✖


Jump to content

Солнечная энергия космического базирования

(Перенаправлено со спутника солнечной энергии )
См. Также: Солнечные панели на космическом корабле.
Концепция интегрированного симметричного концентратора НАСА SPS
Пошаговая схема солнечной энергии в космосе.
Часть серии о
Устойчивая энергетика
Автомобиль проезжает мимо четырех ветряных турбин в поле, и на горизонте их еще больше.
Энергосбережение
Возобновляемая энергия
Устойчивый транспорт
Часть серии о
Возобновляемая энергия

Солнечная энергия космического базирования ( SBSP , SSP ) — это концепция сбора солнечной энергии в космическом пространстве с помощью спутников солнечной энергии ( SPS ) и распределения ее на Землю . Его преимущества включают более высокий сбор энергии из-за отсутствия отражения и поглощения атмосферой , возможность очень короткой ночи и лучшую способность ориентироваться лицом к Солнцу. Космические солнечные энергетические системы преобразуют солнечный свет в какую-либо другую форму энергии (например, микроволны ), которая может передаваться через атмосферу к приемникам на поверхности Земли.

Солнечные панели на космических кораблях используются с 1958 года, когда Vanguard I использовал их для питания одного из своих радиопередатчиков; однако приведенный выше термин (и аббревиатуры) обычно используются в контексте крупномасштабной передачи энергии для использования на Земле.

Различные предложения SBSP исследовались с начала 1970-х годов. [1] [2] но по состоянию на 2014 год ни один из них не является экономически целесообразным с учетом затрат на космический запуск. Некоторые технологи предлагают снизить стоимость запуска за счет космического производства или за счет радикально новых технологий космических запусков, помимо ракетной техники .

Помимо стоимости, SBSP также создает ряд технологических препятствий, включая проблему передачи энергии с орбиты. Поскольку провода, идущие от поверхности Земли к орбитальному спутнику, невозможны при нынешних технологиях, конструкции SBSP обычно включают беспроводную передачу энергии со связанной с ней неэффективностью преобразования, а также проблемы использования земли для антенных станций для приема энергии на поверхности Земли. Спутник-собиратель будет преобразовывать солнечную энергию в электрическую, питать микроволновый передатчик или лазерный излучатель и передавать эту энергию коллектору (или микроволновой ректенне ) на поверхности Земли. Вопреки тому, что кажется в художественной литературе, в большинстве проектов предлагаются плотности энергии луча, которые не причинят вреда, если люди случайно подвергнутся воздействию, например, если луч передающего спутника отклонится от курса. Но неизбежно огромный размер приемных антенн все равно потребует больших участков земли рядом с конечными пользователями. Срок службы коллекторов космического базирования в условиях длительного воздействия космической среды, включая деградацию от радиация и повреждение микрометеороидами также могут стать проблемой для SBSP.

По состоянию на 2020 год SBSP активно реализуется Японией, Китаем, [3] Россия, Индия, Великобритания, [4] и США.

В 2008 году Япония приняла Основной закон о космосе, согласно которому космическая солнечная энергия стала национальной целью. [5] У JAXA есть план развития коммерческого SBSP.

В 2015 году Китайская академия космических технологий (CAST) представила свою дорожную карту на Международной конференции по космическому развитию. В феврале 2019 года Science and Technology Daily официальная газета Министерства науки и технологий Китайской Народной Республики (科技日报, Keji Ribao) сообщила, что в районе Бишань города Чунцин началось строительство испытательной базы. Вице-президент CAST Ли Мин заявил, что Китай рассчитывает стать первой страной, которая построит действующую космическую солнечную электростанцию, имеющую практическую ценность. Сообщается, что китайские ученые планируют запустить несколько малых и средних космических электростанций в период с 2021 по 2025 год. [6] [7] В декабре 2019 года агентство новостей Синьхуа сообщило, что Китай планирует к 2035 году запустить 200-тонную станцию ​​SBSP, способную генерировать мегаватты (МВт) электроэнергии на Землю. [8]

В мае 2020 года Исследовательская лаборатория ВМС США провела первое испытание выработки солнечной энергии на спутнике. [9] В августе 2021 года Калифорнийский технологический институт (Калтех) объявил, что планирует запустить испытательный комплекс SBSP к 2023 году, и в то же время сообщил, что Дональд Брен и его жена Бриджит, попечители Калифорнийского технологического института, с 2013 года финансируют институт. Проект космической солнечной энергии, пожертвовавший более 100 миллионов долларов. [10] [11] Команда Калифорнийского технологического института успешно продемонстрировала передачу энергии на Землю в 2023 году. [11]

История

[ редактировать ]
Лазерный пилотный луч направляет передачу микроволновой энергии на ректенну.

В 1941 году писатель-фантаст Айзек Азимов опубликовал научно-фантастический рассказ « Разум », в котором космическая станция передает энергию, собранную от Солнца, на различные планеты с помощью микроволновых лучей. Концепция SBSP, первоначально известная как спутниковая солнечная энергетическая система (SSPS), была впервые описана в ноябре 1968 года. [12] В 1973 году Питер Глейзер получил патент США № 3781647 на свой метод передачи энергии на большие расстояния (например, от СЭС к поверхности Земли) с использованием микроволн от очень большой антенны (до одного квадратного километра) на спутнике к гораздо большей антенне. , теперь известный как ректенна , на земле. [13]

Глейзер тогда был вице-президентом компании Arthur D. Little , Inc. НАСА подписало контракт с ADL на руководство четырьмя другими компаниями в более широком исследовании в 1974 году. необходимые материалы на орбите и отсутствие опыта реализации проектов такого масштаба в космосе – это оказалось достаточно многообещающим, чтобы заслуживать дальнейших исследований и исследований. [14]

Программа разработки и оценки концепции

[ редактировать ]

В период с 1978 по 1986 год Конгресс уполномочил Министерство энергетики (DoE) и НАСА совместно исследовать эту концепцию. Они организовали программу разработки и оценки концепции спутниковой энергетической системы. [15] [16] Исследование остается самым масштабным из проведенных на сегодняшний день (бюджет 50 миллионов долларов). [17] Было опубликовано несколько отчетов, в которых исследовалась инженерная осуществимость такого проекта. Они включают в себя:

