế hoạch phát triển đòi hỏi chi phí khổng lồ và thiết bị công nghệ cao, cũng như hơn một thập kỷ.
Năm 2001, người Nhật công bố kế hoạch tăng cường nghiên cứu và phóng vệ tinh thử nghiệm với các thông số 10 kW và 1 MW.
Năm 2009, cơ quan thám hiểm không gian của họ đã công bố ý định đưa một vệ tinh đặc biệt lên quỹ đạo. Nó sẽ gửi năng lượng mặt trời đến Trái đất bằng cách sử dụng vi sóng. Nguyên mẫu ban đầu của nó sẽ được ra mắt vào năm 2030.
Cũng trong năm 2009, một thỏa thuận quan trọng đã được ký kết giữa hai tổ chức - Solaren và PG&E. Theo đó, công ty đầu tiên sẽ sản xuất năng lượng trong không gian. Và thứ hai sẽ mua nó. Công suất của năng lượng như vậy sẽ là 200 MW. Con số này đủ để cung cấp cho 250.000 tòa nhà dân cư. Theo một số báo cáo, dự án bắt đầu được triển khai vào năm 2016.
Năm 2010, mối quan tâm của Shimizu đã xuất bản tài liệu về khả năng xây dựng một trạm quy mô lớn trên mặt trăng. Các tấm pin mặt trời sẽ được sử dụng với số lượng lớn. Một vành đai sẽ được xây dựng từ chúng, có các thông số lần lượt là 11.000 và 400 km (chiều dài và chiều rộng).
Năm 2011, một số công ty lớn của Nhật Bản đã hình thành một dự án chung toàn cầu. Nó liên quan đến việc sử dụng 40 vệ tinh có gắn pin năng lượng mặt trời. Sóng điện từ sẽ trở thành vật dẫn truyền năng lượng cho Trái đất. Tấm gương sẽ đưa họcó đường kính 3 km. Nó sẽ tập trung ở vùng sa mạc của đại dương. Dự án dự kiến ra mắt vào năm 2012. Nhưng vì lý do kỹ thuật, điều này đã không xảy ra.
Vấn đề trong thực tế
Sự phát triển của năng lượng không gian có thể cứu nhân loại khỏi các trận đại hồng thủy. Tuy nhiên, thực tế triển khai các dự án còn nhiều khó khăn.
Theo kế hoạch, vị trí của một mạng lưới vệ tinh trong không gian có những lợi thế sau:
- Tiếp xúc liên tục với Mặt trời, tức là hành động liên tục.
- Hoàn toàn độc lập với thời tiết và vị trí của trục hành tinh.
- Không gặp khó khăn với khối lượng cấu trúc và sự ăn mòn của chúng.
Việc thực hiện các kế hoạch rất phức tạp bởi những vấn đề sau:
- Thông số cực lớn của ăng-ten - bộ truyền năng lượng lên bề mặt hành tinh. Vì vậy, ví dụ, để việc truyền dự định xảy ra bằng vi sóng có tần số 2,25 GHz, đường kính của một ăng-ten như vậy sẽ là 1 km. Và đường kính của vùng nhận dòng năng lượng trên Trái đất phải ít nhất là 10 km.
- Năng lượng mất đi khi di chuyển đến Trái đất là khoảng 50%.
- Chi phí khổng lồ. Đối với một quốc gia, đây là những số tiền rất đáng kể (vài chục tỷ đô la).
Đây là những ưu và nhược điểm của năng lượng không gian. Các cường quốc hàng đầu đang tham gia vào việc loại bỏ và giảm thiểu những thiếu sót của nó. Ví dụ, các nhà phát triển Mỹ đang cố gắng giải quyết tình huống khó xử về tài chính với sự trợ giúp của tên lửa SpaceXs Falcon 9. Những thiết bị này sẽ giảm đáng kể chi phí thực hiện chương trình đã định (cụ thể là phóng vệ tinh SBSP).
chương trìnhâm
Theo quan niệm của David Criswell, điều cần thiết là sử dụng Mặt trăng làm cơ sở để đặt các thiết bị cần thiết.
Đây là nơi tối ưu để giải quyết tình huống khó xử. Bên cạnh đó, có thể phát triển năng lượng vũ trụ ở đâu, nếu không có trên Mặt Trăng? Đây là vùng lãnh thổ không có khí quyển và thời tiết. Việc phát điện ở đây có thể diễn ra liên tục với hiệu suất ổn định.
Ngoài ra, nhiều thành phần của pin có thể được xây dựng từ vật liệu mặt trăng, chẳng hạn như đất. Điều này làm giảm đáng kể chi phí bằng cách tương tự với các biến thể nhà ga khác.
