Послание из 1982 года
Космические солнечные энергосистемы. Проведенные исследования и разработки показали, что перспективные космические солнечные энергосистемы могут иметь различное назначение (рис. 3). Они могут быть использованы для снабжения тепловой и электрической энергией космических комплексов (например, орбитальных аппаратов для производства материалов в космосе) к в дальней перспективе − для энергоснабжения наземных потребителей.
Важное значение в дальнейшем будут иметь космические отражатели солнечной энергии для освещения отдельных районов Земли в ночное время (в особенности, высокоширотных районов в период полярной ночи и районов расположения наземных солнечных электростанций) и для управления климатом некоторых регионов Земли. В космические солнечные энергосистемы входят крупные космические отражатели, которые могут явиться элементами беспроводной системы передачи энергии из одного района Земли в другой.
В последние годы в научно-технической литературе обсуждается проблема космической гелиоэнергетики, т. е. проблема создания орбитальных солнечных электростанций для снабжения наземных потребителей. Рассматриваются орбитальные электростанции с фотоэлектрическим и турбогенераторным преобразователями солнечной энергии. Турбогенераторные электростанции имеют более высокий КПД преобразования солнечной энергии (около 40% вместо 10% для фотоэлектрических преобразователей) и меньшие габариты, но в целом их масса оказывается более высокой, а наличие вращающихся и энергонапряженных элементов предъявляет повышенные требования к отработке их надежности и к системам ориентации электростанции.
Поэтому в качестве основного варианта космической солнечной электростанции обычно рассматривается электростанция с фотоэлектрическими полупроводниковыми преобразователями и с передачей энергии на Землю в виде СВЧ-излучения в дециметровом диапазоне.
Орбитальная солнечная электростанция (рис. 4) − это сложный ракетно-космический комплекс, в состав которого входят сверхмощные ракеты-носители для выведения элементов станции на опорную околоземную орбиту (например, круговую орбиту высотой около 200 км), сборочно-монтажный орбитальный комплекс для сборки, развертывания и проверки электростанции на опорной орбите, эксплуатационный комплекс на рабочей орбите, небольшие ракеты-носители для доставки бригад монтажников и эксплуатационников на орбиты и для возвращения их на Землю, наземная приемная станция, наземный пункт управления и стартовый комплекс.
Проектные исследования показали, что орбитальные солнечные электростанции полезной мощностью от нескольких единиц до десятков гигаватт при современном уровне техники нереальны и экономически нецелесообразны. Даже при применении, например, сверхмощной ракеты-носителя с массой выводимой нагрузки 170 т, при снижении удельной массы (массы единицы площади) солнечной батареи в 50 раз против существующего (0,25 кг/м2 против 12 кг/м2) и стоимости выведения до 200 руб. за 1 кг [~200 долл./кг - А.М.], затраты на выведение и развертывание одной электростанции будут составлять не менее 6 млрд. руб., а суммарная стоимость электростанции около 15 млрд. руб.
Кроме экономических проблем, возникают также серьезные экологические проблемы. При выведении на орбиту элементов электростанций в атмосферу Земли будет выбрасываться большое количество продуктов сгорания топлива (примерно в 30 раз больше массы выводимых нагрузок) и тепла (порядка 1015 Дж на каждую станцию), что при развертывании большого числа станций может привести к обострению экологической обстановки на Земле.
Правда, существуют идеи об изготовлении элементов солнечных орбитальных станций непосредственно в космическом пространстве из материалов Луны или астероидов и о выведении станции в околосолнечную область, например на расстояние 0,1 а. е. В обоих случаях масса элементов, выводимых с Земли, снижается на один-два порядка. Но разработка этих предложений пока еще не вышла из стадии поисковых исследований.
Перспективными представляются проекты комплексной солнечной электростанции, рассматриваемые в нашей стране и за рубежом, согласно которым на геостационарной орбите располагается система гелиостатов, отражающих солнечное излучение на наземную приемную станцию, содержащую концентраторы излучения и полупроводниковые охлаждаемые фотопреобразователи. Гелиостаты, выполненные ил стекла или тонкой металлизированной пленки, имеют оптические фильтры, отражающие на Землю излучение в диапазоне 0,4 − 1,1 мкм.
Для ориентации гелиостатов могут использоваться злектроракетные двигатели (например, плазменные двигатели с анодным слоем или ионные двигатели) с питанием от высоковольтных солнечных батарей. Космические гелиостаты обеспечивают непрерывное освещение наземных солнечных электростанций и благодаря этому их эксплуатационные показатели повышаются. Однако в отличие от космических электростанций эффективность наземных электростанций, освещаемых гелиостатами, будет зависеть от метеоусловий в районе расположения наземных солнечных электростанций.
Мои дополнения. Пишут из-за бугра, что созданы пленки из нанотрубок в виде пряжи с массой всего 30 кг на 1 кв. км.
Click to view