Представленная художником концепция спутника солнечной энергии. Показана сборка передающей антенны СВЧ. Спутник солнечной энергии должен был быть расположен на геосинхронной орбите на высоте 35 786 километров (22 236 миль) над поверхностью Земли. НАСА 1976 г.
  • Требования к ресурсам (важнейшие материалы, энергия и земля) [18]
  • Финансовые/управленческие сценарии [19] [20]
  • Общественное признание [21]
  • Государственные и местные правила, применимые к средствам приемных микроволновых антенн спутниковой энергосистемы [22]
  • Участие студентов [23]
  • Потенциал лазера для передачи энергии SBSP [24]
  • Международные соглашения [25] [26]
  • Централизация/Децентрализация [27]
  • Картирование зон отчуждения для участков ректенны [28]
  • Экономические и демографические проблемы, связанные с размещением [29]
  • Некоторые вопросы и ответы [30]
  • Метеорологическое воздействие на распространение лазерного луча и лазеры с прямой солнечной накачкой [31]
  • Эксперимент по работе с общественностью [32]
  • Техническое резюме и оценка передачи и приема электроэнергии [33]
  • Космический транспорт [34]

Прекращение производства

[ редактировать ]

Проект не был продолжен после смены администрации после выборов в США в 1980 году . Управление по оценке технологий пришло к выводу, что «в настоящее время слишком мало известно о технических, экономических и экологических аспектах SPS, чтобы принять обоснованное решение, продолжать ли его разработку и внедрение. Кроме того, без дальнейших исследований демонстрация SPS или систем… Программа инженерной проверки была бы рискованным предприятием». [35]

В 1997 году НАСА провело исследование «Свежий взгляд», чтобы изучить современное состояние осуществимости SBSP. Оценивая «Что изменилось» со времени исследования Министерства энергетики, НАСА заявило, что «Национальная космическая политика США теперь призывает НАСА сделать значительные инвестиции в технологии (а не в конкретный транспортное средство), чтобы снизить затраты на ETO [Земля на орбиту]». транспортировку Это, конечно, абсолютное требование космической солнечной энергии». [36]

И наоборот, Пит Уорден из НАСА заявил, что солнечная энергия космического базирования примерно на пять порядков дороже, чем солнечная энергия из пустыни Аризоны, при этом основные затраты составляют транспортировка материалов на орбиту. Уорден назвал возможные решения умозрительными и недоступными в ближайшие десятилетия. [37]

2 ноября 2012 года Китай предложил Индии космическое сотрудничество, в котором упоминалось, что SBSP «может быть инициативой в области космической солнечной энергии, чтобы и Индия, и Китай могли работать над долгосрочным сотрудничеством с надлежащим финансированием вместе с другими желающими космическими странами, чтобы принести космическая солнечная энергия на Землю». [38]

Программа поисковых исследований и технологий

[ редактировать ]
Основная статья: Программа исследований и технологий космической солнечной энергетики
Концепция интегрированного симметричного концентратора SERT SPS.НАСА

В 1999 году НАСА инициировало программу исследований и технологий космической солнечной энергии (SERT) для следующих целей:

  • Провести проектные исследования выбранных концепций летной демонстрации.
  • Оценить исследования общей осуществимости, конструкции и требований.
  • Создавайте концептуальные проекты подсистем, которые используют передовые технологии SSP для будущих космических или наземных приложений.
  • Сформулируйте предварительный план действий США (работая с международными партнерами) по осуществлению агрессивной технологической инициативы.
  • Разработать дорожные карты разработки технологий и демонстрации критически важных элементов космической солнечной энергии (SSP).

SERT приступила к разработке концепции спутника солнечной энергии (SPS) для будущей гигаваттной космической энергетической системы, обеспечивающей электроэнергию путем преобразования энергии Солнца и ее передачи на поверхность Земли, а также предложила концептуальный путь развития, в котором будут использоваться современные технологии. SERT предложила надувную фотоэлектрическую тонкую конструкцию с линзами-концентраторами или солнечными тепловыми двигателями для преобразования солнечного света в электричество. Программа рассматривала как системы на солнечно-синхронной орбите , так и на геостационарной орбите . Некоторые выводы SERT:

  • Растущий мировой спрос на энергию, вероятно, будет продолжаться в течение многих десятилетий, что приведет к строительству новых электростанций всех размеров.
  • Воздействие этих электростанций на окружающую среду и их влияние на мировые поставки энергии и геополитические отношения могут быть проблематичными.
  • Возобновляемая энергия – это интересный подход как с философской, так и с инженерной точки зрения.
  • Многие возобновляемые источники энергии ограничены в своей способности обеспечить базовую мощность, необходимую для глобального промышленного развития и процветания, из-за присущих им требований к земле и воде.
  • Согласно исследованию определения концепции, концепции космической солнечной энергетики могут быть готовы к возобновлению обсуждения.
  • Спутники солнечной энергии больше не должны рассматриваться как требующие невообразимо больших первоначальных инвестиций в фиксированную инфраструктуру, прежде чем можно будет начать установку эффективных электростанций.
  • Космические солнечные энергетические системы, по-видимому, обладают многими значительными экологическими преимуществами по сравнению с альтернативными подходами.
  • Экономическая жизнеспособность космических систем солнечной энергии зависит от многих факторов и успешного развития различных новых технологий (не последним из которых является наличие гораздо более дешевого доступа к космосу, чем раньше); однако то же самое можно сказать и о многих других вариантах передовых энергетических технологий.
  • Космическая солнечная энергия вполне может стать серьезным кандидатом среди вариантов удовлетворения энергетических потребностей 21 века. [39]
  • затраты на запуск в диапазоне 100–200 долларов США за килограмм полезной нагрузки с низкой околоземной орбиты на геостационарную орбиту . Для того чтобы СПС была экономически жизнеспособной, необходимы [17]

Японское агентство аэрокосмических исследований

[ редактировать ]

Spectrum за май 2014 года В журнале IEEE была опубликована длинная статья Сусуму Сасаки «В космосе всегда солнечно». [40] В статье говорилось: «Это было предметом многих предыдущих исследований и научной фантастики на протяжении десятилетий, но солнечная энергия космического базирования может, наконец, стать реальностью – и в течение 25 лет, согласно предложению исследователей из Токийского университета . Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA)».

