Die Menschheit braucht umwelttechnisch kristallklare Energie, denn moderne Methoden der Energiegewinnung belasten die Umwelt stark. Einen Ausweg aus der Sackgasse sehen Experten in innovativen Methoden. Sie werden mit der Nutzung von Weltraumenergie in Verbindung gebracht.
Erste Ideen
Die Geschichte begann 1968. Dann demonstrierte Peter Glazer die Idee der massiven Satellitentechnologie. Darauf wurde ein Sonnenkollektor montiert. Seine Größe beträgt 1 Quadratmeile. Die Ausrüstung sollte sich in einer Höhe von 36.000 km über der Äquatorzone befinden. Das Ziel ist es, Sonnenenergie zu sammeln und in ein elektromagnetisches Band, einen Mikrowellenstrom, umzuwandeln. Auf diese Weise soll nutzbare Energie zu riesigen terrestrischen Antennen übertragen werden.
1970 untersuchte das US-Energieministerium zusammen mit der NASA das Glaser-Projekt. Das ist der Solar Power Satellite (Abkürzung SPS).
Drei Jahre später erhielt der Wissenschaftler ein Patent für die vorgeschlagene Technik. Die Idee würde, wenn sie umgesetzt würde, hervorragende Ergebnisse bringen. Aber es gabEs wurden verschiedene Berechnungen durchgeführt, und es stellte sich heraus, dass der geplante Satellit 5000 MW Energie erzeugen und die Erde dreimal weniger erreichen würde. Wir haben auch die geschätzten Kosten für dieses Projekt ermittelt - 1 Billion US-Dollar. Dies zwang die Regierung, das Programm zu schließen.
90er
In Zukunft sollten die Satelliten in geringerer Höhe aufgestellt werden. Dazu mussten sie erdnahe Umlaufbahnen benutzen. Dieses Konzept wurde 1990 von Forschern des Zentrums entwickelt. M. V. Keldysh.
Nach ihrem Plan sollten in den 20-30er Jahren des 21. Jahrhunderts 10-30 Sonderstationen gebaut werden. Jedes von ihnen wird 10 Energiemodule enth alten. Der Gesamtparameter aller Stationen beträgt 1,5 - 4,5 GW. Auf der Erde wird der Indikator Werte von 0,75 bis 2,25 GW erreichen.
Und bis 2100 wird die Zahl der Stationen auf 800 erhöht. Das auf der Erde empfangene Energieniveau wird 960 GW betragen. Aber heute gibt es nicht einmal Informationen über die Entwicklung eines Projekts, das auf diesem Konzept basiert.
NASA- und Japan-Aktionen
1994 wurde ein spezielles Experiment durchgeführt. Gastgeber war die US Air Force. Sie platzierten fortschrittliche Photovoltaik-Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn. Zu diesem Zweck wurden Raketen verwendet.
Von 1995 bis 1997 führte die NASA eine gründliche Studie über Weltraumenergie durch. Seine Konzepte und technologischen Besonderheiten wurden analysiert.
1998 intervenierte Japan in diesem Bereich. Ihre Weltraumagentur startete ein Programm zum Bau eines Weltraumelektriksystems.
1999 reagierte die NASA mit der Einführung eines ähnlichen Programms. Im Jahr 2000 sprach ein Vertreter dieser Organisation, John McKins, vor dem US-Kongress mit der Erklärung, dass die geplanten Entwicklungen enorme Kosten und Hightech-Ausrüstung sowie mehr als ein Jahrzehnt erfordern.
Im Jahr 2001 kündigten die Japaner einen Plan an, die Forschung zu intensivieren und einen Testsatelliten mit Parametern von 10 kW und 1 MW zu starten.
Im Jahr 2009 gab ihre Weltraumforschungsbehörde ihre Absicht bekannt, einen speziellen Satelliten in die Umlaufbahn zu schicken. Es wird Sonnenenergie mit Mikrowellen zur Erde senden. Der erste Prototyp soll 2030 auf den Markt kommen.
