تحتاج البشرية إلى طاقة نظيفة وضوح الشمس من الناحية البيئية ، لأن الأساليب الحديثة لتوليد الطاقة تلوث البيئة بشكل خطير. يرى الخبراء طريقة للخروج من المأزق في الأساليب المبتكرة. ترتبط باستخدام الطاقة الفضائية.
الأفكار الأولية
بدأت القصة عام 1968. ثم عرض بيتر جليزر فكرة تكنولوجيا الأقمار الصناعية الضخمة. تم تركيب مجمع للطاقة الشمسية عليهم. حجمه 1 ميل مربع. كان من المفترض أن يتم وضع المعدات على ارتفاع 36000 كم فوق منطقة خط الاستواء. الهدف هو جمع وتحويل الطاقة الشمسية إلى نطاق كهرومغناطيسي ، تيار ميكروويف. بهذه الطريقة ، يجب أن تنتقل الطاقة المفيدة إلى هوائيات أرضية ضخمة.
في عام 1970 ، قامت وزارة الطاقة الأمريكية ، بالاشتراك مع وكالة ناسا ، بدراسة مشروع جلاسر. هذا هو القمر الصناعي للطاقة الشمسية (اختصار SPS).
بعد ثلاث سنوات ، حصل العالم على براءة اختراع للتقنية المقترحة. الفكرة ، إذا تم تنفيذها ، ستحقق نتائج باهرة. لكن كان هناكتم إجراء حسابات مختلفة ، واتضح أن القمر الصناعي المخطط سيولد 5000 ميغاواط من الطاقة ، وأن الأرض ستصل ثلاث مرات أقل. لقد حددنا أيضًا التكاليف المقدرة لهذا المشروع - 1 تريليون دولار. هذا أجبر الحكومة على إغلاق البرنامج.
90s
في المستقبل ، تم التخطيط لوضع الأقمار الصناعية على ارتفاع أكثر تواضعًا. للقيام بذلك ، كان عليهم استخدام مدارات أرضية منخفضة. تم تطوير هذا المفهوم في عام 1990 من قبل باحثين من المركز. ام في كلديش
وفقًا لخطتهم ، يجب بناء 10-30 محطة خاصة في العشرينات والثلاثينيات من القرن الحادي والعشرين. سيتضمن كل منها 10 وحدات طاقة. ستكون المعلمة الإجمالية لجميع المحطات 1.5 - 4.5 جيجاوات. على الأرض ، سيصل المؤشر إلى قيم من 0.75 إلى 2.25 جيجاوات.
وبحلول عام 2100 سيزداد عدد المحطات إلى 800. وسيكون مستوى الطاقة المستقبلة على الأرض 960 جيجاوات. لكن اليوم لا توجد معلومات حتى عن تطوير مشروع يعتمد على هذا المفهوم.
إجراءات ناسا واليابان
في عام 1994 تم إجراء تجربة خاصة. استضافته القوات الجوية الأمريكية. وضعوا أقمار صناعية متقدمة تعمل بالخلايا الكهروضوئية في مدار أرضي منخفض. صواريخ استخدمت لهذا الغرض
من 1995 إلى 1997 ، أجرت وكالة ناسا دراسة شاملة لطاقة الفضاء. تم تحليل مفاهيمها وخصائصها التكنولوجية.
في عام 1998 ، تدخلت اليابان في هذا المجال. أطلقت وكالة الفضاء الخاصة بها برنامجًا لبناء نظام كهربائي فضاء.
في عام 1999 ، استجابت ناسا بإطلاق برنامج مشابه. في عام 2000 ، تحدث ممثل هذه المنظمة ، جون ماكينز ، أمام الكونجرس الأمريكي ببيان أن التطورات المخطط لها تتطلب نفقات ضخمة ومعدات عالية التقنية ، بالإضافة إلى أكثر من عقد واحد.
في عام 2001 ، أعلن اليابانيون عن خطة لتكثيف البحث وإطلاق قمر صناعي تجريبي بمعلمات 10 kW و 1 MW.
في عام 2009 ، أعلنت وكالة استكشاف الفضاء عن نيتها إرسال قمر صناعي خاص إلى المدار. سيرسل الطاقة الشمسية إلى الأرض باستخدام الموجات الدقيقة. يجب إطلاق النموذج الأولي لها في عام 2030.