12 марта 2015 года JAXA объявило, что они беспроводным способом передали мощность 1,8 киловатта на расстояние 50 метров на небольшой приемник, преобразовав электричество в микроволны, а затем обратно в электричество. Это стандартный план для данного типа мощности. [41] [42] 12 марта 2015 года компания Mitsubishi Heavy Industries продемонстрировала передачу мощности 10 киловатт (кВт) на приемный блок, расположенный на расстоянии 500 метров (м). [43]

Преимущества и недостатки

[ редактировать ]

Преимущества

[ редактировать ]

Концепция SBSP привлекательна, поскольку космос имеет несколько важных преимуществ перед поверхностью Земли в плане сбора солнечной энергии:

  • В космосе всегда солнечный полдень и полное солнце.
  • Собирающие поверхности могут получать гораздо более интенсивный солнечный свет из-за отсутствия препятствий, таких как атмосферные газы , облака , пыль и другие погодные явления. Следовательно, интенсивность на орбите составляет примерно 144% от максимально достижимой интенсивности на поверхности Земли. [ нужна ссылка ]
  • Спутник может быть освещен более 99% времени и находиться в тени Земли максимум всего 72 минуты за ночь в дни весеннего и осеннего равноденствия в местную полночь. [44] Орбитальные спутники могут подвергаться постоянно высокой степени солнечной радиации , как правило, в течение 24 часов в сутки, тогда как солнечные панели на поверхности Земли в настоящее время собирают энергию в среднем 29% дня. [45]
  • Энергия может быть относительно быстро перенаправлена ​​непосредственно в те области, которые в ней больше всего нуждаются. Спутник-сборщик мог бы направлять электроэнергию по требованию в различные места на поверхности в зависимости от географической базовой или пиковой нагрузки .
  • Уменьшение растений и дикой природы . вмешательства
  • SBSP не выделяет парниковых газов в отличие от нефтяных, газовых, этанольных и угольных заводов. Солнечная энергия космического базирования также не зависит от дефицитных ресурсов пресной воды и не конкурирует с ними, в отличие от угольных и атомных электростанций. [46]
  • SBSP производит в сорок раз больше, чем солнечные панели, и привносит в окружающую среду почти нулевой процент опасных отходов. Это также позволяет производить электроэнергию непрерывно, двадцать четыре часа в сутки, девяносто девять процентов года. [47]
  • Если чистая энергия, получаемая за счет солнечной энергии из космоса, будет составлять всего лишь пять процентов нашего национального энергопотребления, наш углеродный след будет значительно сокращен. [48]

Недостатки

[ редактировать ]

Концепция SBSP также имеет ряд проблем:

  • Большая стоимость запуска спутника в космос. Для 6,5 кг/кВт стоимость вывода энергетического спутника на геостационарную орбиту (GEO) не может превышать 200 долларов США/кг, если стоимость электроэнергии должна быть конкурентоспособной.
  • Для микроволновой оптики требуется гигаваттный масштаб, чтобы компенсировать распространение луча диска Эйри . Обычно диск диаметром 1 км на геостационарной орбите, передающий на частоте 2,45 ГГц, распространяется на расстояние до 10 км на расстоянии Земли. [49]
  • Невозможность ограничить передачу энергии внутри крошечных углов луча. Например, луч 0,002 градуса (7,2 угловых секунды) должен оставаться в пределах одного километра от цели приемной антенны с геостационарной высоты. Самые совершенные системы направленной беспроводной передачи энергии по состоянию на 2019 год распределяют ширину луча половинной мощности по крайней мере на 0,9 угловых градусов. [50] [51] [52] [53]
  • Недоступность: Обслуживание наземной солнечной панели относительно простое, но строительство и обслуживание солнечной панели в космосе обычно выполняются с помощью телеробота. Помимо затрат, астронавты, работающие на ГСО, подвергаются неприемлемо высокой радиационной опасности и риску и обходятся примерно в тысячу раз дороже, чем та же задача, выполняемая телероботом.
  • Космическая среда враждебна; Фотоэлектрические панели (если они используются) подвергаются деградации примерно в восемь раз сильнее, чем на Земле (за исключением орбит, защищенных магнитосферой). [54]
  • Космический мусор представляет собой серьезную опасность для крупных объектов в космосе, особенно для крупных структур, таких как системы SBSP, проходящих через мусор на высоте менее 2000 км. Риск столкновения на ГСО значительно снижается, поскольку все спутники движутся в одном направлении с очень близкой к одинаковой скоростью. [55]
  • Частота вещания микроволновой линии вниз (если она используется) потребует изоляции систем SBSP от других спутников. Пространство ГЕО уже хорошо используется и потребует координации с МСЭ-R . [56]
  • Большой размер и соответствующая стоимость приемной станции на земле. оценил стоимость 5 ГВт в миллиард долларов Исследователь SBSP Кейт Хенсон .
  • Потери энергии во время нескольких фаз преобразования фотонов в электроны и фотонов обратно в электроны. [57] [58]
  • Утилизация отработанного тепла в космических энергосистемах поначалу сложна, но становится невыполнимой, когда весь космический корабль спроектирован так, чтобы поглощать как можно больше солнечной радиации. Традиционные системы терморегулирования космического корабля, такие как излучающие лопатки, могут мешать окклюзии солнечных панелей или передатчикам энергии.
  • Затраты на вывод из эксплуатации: стоимость вывода спутников с орбиты в конце их срока службы , чтобы предотвратить усугубление проблемы орбитального космического мусора из-за столкновений с астероидным, кометным и планетарным мусором. [59] скорее всего, будет значительным. Хотя будущую стоимость передачи Delta-V трудно оценить, количество Delta-V, которое необходимо передать для перевода спутника с GEO на GTO, составляет 1472 м/с. 2 . дополнительные расходы на разборку спутника и вывод с орбиты экологически опасных компонентов космического корабля с возможностью снижения массы . Если при входе в атмосферу распадающийся спутник выпустит опасные химические вещества в атмосферу Земли, то в затраты на вывод из эксплуатации необходимо включить
  • Поскольку эти системы будут находиться в космосе, ими, очевидно, невозможно будет управлять вручную. Исследователям необходимо будет найти способ автономного обслуживания этих систем, что может создать некоторые технические проблемы. [60]
  • Исследования также показали, что увеличение численности населения может увеличить заторы и, в конечном итоге, привести к появлению кусков орбитального мусора, к чему пришел вывод по результатам испытаний, проведенных Китаем со своим спутником. [61]

Дизайн

[ редактировать ]
Художественная концепция солнечного диска на вершине космического буксира с электрическим приводом, перемещающегося с НОО на ГСО .