Tình hình ở Nga
Ngành năng lượng vũ trụ của đất nước đang phát triển dựa trên các nguyên tắc sau:
- Cung cấp năng lượng là một vấn đề xã hội và chính trị trên quy mô hành tinh.
- An toàn môi trường là thành quả của việc khám phá không gian có thẩm quyền. Biểu thuế năng lượng xanh nên được áp dụng. Ở đây, ý nghĩa xã hội của người mang nó nhất thiết phải được tính đến.
- Hỗ trợ liên tục cho các chương trình năng lượng đổi mới.
- Phần trăm điện năng do nhà máy điện hạt nhân tạo ra cần được tối ưu hóa.
- Xác định tỷ lệ năng lượng tối ưu với nồng độ mặt đất và không gian.
- Ứng dụng hàng không vũ trụ cho giáo dục và truyền tải năng lượng.
Năng lượng không gian ở Nga tương tác với chương trình của Liên bang Doanh nghiệp Đơn nhất NPO. Lavochkin. Ý tưởng dựa trên việc sử dụng bộ thu năng lượng mặt trời và ăng ten bức xạ. Các công nghệ cơ bản - vệ tinh tự trị được điều khiển từ Trái đất tạihỗ trợ xung thí điểm.
Phổ vi sóng với các sóng ngắn, thậm chí milimet, được sử dụng cho ăng-ten. Do đó, các tia hẹp sẽ xuất hiện trong không gian bên ngoài. Điều này sẽ yêu cầu máy phát điện và bộ khuếch đại có thông số khiêm tốn. Khi đó sẽ cần đến các ăng-ten nhỏ hơn đáng kể.
Sáng kiến của TsNIIMash
Năm 2013, tổ chức này (cũng là bộ phận khoa học chủ chốt của Roscosmos) đề xuất xây dựng các nhà máy điện mặt trời trong không gian trong nước. Công suất dự kiến của chúng nằm trong khoảng 1-10 GW. Năng lượng phải được truyền đến Trái đất không dây. Vì mục đích này, không giống như Mỹ và Nhật Bản, các nhà khoa học Nga dự định sử dụng tia laser.
Chính sách hạt nhân
Vị trí của pin năng lượng mặt trời trong không gian ngụ ý những lợi thế nhất định. Nhưng ở đây điều quan trọng là phải tuân thủ nghiêm ngặt các định hướng cần thiết. Kỹ thuật không nên ở trong bóng tối. Về vấn đề này, một số chuyên gia nghi ngờ về chương trình âm lịch.
Và ngày nay phương pháp hiệu quả nhất được coi là “Điện hạt nhân vũ trụ - điện mặt trời không gian”. Nó liên quan đến việc đặt một lò phản ứng hạt nhân hoặc máy phát điện mạnh trong không gian.
Tùy chọn đầu tiên có khối lượng rất lớn và yêu cầu theo dõi và bảo trì cẩn thận. Về mặt lý thuyết, nó sẽ có thể hoạt động tự chủ trong không gian không quá một năm. Đây là khoảng thời gian quá ngắn đối với các chương trình không gian.
Cái thứ hai có hiệu quả vững chắc. Nhưng trong điều kiện không gian thì khó có thể thay đổisức mạnh của nó. Ngày nay, các nhà khoa học Mỹ từ NASA đang phát triển một mô hình cải tiến của một máy phát điện như vậy. Các chuyên gia trong nước cũng đang tích cực làm việc theo hướng này.
Động cơ chung cho sự phát triển của năng lượng không gian
Chúng có thể là bên trong và bên ngoài. Loại đầu tiên bao gồm:
- Dân số thế giới tăng mạnh. Theo một số dự báo, số lượng cư dân trên Trái đất vào cuối thế kỷ 21 sẽ là hơn 15 tỷ người.
- Tiêu thụ năng lượng tiếp tục tăng.
- Việc sử dụng các phương pháp tạo năng lượng cổ điển đang trở nên không còn thích hợp. Chúng hoạt động dựa trên dầu và khí đốt.
- Tác động tiêu cực đến khí hậu và bầu không khí.
Loại thứ hai bao gồm:
- Rơi định kỳ trên hành tinh của nhiều phần lớn thiên thạch và sao chổi. Theo thống kê, điều này xảy ra mỗi thế kỷ một lần.
- Thay đổi các cực từ. Mặc dù tần suất ở đây là 2000 năm một lần, nhưng có một mối đe dọa rằng các cực bắc và cực nam sẽ chuyển đổi vị trí cho nhau. Sau đó một thời gian hành tinh sẽ mất từ trường. Điều này chứa đầy thiệt hại bức xạ nghiêm trọng, nhưng năng lượng không gian được thiết lập tốt có thể trở thành một biện pháp bảo vệ chống lại những thảm họa như vậy.
