Использование солнечной энергии из космоса
Солнечная энергия способна решить все проблемы человечества, касающиеся энергопитания. Суммарные годовые объемы энергии Солнца, достигающие поверхности Земли, в 8000 раз выше всех мировых энергетических потребностей. И если бы всего 1% космического пространства вокруг земной атмосферы заняли солнечные фотоэлектрические панели – совершенно бы пропала необходимость использования иных источников энергии в целях удовлетворения каких-либо человеческих нужд.
Потребности человечества в энергии растут с поразительной скоростью. Но если добавить к ситуации роста мирового энергопотребления ещё и сокращение запасов ископаемого топлива, становиться очевидным, что нам уже давно необходим какой-то новый, инновационный и более мощный источник энергии. Если предположить, что экономический прогресс будет и дальше набирать оборотов такими же темпами, то уже к 2030 году уровень мирового энергопотребления достигнет феноменальных 2200000000000000 киловатт-часов за год, а к концу ХХІ века этот показатель возрастет ещё, как минимум, в четыре раза. К тому же, нам все равно рано или поздно придется отказаться от привычки применять ископаемое топливо в качестве основного энергетического источника, - и не только потому, что в конечном итоге оно когда-нибудь закончиться. Рост выбросов CO2 в значительной степени усугубляет экологическую ситуацию на планете, да ещё и такими темпами, каких себе никто раньше даже и предположить не мог. Для того, чтобы взять под контроль уровень выбросов парниковых газов, в течении ближайших нескольких десятилетий нужно практически полностью отказаться от всех применяемых на сегодняшний день невозобновляемых источников энергии.
Люди уже давно научились использовать солнечное тепло для выработки электроэнергии, отопления жилых помещений, в качестве энергоисточника осуществления технологических процессов. Однако, мало кому известно, что более эффективным способом выработки электричества является сбор солнечных лучей прямо из космоса. Потенциал солнечной энергии из космоса значительно выше, чем на поверхности нашей планеты, что объясняется трудностями проникновения в нижнее слои атмосферы солнечного тепла в связи с наличием в нем мощного озонового шара, который препятствует попадению на Землю большого количества радиации, а вместе с тем и такой необходимой для человечества солнечной энергии. Интенсивность солнечного излучения также снижают погодно-климатические явления.
Доказано, что космическое пространство может быть использовано для выработки или же передачи энергии. Применение космической солнечной энергии берет свои истоки ещё со времен, когда в космос начали запускаться маломощные комплексы фотопреобразователей, предназначенные для питания искусственных спутников. Приблизительно это был период конца 1960-х – период бума в развитии космической техники. Ученые понимали, что космическое пространство имеет массу преимуществ, и потому грех ими не воспользоваться.
Американская лаборатория «Скайлэб», функционирующая на орбите в 1973-1974 годах, была оснащена двумя бортовыми системами солнечных модулей мощностью 12 кВт каждая. В эти же годы уже были разработаны первые проекты сверхмощных 5-10 ГВт космических солнечных станций.
Первая же идея строительства орбитальной электростанции была предложена Питером Глэйзером - инженером компании «Arthur D. Little» в 1969 году, однако, в связи с тем, что реализации данного проекта стоила огромных денег, её осуществление решили отложить «на потом».
Для размещения фотопреобразователей использовали геосинхронную или синхронно-солнечную орбиты. При расположении станции с фотопреобразователем на борту на расстоянии 35 800 км от поверхности Земли казалось, что она неподвижна, однако cтанция двигалась с той же угловой скоростью, что и наша планета. Практически неприрывное освещение станций с 6площадью фотоэлектрических панелей позволяло генерировать около 1000 МВт энергии, для передачи которой к поверхности Земли требовалось около 17 часов.
Существует также возможность выработки электроэнергии электрическими станциями, находящимися на орбите или на поверхности спутника Земли – Луны, при этом передача электричества к Земле осуществляется непосредственно или при помощи пассивного ретранслятора.
Передача солнечного излучения с одного участка планеты к другому – довольно отдаленному, возможна благодаря размещению на орбите полимерного светоотражателя. Солнечная космическая энергия может быть также преобразована в тепловую энергию для питания мощных наземных энергокомплексов, и передана на планету при помощи системы лазерних установок – лазерными лучами, либо же благодаря СВЧ-излучению радиочастотами, однако, последний вариант транспортировки к поверхности Земли тепловой энергии более предпочтителен, поскольку лазерное излучение в значительной степени рассеивается и поглощается, проходя сквозь атмосферу и облака. СВЧ–лучи формируют канал из ионизированных молекул газа, способный пропускать электромагнитное излучение.
Первый успешный проект транспортировки отражаемой солнечной энергии из космоса был осуществлен ещё в 1993 году русскими учеными. Благодаря запуску космического корабля, оснащенного зеркальным отражателем размером в 20 м, удалось доставить к Земле световой луч.
В настоящее время солнечная энергия широко используется для питания спутников и космических станций, курсирующих к другим планетам. Японская компания «Mitsubishi Electric Corporation» первой решилась на создание орбитальной космической станции, способной поглощать солнечные лучи и производить около 1 ГВт электрической энергии. Эта компания совместно с «IHI Corporation» работает над конструированием космической солнечной станции, поверхность которого планируют покрыть специальными фотоэлектрическими панелями общей площадью 4,2 км2, которые будут улавливать солнечный свет и доставлять его посредством радиочастотных волн к поверхности Земли, где солнечная тепловая энергия непосредственно будет преобразовываться в электрическую. Запуск космического солнечного аппарата стоимостью 21 миллиард долларов планируют осуществить ближе к 2022 году. Пока же в космос решили отправить сравнительно небольшую солнечную установку, способную производить около 10 МВт электрической энергии, но уже и этого количества энергии будет достаточно для того, чтобы обеспечить электричеством 200 000 домов Токио. Японские ученые считают, что запуск космических станций такого рода позволил бы полностью решить вопрос энергопитания всех стран мира, но опять же «главный гвоздь программы» - вопрос финансирования разработки... Однако несмотря на то, что конструирование подобных космических солнечных установок финансово очень затратно – их эксплуатация не будет требовать никаких денежных вложений, и, к тому же, солнечные станции будут иметь очень продолжительным сроком службы.