Солнечная энергия космического базирования по существу состоит из трех элементов: [2]

  1. сбор солнечной энергии в космосе с помощью рефлекторов или надувных зеркал на солнечных элементах или обогревателях для тепловых систем.
  2. беспроводная передача энергии на Землю через микроволновую печь или лазер
  3. получение энергии на Земле через ректенну , микроволновую антенну

Космической части не нужно будет противостоять гравитации (кроме относительно слабых приливных напряжений). Ему не нужна защита от земного ветра или непогоды, но ему придется справляться с космическими опасностями, такими как микрометеоры и солнечные вспышки . Были изучены два основных метода преобразования: фотоэлектрический (PV) и солнечно-динамический (SD). Большинство анализов SBSP были сосредоточены на фотоэлектрическом преобразовании с использованием солнечных элементов, которые напрямую преобразуют солнечный свет в электричество. Solar Dynamic использует зеркала, чтобы сконцентрировать свет на котле. Использование солнечной динамики может снизить массу на ватт. Беспроводная передача энергии изначально была предложена как средство передачи энергии от накопителя к поверхности Земли с использованием микроволнового или лазерного излучения на различных частотах.

Передача микроволновой энергии

[ редактировать ]

Уильям К. Браун продемонстрировал в 1964 году во время программы Уолтера Кронкайта CBS News с микроволновым двигателем модель вертолета , который получал всю мощность, необходимую для полета, от микроволнового луча. С 1969 по 1975 год Билл Браун был техническим директором программы JPL Raytheon , которая передавала мощность 30 кВт на расстояние 1 мили (1,6 км) с эффективностью 9,6%. [62] [63]

Передача микроволновой энергии мощностью в десятки киловатт была хорошо доказана существующими испытаниями в Голдстоуне в Калифорнии (1975 г.). [63] [64] [65] и Гранд-Бассен на острове Реюньон (1997). [66]

Сравнение передачи лазерной и микроволновой энергии. Диаграмма НАСА

передачу микроволновой энергии в сочетании с улавливанием солнечной энергии между вершиной горы на острове Мауи и островом Гавайи (92 мили). Совсем недавно команда под руководством Джона К. Мэнкинса продемонстрировала [67] [68] Технологические проблемы, связанные с компоновкой решетки, конструкцией одного излучающего элемента и общей эффективностью, а также связанные с этим теоретические ограничения в настоящее время являются предметом исследований, как это было продемонстрировано на специальной сессии «Анализ электромагнитных беспроводных систем для передачи солнечной энергии». » проведенном во время симпозиума IEEE 2010 года по антеннам и распространению сигнала. [69] В 2013 году был опубликован полезный обзор, посвященный технологиям и проблемам, связанным с передачей микроволновой энергии из космоса на землю. Он включает в себя введение в СФС, текущие исследования и перспективы на будущее. [70] Более того, обзор современных методологий и технологий проектирования антенных решеток для передачи микроволновой энергии появился в Трудах IEEE. [71]

Лазерное излучение

[ редактировать ]

Лазерное излучение рассматривалось некоторыми в НАСА как ступенька к дальнейшей индустриализации космоса. В 1980-х годах исследователи НАСА работали над потенциальным использованием лазеров для передачи энергии из космоса в космос, уделяя особое внимание разработке лазера на солнечной энергии. В 1989 году было высказано предположение, что энергию можно также передавать с помощью лазера с Земли в космос. В 1991 году начался проект SELENE (SpacE Laser ENERgy), который включал исследование лазерного излучения для подачи энергии на лунную базу. Программа SELENE представляла собой двухлетнюю исследовательскую работу, но стоимость доведения концепции до эксплуатационного статуса была слишком высока, и официальный проект завершился в 1993 году, не дойдя до демонстрации в космосе. [72]

Лазерные солнечные спутники

[ редактировать ]

Лазерные солнечные спутники меньше по размеру, а это означает, что им приходится работать в группе с другими аналогичными спутниками. У лазерных солнечных спутников есть много плюсов, особенно в отношении их более низкой общей стоимости по сравнению с другими спутниками. Хотя стоимость ниже, чем у других спутников, в отношении этого спутника существуют различные проблемы безопасности и другие проблемы . [73] Солнечным спутникам, излучающим лазерное излучение, достаточно выйти в космос на расстояние около 400 км, но из-за их небольшой генерирующей мощности потребуется запустить сотни или тысячи лазерных спутников, чтобы оказать устойчивое воздействие. Запуск одного спутника может стоить от пятидесяти до четырехсот миллионов долларов. Лазеры могут быть полезны для того, чтобы энергия Солнца, собранная в космосе, возвращалась обратно на Землю для удовлетворения потребностей в энергии на Земле. [74]

Орбитальное расположение

[ редактировать ]

Основное преимущество размещения космической электростанции на геостационарной орбите заключается в том, что геометрия антенны остается постоянной, и поэтому поддерживать правильность расположения антенн становится проще. Еще одним преимуществом является то, что практически непрерывная передача электроэнергии становится доступной сразу же, как только первая космическая электростанция будет выведена на орбиту. LEO требует нескольких спутников, прежде чем они начнут производить почти непрерывную электроэнергию.

Передача мощности с геостационарной орбиты с помощью микроволн сопряжена с трудностью, заключающейся в том, что требуемые размеры «оптической апертуры» очень велики. Например, исследование НАСА SPS 1978 года потребовало передающей антенны диаметром 1 км и приемной ректенны диаметром 10 км для микроволнового луча на частоте 2,45 ГГц . Эти размеры можно несколько уменьшить за счет использования более коротких волн, хотя они увеличивают атмосферное поглощение и даже могут блокировать луч дождем или каплями воды. Из-за проклятия утонченной решетки невозможно получить более узкий луч, объединив лучи нескольких меньших спутников. Большой размер передающей и приемной антенн означает, что минимальный практический уровень мощности SPS обязательно будет высоким; небольшие системы SPS будут возможны, но неэкономичны. [ оригинальное исследование? ]

Коллекция космических электростанций LEO ( низкоорбитальной ) была предложена в качестве предшественника на GEO ( геостационарной орбите ). солнечной энергии космического базирования [75]

Наземный приемник

[ редактировать ]

Наземная ректенна , скорее всего, будет состоять из множества коротких дипольных антенн, соединенных через диоды . Микроволновые передачи со спутника будут приниматься диполями с эффективностью около 85%. [76] При использовании обычной микроволновой антенны эффективность приема выше, но ее стоимость и сложность также значительно выше. Ректенны, вероятно, будут иметь диаметр несколько километров.

В космических приложениях

[ редактировать ]

Лазерный SBSP также может питать базу или транспортные средства на поверхности Луны или Марса, экономя на массовых затратах на посадку источника энергии. Космический корабль или другой спутник также может питаться тем же способом. В докладе НАСА о космической солнечной энергии за 2012 год автор упоминает, что еще одним потенциальным применением технологии космической солнечной энергии могут быть солнечные электрические двигательные установки, которые можно будет использовать для межпланетных исследовательских миссий человека. [77] [78] [79]

Затраты на запуск

[ редактировать ]

Одной из проблем концепции SBSP является стоимость космических запусков и количество материала, который необходимо будет запустить.

