Космическая энергетика

 Система освещения  с орбиты приполярных городов  Земли полярной ночью была  рассмотрена в Техническом предложении,  разработанном в 1992 г. Центром Келдыша и РКК "Энергия" им. Королева. Ее предлагалось использовать для освещения Норильска, а также других городов в период с ноября по февраль, начиная с 8 часов утра до 16 часов местного времени.

 Освещение производится  отраженным солнечным светом с помощью плоского тонкопленочного рефлектора, вращающегося на околоземной орбите. Эффективность метода обусловлена многими факторами, и в первую очередь благотворным психологическим воздействием на население при организации солнечного освещения полярной ночью. Освещение орбитальным источником отличается гораздо большей экологической чистотой по сравнению с электрическим освещением, так как последнее полезно использует примерно 1 % энергии (в основном углеводородного топлива).

 Указанный метод  освещения целесообразно применять и для определенных районов моря. В результате возрастут рыбные запасы. Благодаря дополнительной подсветке может быть достигнуто существенное повышение продуктивности сельских хозяйств в северных широтах.

 На втором этапе  развития системы космического энергоснабжения предполагается организовать на орбите преобразование энергии светового излучения Солнца в СВЧ-энергию, которая затем по узконаправленному лучу "сбрасывается" на Землю. Этот способ передачи энергии сопряжен с определенной экологической опасностью.[1] Избежать ее можно, если СВЧ-излучение с длиной волны 0,5 см передавать с помощью параболической антенны на приемную антенну (ректенну), расположенную на высоте 10 км на привязном аэростате. СВЧ-излучение с указанной длиной волны беспрепятственно проходит через верхние слои атмосферы, но на высотах менее 10 км оно резонансно поглощается молекулами кислорода.

 К концу XXI века  реально создать космический  сегмент энергетики суммарной  принимаемой мощностью на Земле  на уровне 4 ТВт. Это составит 8 % от всех мощностей по первичным энергоносителям с учетом внедрения в наземную энергетику новых технологий. Реальность проекта зависит от трех факторов: числа оборудованных космодромов; численности и эффективности ракет-носителей; оптимальной модульности космической электростанции.

 В настоящее время  на Земле действует 22 космодрома. Реально рассчитывать, что к 2030 г., когда начнется развертывание  космического сегмента энергетики, их станет 24.

 В отношении флота  ракет-носителей следует отметить, что разрабатываемые в настоящее время технологии позволят создать к 2015-2020 гг. двухступенчатую ракету-носитель РН-35. Она будет иметь первую ступень многократного использования и грузоподъемность 35 т. Стоимость выведения килограмма грузов таким носителем составит примерно $1000, а надежность ракеты-носителя должна быть доведена до 0,9995. К 2030 г. на ее основе планируется создать ракету-носитель РН-70 грузоподъемностью 70 т (стоимость 1 кг - $300…500). Применение ракет позволит выводить на опорную орбиту космическую электростанцию с суммарной электрической мощностью солнечных батарей 15 МВт, созданной на основе модуля мощностью 6 МВт.

 Учитывая, что для  подготовки повторного старта  ракеты-носителя многократного применения  потребуется около одной недели, получается, что одна стартовая позиция может обеспечить 52 пуска в год. Если разместить на космодроме пять стартовых позиций, то каждый космодром должен иметь, как минимум, пять ракет-носителей типа РН-70.[1] Таким образом, к концу XXI века мировой флот ракет-носителей многократного применения должен иметь примерно 120 ракет-носителей типа РН-70, что представляется реальным. Для сравнения: мировой парк самолетов Boeing 747 со стартовой массой 320…378 т насчитывает около 1000 машин.

 Даже с преодолением сложнейших задач, все равно остаются две проблемы, решение которых можно искать только совместными усилиями промышленно развитых стран.

 Первая проблема  связана с заметной экологической  нагрузкой на биосферу, создаваемой  примерно 6000 пусками ракет-носителей в год. Ее следует сопоставлять с экологической опасностью, порождаемой традиционными технологиями в энергетике и на транспорте.

 Вторая проблема  связана с необходимостью расширения  списка стран, использующих современные  космические технологии, при осуществлении непрерывного приема и транспортировки переданной из космоса энергии.

 Применение новой  техники в глобальном масштабе  невозможно без согласованной  деятельности науки и промышленности  различных стран.[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Технологии применяющиеся в космической энергетике

2.1 Беспроводная передача энергии на Землю

        

         Беспроводная передача электроэнергии была предложена на ранней стадии в качестве средства для передачи энергии от космической или Лунной станции к Земле. Энергия может быть передана с помощью лазерного излучения или СВЧ на различных частотах в зависимости от конструкции системы. Какой выбор был сделан, чтобы передача излучения была не ионизирующей, во избежание возможных нарушений экологии или биологической системы региона получения энергии? Верхний предел для частоты излучения установлен таким, чтобы энергия на один фотон не вызывала ионизацию организмов при прохождении через них. Ионизация биологических материалов начинается только с ультрафиолетового излучения и, как следствие, проявляется при более высоких частотах, поэтому большое количество радиочастот будет доступно для передачи энергии.[2]

 Лазеры

      Исследователи НАСА работали в 1980-х годах с возможностью использования лазеров для излучения энергии между двумя точками в пространстве. В перспективе эта технология станет альтернативным способом передачи энергии в космической энергетике. В 1991 году начался проект SELENE, который предполагал создание лазеров для космической энергетики, в том числе и для изучение энергии лазерером на лунные базы.В 1988 Грант Логан предложили использовать лазер размещенный на Земле, чтобы обеспечить энергией космические станции, предположительно это можно было осуществить в 1989. Предлагалось использование солнечных элементов из алмаза при температуре 300°C для преобразования ультрафиолетового лазерного излучения. Проект SELENE продолжал работать над этой концепцией, пока не был официально закрыт в 1993 после двух лет исследований, так и не осуществив тестирования технологии на большие расстояния. Причина закрытия: высокая стоимость осуществления.