أيضًا في عام 2009 ، تم توقيع اتفاقية مهمة بين منظمتين - Solaren و PG&E. وفقًا لذلك ، ستنتج الشركة الأولى الطاقة في الفضاء. والثاني سيشتريه. ستكون قوة هذه الطاقة 200 ميغاواط. وهذا يكفي لتوفير 250000 عمارة سكنية بها. وبحسب بعض التقارير فقد بدأ تنفيذ المشروع في عام 2016.
في عام 2010 ، نشر قلق Shimizu مادة حول إمكانية بناء محطة واسعة النطاق على القمر. سيتم استخدام الألواح الشمسية بكميات كبيرة. سيتم بناء حزام منها ، والذي سيكون له معلمات 11000 و 400 كم (الطول والعرض ، على التوالي).
في عام 2011 ، وضعت العديد من الشركات اليابانية الكبيرة تصورًا لمشروع مشترك عالمي. وشمل استخدام 40 قمرا صناعيا مع بطاريات شمسية مركبة. ستصبح الموجات الكهرومغناطيسية موصلات للطاقة إلى الأرض. سوف تأخذهم المرآةالتي يبلغ قطرها 3 كيلومترات. وسيتركز في المنطقة الصحراوية للمحيط. كان من المقرر إطلاق المشروع في عام 2012. لكن لأسباب فنية لم يحدث هذا.
مشاكل في الممارسة
تطوير الطاقة الفضائية يمكن أن ينقذ البشرية من الكوارث. ومع ذلك ، فإن التنفيذ العملي للمشاريع لديه العديد من الصعوبات.
كما هو مخطط ، فإن موقع شبكة الأقمار الصناعية في الفضاء له المزايا التالية:
- التعرض المستمر للشمس ، أي العمل المستمر.
- الاستقلال التام عن الطقس وموقع محور الكوكب
- لا معضلات مع كتلة الهياكل وتآكلها.
تنفيذ الخطط معقد بسبب المشاكل التالية:
- معلمات ضخمة للهوائي - مرسل الطاقة إلى سطح الكوكب. لذلك ، على سبيل المثال ، لكي يحدث الإرسال المقصود باستخدام الموجات الدقيقة التي يبلغ ترددها 2.25 جيجاهرتز ، فإن قطر هذا الهوائي سيكون كيلومترًا واحدًا. ويجب أن لا يقل قطر المنطقة التي تستقبل تدفق الطاقة على الأرض عن 10 كيلومترات
- فقدان الطاقة عند الانتقال إلى الأرض حوالي 50٪.
- مصاريف هائلة. بالنسبة لدولة واحدة ، هذه مبالغ كبيرة جدًا (عدة عشرات من مليارات الدولارات).
هذه هي إيجابيات وسلبيات الطاقة الفضائية. تنخرط القوى القيادية في القضاء على عيوبها والتقليل منها. على سبيل المثال ، يحاول المطورون الأمريكيون حل المعضلات المالية بمساعدة صواريخ SpaceXs Falcon 9. ستقلل هذه الأجهزة بشكل كبير من تكلفة تنفيذ البرنامج المخطط له (على وجه الخصوص ، إطلاق أقمار SBSP).
برنامج القمر
وفقًا لمفهوم David Criswell ، من الضروري استخدام القمر كقاعدة لوضع المعدات اللازمة.
هذا هو المكان الأمثل لحل المعضلة. بالإضافة إلى ذلك ، أين يمكن تطوير الطاقة الفضائية ، إن لم يكن على القمر؟ هذه منطقة ليس لها جو وطقس. يمكن أن يستمر توليد الطاقة هنا بشكل مستمر بكفاءة عالية.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن بناء العديد من مكونات البطاريات من مواد قمرية ، مثل التربة. هذا يقلل بشكل كبير من التكاليف عن طريق القياس مع اختلافات المحطة الأخرى.
الوضع في روسيا
تتطور صناعة الطاقة الفضائية في البلاد على أساس المبادئ التالية:
- إمدادات الطاقة مشكلة اجتماعية وسياسية على نطاق كوكبي.