Большую часть запущенного материала не обязательно немедленно доставлять на возможную орбиту, что повышает вероятность того, что высокоэффективные (но более медленные) двигатели смогут перемещать материал SPS с НОО на ГСО по приемлемой цене. Примеры включают ионные двигатели или ядерные двигатели . Чтобы начать этот процесс, необходимо будет построить инфраструктуру, включая солнечные панели, преобразователи энергии и передатчики энергии. Это будет чрезвычайно дорого, а их содержание обойдется еще дороже.

Чтобы дать представление о масштабе проблемы, предположив, что масса солнечной панели составляет 20 кг на киловатт (без учета массы несущей конструкции, антенны или какого-либо значительного уменьшения массы каких-либо фокусирующих зеркал), электростанция мощностью 4 ГВт будет весить около 80 000 метрических тонн , [80] все это в нынешних обстоятельствах будет запущено с Земли. Однако это далеко от современного уровня летаемых космических аппаратов, который по состоянию на 2015 год составлял 150 Вт/кг (6,7 кг/кВт) и быстро улучшается. [81] Очень легкие конструкции, вероятно, могут достичь показателя 1 кг/кВт. [82] это означает 4000 метрических тонн солнечных панелей для той же станции мощностью 4 ГВт. Помимо массы панелей, необходимо добавить накладные расходы (включая вывод на желаемую орбиту и поддержание местоположения).

Затраты на запуск 4 ГВт на НОО
1 кг/кВт 5 кг/кВт 20 кг/кВт
1 доллар США/кг (минимальная стоимость при мощности ~ 0,13 доллара США/кВтч, КПД 100 %) $4M 20 миллионов долларов 80 миллионов долларов
2000 долларов США/кг (например: Falcon Heavy ) 8 миллиардов долларов 40 миллиардов долларов 160 миллиардов долларов
10 000 долларов США/кг (например: Ариана V ) 40 миллиардов долларов 200 миллиардов долларов 800 миллиардов долларов

К этим затратам необходимо добавить воздействие на окружающую среду тяжелых космических запусков, если такие затраты будут использоваться по сравнению с производством энергии на Земле. Для сравнения, прямая стоимость нового угля [83] или атомной электростанции варьируется от 3 до 6 миллиардов долларов за ГВт (не включая полный ущерб окружающей среде от выбросов CO 2 или хранения отработавшего ядерного топлива соответственно).

Строительство из космоса

[ редактировать ]

Из лунных материалов, запущенных на орбиту

[ редактировать ]

Джерард О'Нил , отметив проблему высоких затрат на запуск в начале 1970-х годов, предложил построить СЭС на орбите из материалов с Луны . [84] Затраты на запуск с Луны потенциально намного ниже, чем с Земли, из-за более низкой гравитации и отсутствия сопротивления атмосферы . Это предложение 1970-х годов предполагало объявленную тогда стоимость будущего запуска космического корабля НАСА. Этот подход потребует значительных первоначальных капиталовложений для создания двигателей массы на Луне. [85] Тем не менее, 30 апреля 1979 года в итоговом отчете («Использование лунных ресурсов для космического строительства») подразделения Convair General Dynamics в соответствии с контрактом НАСА NAS9-15560 был сделан вывод, что использование лунных ресурсов будет дешевле, чем земные материалы для система, состоящая всего из тридцати спутников солнечной энергии мощностью 10 ГВт каждый. [86]

В 1980 году, когда стало очевидно, что оценка НАСА стоимости запуска космического челнока была чрезвычайно оптимистичной, О'Нил и др. опубликовали другой путь производства с использованием лунных материалов с гораздо меньшими стартовыми затратами. [87] Эта концепция SPS 1980-х годов меньше полагалась на присутствие человека в космосе, а больше на частично самовоспроизводящиеся системы на лунной поверхности под дистанционным контролем работников, находящихся на Земле. Высокий чистый энергетический прирост Луны этого предложения обусловлен гораздо более мелкой гравитационной ямой .

Наличие относительно дешевого источника сырья из космоса за фунт уменьшило бы беспокойство по поводу конструкций с малой массой и привело бы к созданию другого типа СЭС. Низкая стоимость фунта лунного материала в видении О'Нила будет поддерживаться за счет использования лунного материала для производства большего количества объектов на орбите, чем просто спутников, работающих на солнечной энергии. Передовые методы запуска с Луны могут снизить стоимость строительства спутника солнечной энергии из лунных материалов. Некоторые предложенные методы включают в себя двигатель лунной массы и лунный космический лифт , впервые описанные Джеромом Пирсоном. [88] Это потребует создания предприятий по добыче кремния и производству солнечных батарей на Луне . [ нужна ссылка ]

На Луне

[ редактировать ]

Физик доктор Дэвид Крисвелл предполагает, что Луна является оптимальным местом для солнечных электростанций, и продвигает солнечную энергию на основе Луны . [89] [90] [91] Основным преимуществом, которое он видит, является строительство в основном из местных лунных материалов с использованием ресурсов на месте , с передвижным заводом с дистанционным управлением и краном для сборки микроволновых отражателей, а также марсоходами для сборки и прокладки солнечных элементов. [92] что значительно снизит затраты на запуск по сравнению с проектами SBSP. Частью проекта также являются спутники-ретрансляторы, вращающиеся вокруг Земли и Луны и отражающие микроволновый луч. Демо-проект мощностью 1 ГВт начинается с 50 миллиардов долларов. [93] Корпорация Симидзу использует комбинацию лазеров и микроволнового излучения для концепции Лунного кольца , а также спутников с ретрансляцией мощности. [94] [95]

С астероида

[ редактировать ]

Добыча полезных ископаемых на астероидах также серьезно рассматривалась. Исследование дизайна НАСА [96] оценила горнодобывающую машину массой 10 000 тонн (которая будет собрана на орбите), которая вернет фрагмент астероида массой 500 000 тонн на геостационарную орбиту. Всего около 3000 тонн шахтерского корабля будут представлять собой традиционную полезную нагрузку аэрокосмического класса. Остальное будет реактивной массой для двигателя массового привода, который можно будет использовать в качестве отработанных ступеней ракеты, используемых для запуска полезной нагрузки. Если предположить, что 100% возвращенного астероида оказались полезными и что сам астероидный майнер не может быть повторно использован, это означает сокращение затрат на запуск почти на 95%. Однако истинные достоинства такого метода будут зависеть от тщательного изучения минералов астероидов-кандидатов; пока мы имеем лишь оценки их состава. [97] Одно из предложений состоит в том, чтобы вывести астероид Апофис на околоземную орбиту и превратить его в 150 спутников солнечной энергии по 5 ГВт каждый или в более крупный астероид 1999 года AN10, который в 50 раз больше Апофиса и достаточно большой, чтобы построить 7500 спутников солнечной энергии мощностью 5 гигаватт. [98]