Ebenfalls im Jahr 2009 wurde eine wichtige Vereinbarung zwischen zwei Organisationen unterzeichnet - Solaren und PG&E. Demnach wird das erste Unternehmen im Weltraum Energie produzieren. Und der zweite wird es kaufen. Die Leistung dieser Energie wird 200 MW betragen. Das reicht aus, um 250.000 Wohngebäude damit zu versorgen. Einigen Berichten zufolge begann die Umsetzung des Projekts im Jahr 2016.
Im Jahr 2010 veröffentlichte der Shimizu-Konzern Material über den möglichen Bau einer groß angelegten Station auf dem Mond. Sonnenkollektoren werden in großen Mengen eingesetzt. Daraus wird ein Gürtel gebaut, der Parameter von 11.000 und 400 km (Länge bzw. Breite) haben wird.
Im Jahr 2011 konzipierten mehrere große japanische Unternehmen ein globales Gemeinschaftsprojekt. Dabei kamen 40 Satelliten mit montierten Solarbatterien zum Einsatz. Elektromagnetische Wellen werden zu Energieleitern zur Erde. Der Spiegel wird sie nehmenmit einem Durchmesser von 3 km. Es wird sich in der Wüstenzone des Ozeans konzentrieren. Das Projekt sollte 2012 starten. Dies ist aber aus technischen Gründen nicht geschehen.
Probleme in der Praxis
Die Entwicklung der Weltraumenergie kann die Menschheit vor Katastrophen retten. Die praktische Umsetzung von Projekten ist jedoch mit vielen Schwierigkeiten verbunden.
Wie geplant, hat die Ortung eines Netzwerks von Satelliten im Weltraum folgende Vorteile:
- Ständige Sonneneinstrahlung, also kontinuierliche Aktion.
- Völlige Unabhängigkeit vom Wetter und der Lage der Planetenachse.
- Keine Dilemmata mit der Masse der Strukturen und ihrer Korrosion.
Die Umsetzung der Pläne wird durch folgende Probleme erschwert:
- Riesige Parameter der Antenne - der Energieübermittler zur Oberfläche des Planeten. Damit beispielsweise die beabsichtigte Übertragung unter Verwendung von Mikrowellen mit einer Frequenz von 2,25 GHz erfolgen soll, würde der Durchmesser einer solchen Antenne 1 km betragen. Und der Durchmesser der Zone, die den Energiefluss auf der Erde empfängt, sollte mindestens 10 km betragen.
- Der Energieverlust bei der Bewegung zur Erde beträgt etwa 50 %.
- Kolossale Ausgaben. Für ein Land sind dies sehr bedeutende Beträge (mehrere zehn Milliarden Dollar).
Dies sind die Vor- und Nachteile der Weltraumenergie. Führende Mächte bemühen sich um die Beseitigung und Minimierung seiner Mängel. Beispielsweise versuchen amerikanische Entwickler, finanzielle Dilemmata mit Hilfe der SpaceX-Raketen Falcon 9 zu lösen. Diese Geräte werden die Kosten für die Umsetzung des geplanten Programms (insbesondere den Start von SBSP-Satelliten) erheblich senken.
Mondprogramm
Nach dem Konzept von David Criswell ist es wichtig, den Mond als Basis für die Platzierung der notwendigen Ausrüstung zu verwenden.
Dies ist der optimale Ort, um das Dilemma zu lösen. Außerdem, wo ist es möglich, Weltraumenergie zu entwickeln, wenn nicht auf dem Mond? Dies ist ein Gebiet, das keine Atmosphäre und kein Wetter hat. Die Stromerzeugung kann hier kontinuierlich mit solider Effizienz weitergehen.
Darüber hinaus können viele Komponenten der Batterien aus Mondmaterialien wie Erde gebaut werden. Dies reduziert die Kosten analog zu anderen Stationsvarianten erheblich.
Die Situation in Russland
Die Raumfahrtindustrie des Landes entwickelt sich auf der Grundlage der folgenden Prinzipien:
- Energieversorgung ist ein weltweites soziales und politisches Problem.