 

2.2 Преобразование солнечной энергии в электрическую

 

     

         В космической энергетике (в существующих станциях и при разработках космических электростанций) единственный способ эффективного получения энергии это использование фотоэлементов. Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал Александр Столетов в конце XIX века. Наиболее эффективными, с энергетической точки зрения, устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), поскольку это прямой, одноступенчатый переход энергии. КПД производимых в промышленных масштабах фотоэлементов в среднем составляет 16 %, у лучших образцов до 25 %. В лабораторных условиях уже достигнут КПД 43

%.

 

2.3 Получение энергии от СВЧ волн испускаемых спутником

 

      

           Так же важно почеркнуть способы получения энергии. Один из них это получение энергии с помощью ректенн. Ректенна (выпрямляющая антенна) — устройство, представляющее собой нелинейную антенну, предназначенную для преобразования энергии поля падающей на неё волны в энергию постоянного тока. Простейшим вариантом конструкции может быть полуволновый вибратор, между плечами которого устанавливается устройство с односторонней проводимостью (например, диод). В таком варианте конструкции антенна совмещается с детектором, на выходе которого, при наличии падающей волны, появляется ЭДС. Для повышения усиления такие устройства могут быть объединены в многоэлементные решётки.[2]

 

2.4 Лунный пояс

 

 

         Проект космической энергетики представленный компанией Shimizu в 2010 году, в котором  должен быть пояс из солнечных батарей протянутый по всему экватору Луны (11 тыс. километров) и шириной 400 километров.

     Так как производство и транспортировка такого количества солнечных батарей с земли не представляется возможным, то по замыслу ученых солнечные элементы должны будут производится прямо на Луне. Для этого можно использовать лунный грунт из которого можно делать солнечные батареи.

     Энергия с этого пояса будет передаваться радиоволнами с помощью громадных 20 километровых антенн и приниматься ректеннами здесь на земле. Второй способ передачи который может использоваться это передача световым лучом с помощью лазеров и прием свето-уловителем на земле

Преимущества системы

     Так как на Луне нет атмосферы и погодных явлений, энергию можно будет вырабатывать почти круглосуточно и с большим коэффициентом эффективности.

     Дэвид Крисуэлл предположил, что Луна является оптимальным местом для солнечных электростанций. Основное преимущество размещения солнечных коллекторов энергии на Луне в том, что большая часть солнечных батарей может быть построена из местных материалов, вместо земных ресурсов, что значительно снижает массу и, следовательно, расходы по сравнению с другими вариантами космических солнечных электростанций.

     Недостатки системы:

• Слишком высокая стоимость проекта.
• Отсутствие даже экспериментальных установок.[2]

2.5 Преимущества и недостатки солнечной энергии на Земле против космической

         

          Космическая солнечная энергия — энергия, которую получают за пределами атмосферы Земли. При отсутствии загазованности атмосферы или облаков, на Землю падает примерно 35 % энергии от той, которая попала в атмосферу. Кроме того, правильно выбрав траекторию орбиты, можно получать энергию около 96 % времени. Таким образом, фотоэлектрические панели на геостационарной орбите Земли (на высоте 36000 км) будет получать в среднем в восемь раз больше света, чем панели на поверхности Земли и даже больше когда космический аппарат будет ближе к Солнцу чем Земля. Дополнительным преимуществом является тот факт, что в космосе нет проблемы с весом или коррозии металлов из-за отсутствия атмосферы. С другой стороны, главный недостаток Космической энергетики и по сей день является её высокая стоимость. Другим недостатком является тот факт, что при передаче энергии на поверхность Земли будет потеря, по крайней мере 40-50 %.[2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

энергетика экономика 

          Подводя итог данной работы можно сделать вывод о том, что сфера энергетики требует высокого контроля со стороны государства и выделения больших финансовых средств на развитие новых альтернативных видов энергии.

Текущее состояние дел  в энергетической отрасли нельзя назвать благополучным. Наработки  и достижения прошлых лет теряют свою актуальность и изнашиваются. Необходимо срочно принимать меры по разработке и строительству новых источников энергии.

Сфера энергетики обладает огромным потенциалом повышения  энергоэффективности. Вот почему в XXI веке инновации в энергетике превращаются во всеобщий, мировой тренд. Сегодня  каждому государству приходится искать наиболее рентабельные и эффективные пути развития, зачастую — идти на компромисс между энергоэффективностью и экономической целесообразностью. Каждый случай имеет свою специфику, зависящую от множества факторов. Несомненно, одно: в ближайшие десятилетия энергетика мира изменится до неузнаваемости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1.Дудышев В.Д. "Новая космическая энергетика" - Доклад на 4 международном конгрессе "Экология и окружающая среда" Россия, Самара- Астрахань, 2000 г.

2.   Википедия - свободная энциклопедия.- космическая энергетика [Электронный ресурс]: http://ru.wikipedia.org/wiki/Космическая_энергетика

3.  Проект освоения космоса.- новая бестопливная космическая  энергетика

[Электронный ресурс]: http://kuasar.narod.ru/library/new-space-energy/index.htm

4. Семенов В.А.Перспективы космического энергоснабжения Земли/В.А.Семенов//Исследовательский Центра им. М.В. Келдыша.-2007.-с23-25.