[ редактировать ]
  • Лунная база с массовым драйвером (длинная конструкция, уходящая к горизонту). Концептуальная иллюстрация НАСА
    Лунная база с массовым драйвером (длинная конструкция, уходящая к горизонту). Концептуальная иллюстрация НАСА
  • Художественная концепция «саморастущей» роботизированной лунной фабрики.
    Художественная концепция «саморастущей» роботизированной лунной фабрики.
  • Микроволновые отражатели на Луне, а также роботизированный вездеход и кран с дистанционным управлением.
    Микроволновые отражатели на Луне, а также роботизированный вездеход и кран с дистанционным управлением.
  • «Кроулер» пересекает поверхность Луны, сглаживая, плавя верхний слой реголита, а затем нанося элементы кремниевых фотоэлектрических элементов непосредственно на поверхность.
    «Кроулер» пересекает поверхность Луны, сглаживая, плавя верхний слой реголита, а затем нанося элементы кремниевых фотоэлектрических элементов непосредственно на поверхность.
  • Эскиз лунного гусеничного корабля, который будет использоваться для изготовления лунных солнечных элементов на поверхности Луны.
    Эскиз лунного гусеничного корабля, который будет использоваться для изготовления лунных солнечных элементов на поверхности Луны.
  • Здесь показан массив солнечных коллекторов, которые преобразуют энергию в микроволновые лучи, направленные на Землю.
    Здесь показан массив солнечных коллекторов, которые преобразуют энергию в микроволновые лучи, направленные на Землю.
  • Спутник солнечной энергии, построенный на добытом астероиде.
    Спутник солнечной энергии, построенный на добытом астероиде.

Безопасность

[ редактировать ]

Потенциальное воздействие на людей и животных на земле мощных микроволновых лучей является серьезной проблемой, связанной с этими системами. На поверхности Земли предполагаемый микроволновый луч SPSP будет иметь максимальную интенсивность в центре 23 мВт / см. 2 . [99] Хотя это меньше 1/4 константы солнечного излучения , микроволны проникают в ткани гораздо глубже, чем солнечный свет, и на этом уровне они превышают действующие ограничения на воздействие микроволн на рабочем месте в соответствии с действующим Законом США о безопасности и гигиене труда (OSHA) на уровне 10 мВт/см. 2 [100] И 23 мВт/см 2 Исследования показывают, что люди испытывают значительный дефицит пространственного обучения и памяти. [101] Если диаметр предлагаемой установки SPSP увеличить в 2,5 раза, плотность энергии на земле увеличится до 1 Вт/см. 2 . [а] При этом уровне средняя смертельная доза для мышей составляет 30–60 секунд микроволнового воздействия. [102] Хотя следует избегать разработки массива диаметром в 2,5 раза большего, военный потенциал двойного назначения такой системы вполне очевиден.

При хорошей конструкции боковых лепестков антенны вне приемника может быть меньше долгосрочных уровней OSHA. [103] так как более 95% энергии луча придется на ректенну. Однако любое случайное или преднамеренное неправильное наведение спутника может оказаться смертельным для жизни на Земле в пределах луча.

Воздействие луча можно минимизировать различными способами. На земле, при условии, что луч направлен правильно, физический доступ должен быть контролируемым (например, через ограждение). Типичные самолеты, летящие через луч, предоставляют пассажирам защитную металлическую оболочку (т.е. клетку Фарадея ), которая перехватывает микроволны. [ оригинальное исследование? ] Другие летательные аппараты ( аэростаты , сверхлегкие и т. д.) могут избежать воздействия, используя контролируемое воздушное пространство, как это в настоящее время делается для военного и другого контролируемого воздушного пространства. Кроме того, ограничением конструкции является то, что микроволновый луч не должен быть настолько интенсивным, чтобы причинить вред дикой природе, особенно птицам. Были высказаны предложения разместить ректенны в море. [104] [105] но это создает серьезные проблемы, включая коррозию, механические напряжения и биологическое загрязнение.

Обычно предлагаемый подход к обеспечению безотказного наведения луча заключается в использовании ретронаправленной фазированной антенной решетки/ректенны. «Пилотный» микроволновый луч, излучаемый из центра ректенны на земле, устанавливает фазовый фронт на передающей антенне. Там схемы в каждой из подрешеток антенны сравнивают фазовый фронт пилотного луча с внутренней тактовой фазой для управления фазой исходящего сигнала. Если сдвиг фазы на пилот-сигнал выбран одинаковым для всех элементов, передаваемый луч должен быть точно центрирован на ректенне и иметь высокую степень однородности фазы; если пилотный луч по какой-либо причине потерян (например, если передающая антенна повернута в сторону от ректенны), значение управления фазой не срабатывает, и луч микроволновой мощности автоматически расфокусируется. [106] Такая система не сможет эффективно фокусировать свой луч мощности там, где нет передатчика пилотного луча. Долгосрочные последствия излучения энергии через ионосферу в виде микроволн еще предстоит изучить.

Хронология

[ редактировать ]