- السلامة البيئية هي ميزة استكشاف الفضاء المختصة. يجب تطبيق تعريفات الطاقة الخضراء. وهنا تراعى بالضرورة الأهمية الاجتماعية لحاملها
- الدعم المستمر لبرامج الطاقة المبتكرة.
- يجب تحسين النسبة المئوية للكهرباء المولدة من محطات الطاقة النووية.
- تحديد النسبة المثلى للطاقة مع تركيز الأرض والفضاء.
- تطبيق طيران الفضاء للتعليم ونقل الطاقة.
تتفاعل طاقة الفضاء في روسيا مع برنامج مؤسسة الدولة الفيدرالية الموحدة NPO. لافوشكين. تعتمد الفكرة على استخدام مجمعات الطاقة الشمسية وهوائيات الإشعاع. التقنيات الأساسية - الأقمار الصناعية المستقلة التي يتم التحكم فيها من الأرض فيمساعدة نبض الطيار
يتم استخدام طيف الميكروويف مع موجات قصيرة وحتى مليمترية للهوائي. نتيجة لذلك ، ستظهر الأشعة الضيقة في الفضاء الخارجي. سيتطلب ذلك مولدات ومكبرات صوت ذات معلمات متواضعة. ثم ستكون هناك حاجة إلى هوائيات أصغر بكثير.
مبادرة TsNIIMash
في عام 2013 ، اقترحت هذه المنظمة (وهي أيضًا القسم العلمي الرئيسي في Roscosmos) بناء محطات طاقة شمسية فضائية محلية. كانت قوتهم المقصودة في حدود 1-10 جيجاوات. يجب أن تنتقل الطاقة إلى الأرض لاسلكيًا. لهذا الغرض ، على عكس الولايات المتحدة واليابان ، كان العلماء الروس يعتزمون استخدام الليزر.
السياسة النووية
موقع البطاريات الشمسية في الفضاء ينطوي على مزايا معينة. ولكن من المهم هنا التقيد الصارم بالتوجيه الضروري. لا ينبغي أن تكون التقنية في الظل. في هذا الصدد ، يشكك عدد من الخبراء في البرنامج القمري.
واليوم تعتبر الطريقة الأكثر فعالية هي "الطاقة النووية الفضائية - الطاقة الشمسية الفضائية". يتضمن وضع مفاعل نووي قوي أو مولد في الفضاء.
الخيار الأول له كتلة ضخمة ويتطلب مراقبة وصيانة دقيقة. من الناحية النظرية ، سيكون قادرًا على العمل بشكل مستقل في الفضاء لمدة لا تزيد عن عام. هذا هو وقت قصير جدا لبرامج الفضاء.
الثاني لديه كفاءة قوية. لكن في ظروف الفضاء من الصعب أن تختلفقوتها. اليوم ، يقوم علماء أمريكيون من وكالة ناسا بتطوير نموذج محسن لمولد كهذا. يعمل المتخصصون المحليون أيضًا بنشاط في هذا الاتجاه.
دوافع عامة لتطوير طاقة الفضاء
يمكن أن تكون داخلية وخارجية. الفئة الأولى تشمل:
- زيادة حادة في عدد سكان العالم. وفقًا لبعض التوقعات ، سيكون عدد سكان الأرض بحلول نهاية القرن الحادي والعشرين أكثر من 15 مليار شخص.
- استهلاك الطاقة في ارتفاع مستمر
- أصبح استخدام الأساليب الكلاسيكية لتوليد الطاقة غير ذي صلة. إنها تعتمد على النفط والغاز.
- تأثير سلبي على المناخ والغلاف الجوي.
الفئة الثانية تشمل:
- يسقط بشكل دوري على كوكب أجزاء كبيرة من النيازك والمذنبات. وفقًا للإحصاءات ، يحدث هذا مرة كل قرن.
- التغييرات في الأقطاب المغناطيسية. على الرغم من أن التردد هنا هو مرة واحدة كل 2000 عام ، إلا أن هناك تهديدًا بأن القطبين الشمالي والجنوبي سيتبادلان الأماكن. ثم يفقد الكوكب مجاله المغناطيسي لبعض الوقت. هذا محفوف بأضرار إشعاعية خطيرة ، لكن طاقة الفضاء الراسخة يمكن أن تصبح وسيلة دفاع ضد مثل هذه الكوارث.