- Umweltsicherheit ist das Verdienst kompetenter Weltraumforschung. Ökostromtarife sollten angewendet werden. Dabei wird zwangsläufig der gesellschaftlichen Bedeutung seines Trägers Rechnung getragen.
- Kontinuierliche Unterstützung innovativer Energieprogramme.
- Prozentsatz der Stromerzeugung aus Kernkraftwerken muss optimiert werden.
- Ermittlung des optimalen Energieverhältnisses mit Boden- und Raumkonzentration.
- Anwendung der Raumfahrt für Bildung und Energieübertragung.
Weltraumenergie in Russland interagiert mit dem Programm des Federal State Unitary Enterprise NPO. Lawotschkin. Die Idee basiert auf dem Einsatz von Sonnenkollektoren und Strahlungsantennen. Grundlegende Technologien - autonome Satelliten, die von der Erde aus gesteuert werdenPilotenimpulsunterstützung.
Für die Antenne wird das Mikrowellenspektrum mit kurzen, sogar Millimeterwellen verwendet. Aus diesem Grund erscheinen im Weltraum schmale Strahlen. Dies erfordert Generatoren und Verstärker mit bescheidenen Parametern. Dann werden deutlich kleinere Antennen benötigt.
Initiative von TsNIIMash
Im Jahr 2013 schlug diese Organisation (die auch die wichtigste wissenschaftliche Abteilung von Roscosmos ist) vor, Solarkraftwerke für den heimischen Weltraum zu bauen. Ihre vorgesehene Leistung lag im Bereich von 1-10 GW. Energie muss drahtlos zur Erde übertragen werden. Anders als in den USA und Japan wollten russische Wissenschaftler zu diesem Zweck einen Laser verwenden.
Atompolitik
Der Standort von Solarbatterien im Weltraum bringt gewisse Vorteile mit sich. Aber hier ist es wichtig, die notwendige Orientierung strikt zu beachten. Die Technik sollte nicht im Schatten stehen. In dieser Hinsicht stehen einige Experten dem Mondprogramm skeptisch gegenüber.
Und heute gilt als effektivste Methode "Weltraum-Atomkraft - Solar-Weltraumkraft". Es geht darum, einen leistungsstarken Kernreaktor oder Generator im Weltraum zu platzieren.
Die erste Option hat eine riesige Masse und erfordert sorgfältige Überwachung und Wartung. Theoretisch kann es nicht länger als ein Jahr autonom im Weltraum arbeiten. Das ist eine zu kurze Zeit für Weltraumprogramme.
Der zweite hat eine solide Effizienz. Aber unter Weltraumbedingungen ist es schwierig, zu variierenseine Macht. Heute entwickeln amerikanische Wissenschaftler der NASA ein verbessertes Modell eines solchen Generators. Auch inländische Spezialisten arbeiten aktiv in diese Richtung.
Allgemeine Motive für die Entwicklung der Weltraumenergie
Sie können intern und extern sein. Die erste Kategorie umfasst:
- Ein starker Anstieg der Weltbevölkerung. Einigen Prognosen zufolge wird die Zahl der Erdbewohner am Ende des 21. Jahrhunderts mehr als 15 Milliarden Menschen betragen.
- Energieverbrauch steigt weiter.
- Der Einsatz klassischer Methoden der Energiegewinnung verliert an Bedeutung. Sie basieren auf Öl und Gas.
- Negative Auswirkungen auf Klima und Atmosphäre.
Zur zweiten Kategorie gehören:
- Periodische Stürze auf dem Planeten großer Teile von Meteoriten und Kometen. Laut Statistik passiert das einmal im Jahrhundert.
- Änderungen der Magnetpole. Obwohl die Häufigkeit hier einmal alle 2000 Jahre beträgt, besteht die Gefahr, dass Nord- und Südpol die Plätze tauschen. Dann wird der Planet für einige Zeit sein Magnetfeld verlieren. Dies ist mit ernsthaften Strahlenschäden behaftet, aber gut etablierte Weltraumenergie könnte zu einer Verteidigung gegen solche Katastrophen werden.