В 20 веке

[ редактировать ]
  • 1941 : Айзек Азимов опубликовал научно-фантастический рассказ «Разум», в котором космическая станция передает энергию, собранную от Солнца, на различные планеты с помощью микроволновых лучей. «Разум» был опубликован в журнале «Поразительная научная фантастика». [107]
  • 1968 : Питер Глейзер представляет концепцию «спутниковой солнечной энергии» с квадратными милями солнечных коллекторов на высокой геосинхронной орбите для сбора и преобразования солнечной энергии в микроволновый луч для передачи полезной энергии на большие приемные антенны ( ректенны ) на Земле для распределение.
  • 1973 : Питер Глейзер получает патент США № 3781647 на свой метод передачи энергии на большие расстояния с использованием микроволн от большой (один квадратный километр) антенны на спутнике к гораздо большей антенне на земле, теперь известной как ректенна. [13]
  • 1978–1981 : Министерство энергетики США и НАСА тщательно изучают концепцию спутника солнечной энергии (SPS), публикуя проектные и технико-экономические обоснования.
  • 1987 : Стационарная высотная ретрансляционная платформа - канадский эксперимент.
  • 1995–1997 : НАСА проводит «свежий взгляд» на концепции и технологии космической солнечной энергетики (SSP).
  • 1998 : Исследование определения концепции космической солнечной энергетики (CDS) определяет надежные, коммерчески жизнеспособные концепции SSP, указывая при этом технические и программные риски.
  • 1998 : Космическое агентство Японии начинает разработку космической солнечной энергетической системы (SSPS), программа, которая продолжается и по сей день. [108]
  • 1999 : Начало программы НАСА по исследованию и технологиям космической солнечной энергии ( SERT, см. ниже ).
  • 2000 : Джон Мэнкинс из НАСА дает показания в Палате представителей США , заявляя: «Крупномасштабная ТКП — это очень сложная интегрированная система систем, которая требует многочисленных значительных достижений в современных технологиях и возможностях. Была разработана технологическая дорожная карта, в которой изложены потенциальные пути». для достижения всех необходимых успехов — хотя и на протяжении нескольких десятилетий. [17]

В 21 веке

[ редактировать ]
  • 2001 : НАСДА (одно из национальных космических агентств Японии до того, как оно стало частью JAXA ) объявляет о планах провести дополнительные исследования и прототипирование путем запуска экспериментального спутника мощностью 10 киловатт и 1 мегаватт. [109] [110]
  • 2003 : ЕКА . исследования [111]
  • 2007 : Пентагона . Космическое управление национальной безопасности (NSSO) публикует отчет [112] 10 октября 2007 г., заявив, что они намерены собирать солнечную энергию из космоса для использования на Земле, чтобы помочь продолжающимся отношениям Соединенных Штатов с Ближним Востоком и борьбе за нефть. Демо-завод может стоить 10 миллиардов долларов, производить 10 мегаватт и начать работу через 10 лет. [113]
  • 2007 США (MIT) проводится семинар : В мае 2007 года в Массачусетском технологическом институте для обзора текущего состояния рынка и технологий SBSP. [114]
  • 2010 : Профессора Андреа Масса и Джорджио Франческетти объявляют о проведении специальной сессии «Анализ электромагнитных беспроводных систем для передачи солнечной энергии» на Международном симпозиуме Института инженеров по электротехнике и электронике 2010 года по антеннам и распространению энергии. [115]
  • 2010 : Индийская организация космических исследований и Национальное космическое общество США организовали совместный форум для расширения партнерства в использовании солнечной энергии с помощью космических солнечных коллекторов. Форум , получивший название «Инициатива Калам-НСС» в честь бывшего президента Индии доктора APJ Абдула Калама , заложит основу для космической программы солнечной энергетики, к которой могут присоединиться и другие страны. [116]
  • 2010: Небу нет предела: солнечная энергия космического базирования: следующий важный шаг в стратегическом партнерстве между Индией и США? написанный подполковником ВВС США Питером Гарретсоном, был опубликован в Институте оборонных исследований и анализа. [117]
  • 2012 : Китай предложил Индии и Китаю совместное развитие спутника солнечной энергии во время визита бывшего президента Индии доктора APJ Абдула Калама . [118]
  • 2015: Инициативу по космической солнечной энергии (SSPI) Калифорнийский технологический институт и корпорация Northrop Grumman учредили . По оценкам, 17,5 миллионов долларов будут выделены в течение трехлетнего проекта по развитию космической солнечной энергетической системы.
  • 2015 : 12 марта 2015 года JAXA объявило, что они беспроводным способом передали мощность 1,8 киловатта на расстояние 50 метров на небольшой приемник, преобразовав электричество в микроволны, а затем обратно в электричество. [41] [42]
  • 2016: Генерал-лейтенант Чжан Юйлинь, заместитель начальника отдела разработки вооружений [НОАК] Центрального военного совета, предположил, что в следующий раз Китай начнет использовать пространство Земля-Луна для промышленного развития. Целью будет создание космических спутников на солнечной энергии, которые будут передавать энергию обратно на Землю. [119]
  • 2016: Команда , состоящая из представителей Лаборатории военно-морских исследований (NRL), Агентства перспективных оборонных проектов (DARPA), Воздушного университета ВВС, Службы логистики Объединенного штаба (J-4), Государственного департамента, компаний Makins Aerospace и Northrop Grumman, выиграла Оборона (SECDEF) / Государственный секретарь (SECSTATE) / Директор USAID Инновационный вызов D3 (Дипломатия, развитие, оборона) всего агентства с предложением , что США должны стать лидером в области солнечной энергетики в космосе. За предложением последовало видение видео
  • 2016: «Граждане за солнечную энергетику в космосе» превратили предложение D3 в активные петиции на веб-сайте Белого дома «Америка должна возглавить переход к космической энергетике» и на сайте Change.org «США должны возглавить переход к космической энергетике». вместе со следующим видео .
  • 2016: Эрик Ларсон и другие сотрудники NOAA готовят статью «Глобальная реакция атмосферы на выбросы предлагаемой многоразовой системы космического запуска». [120] В статье приводятся доводы в пользу того, что энергетические спутники мощностью до 2 ТВт/год могут быть построены без недопустимого ущерба атмосфере. До появления этой статьи существовало опасение, что NO x, образующийся при входе в атмосферу, разрушит слишком много озона.
  • 2016: Ян Кэш из SICA Design предлагает CASSIOPeiA (постоянная апертура, твердотельная, интегрированная, орбитальная фазированная решетка) — новую концепцию Список преподавателей SPS | Электротехника и компьютерная инженерия
  • 2017: НАСА выбирает пять новых исследовательских предложений, ориентированных на инвестиции в космос. Горная школа Колорадо специализируется на «Тенденциях XXI века в области производства и хранения солнечной энергии в космосе».
  • 2019: Адитья Бараскар и профессор Тошия Ханада из Лаборатории динамики космических систем Университета Кюсю предложили энергетическую орбиту (E-Orbit), [121] небольшая группировка космических спутников солнечной энергии для передачи энергии между спутниками на низкой околоземной орбите. Всего 1600 спутников будут передавать 10 киловатт электроэнергии в радиусе 500 км на высоту 900 км. [122]
  • 2019: Китай создает испытательную базу для SBSP и объявляет о планах по запуску работающей 200-тонной станции SBSP мегаваттной мощности к 2035 году.
  • 2020: Исследовательская лаборатория ВМС США запускает испытательный спутник. [123] Кроме того, у ВВС США есть проект дополнительных демонстраций и исследований космической солнечной энергии (SSPIDR), который планирует запустить испытательный спутник ARACHNE. [124] «Арахна» должна быть запущена в 2024 году. [125]
  • 2021: Калифорнийский технологический институт объявляет, что планирует запустить испытательный комплекс SBSP к 2023 году.
  • 2022: Инициатива по космической энергетике в Великобритании объявила о запуске первой электростанции в космосе в середине 2040-х годов, чтобы «обеспечить 30 процентов (значительно возросшей) потребности Великобритании в электроэнергии» и «сократить зависимость Великобритании от ископаемого топлива». и зарубежные связи. [126]
  • 2022: Европейское космическое агентство предложило программу SOLARIS для эксплуатации спутников на солнечной энергии с 2030 года. [127]
  • 2023: Космический демонстратор солнечной энергии Калифорнийского технологического института (SSPD-1) излучает «обнаружимую энергию» на Землю. [11]

Нетипичные конфигурации и архитектурные соображения

[ редактировать ]

Типичная эталонная система систем включает значительное количество (несколько тысяч систем мощностью в несколько гигаватт для обслуживания всех или значительной части энергетических потребностей Земли) отдельных спутников на ГСО. Типичный эталонный проект для отдельного спутника находится в диапазоне 1–10 ГВт и обычно включает в себя планарные или концентрированные солнечные фотоэлектрические системы (ФЭ) в качестве коллектора/преобразования энергии. Наиболее типичные схемы передачи находятся в радиочастотном диапазоне 1–10 ГГц (2,45 или 5,8 ГГц), где потери в атмосфере минимальны. Материалы для спутников добываются и производятся на Земле и, как ожидается, будут доставлены на НОО с помощью запуска ракеты многоразового использования, а также транспортированы между НОО и ГСО с помощью химического или электрического двигателя. Подводя итог, можно сказать, что варианты архитектуры следующие:

  • Местоположение = ГЕО.
  • Сбор энергии = PV
  • Спутник = Монолитная конструкция
  • Передача = РФ
  • Материалы и производство = Земля
  • Установка = RLV на НОО, химикат на ГСО.

Есть несколько интересных вариантов оформления эталонной системы:

Альтернативное место сбора энергии . Хотя GEO является наиболее типичным из-за его преимуществ близости к Земле, упрощенного наведения и отслеживания, очень небольшого времени затмения и возможности масштабирования для многократного удовлетворения всех глобальных потребностей, были предложены другие места:

  • Sun Earth L1: Роберт Кеннеди III, Кен Рой и Дэвид Филдс предложили вариант солнцезащитного козырька L1 под названием «Dyson Dots». [128] где первичный коллектор мощностью в несколько тераватт будет передавать энергию обратно на серию солнечно-синхронных приемных спутников LEO. Гораздо большее расстояние до Земли требует соответственно большей апертуры передачи.
  • Лунная поверхность : Дэвид Крисвелл предложил использовать саму лунную поверхность в качестве собирающей среды, излучая энергию на землю через серию микроволновых отражателей на околоземной орбите. Главным преимуществом этого подхода будет возможность производить солнечные коллекторы на месте без затрат энергии и сложности запуска. К недостаткам относятся гораздо большее расстояние, требующее более крупных систем передачи, необходимость «перестройки» для работы в лунную ночь, а также сложность достаточного производства и наведения спутников-рефлекторов. [129]
  • MEO: Системы MEO были предложены для космических утилит и энергетических двигательных инфраструктур. Например, см. статью Ройса Джонса. [130]
  • Высокоэллиптические орбиты: орбиты Молния, Тундра или Квазизенит были предложены в качестве первых мест для нишевых рынков, требующих меньше энергии для доступа и обеспечивающих хорошую устойчивость. [131]
  • Солнечно-синхронизированный НОО: на этой околополярной орбите спутники прецессируют со скоростью, которая позволяет им всегда быть обращены к Солнцу во время вращения вокруг Земли. Это легкодоступная орбита, требующая гораздо меньше энергии, а ее близость к Земле требует меньших (и, следовательно, менее массивных) передающих апертур. Однако недостатки этого подхода включают необходимость постоянной смены приемных станций или накопление энергии для пакетной передачи. Эта орбита уже переполнена и имеет значительное количество космического мусора.
  • Экваториальное НОО: Японская программа SPS 2000 предложила первый демонстратор на экваториальном НОО, в котором несколько экваториальных участвующих стран могли бы получить некоторую мощность. [132]
  • Поверхность Земли : Нараян Комерат предложил космическую энергосистему, в которой избыточная энергия от существующей сети или электростанции на одной стороне планеты может передаваться на орбиту, на другой спутник и вниз к приемникам. [133]

Сбор энергии: Наиболее типичные конструкции спутников солнечной энергии включают фотоэлектрические элементы. Они могут быть плоскими (и обычно пассивно охлаждаемыми), концентрированными (и, возможно, активно охлаждаемыми). Однако есть несколько интересных вариантов.

  • Солнечная тепловая энергия: Сторонники солнечной тепловой энергии предложили использовать концентрированный нагрев, чтобы вызвать изменение состояния жидкости для извлечения энергии с помощью вращающихся механизмов с последующим охлаждением в радиаторах. Преимущества этого метода могут включать общую массу системы (оспаривается), исключение деградации из-за повреждения солнечным ветром и устойчивость к радиации. один недавний проект термального спутника солнечной энергии, разработанный Китом Хенсоном Здесь был визуализирован и другими. Концепция солнечной энергии в тепловом пространстве. Соответствующая концепция находится здесь: Самонастройка лучевой энергии. Предлагаемые радиаторы представляют собой тонкостенные пластиковые трубки, заполненные паром низкого давления (2,4 кПа) и температуры (20 градусов C).
  • Лазер с солнечной накачкой: Япония разрабатывает лазер с солнечной накачкой , в котором солнечный свет непосредственно возбуждает лазерную среду, используемую для создания когерентного луча, направленного на Землю.
  • Стеллазер: гипотетическая концепция очень большого лазера, в котором звезда обеспечивает как энергию генерации, так и среду генерации, производя управляемый энергетический луч непревзойденной мощности.
  • Распад термоядерного синтеза: эта версия энергетического спутника не является «солнечной». Скорее, космический вакуум рассматривается как «особенность, а не ошибка» традиционного термоядерного синтеза. По словам Пола Вербоса, после термоядерного синтеза даже нейтральные частицы распадаются на заряженные частицы, которые в достаточно большом объеме допускают прямое преобразование в ток. [ нужна ссылка ]
  • Петля солнечного ветра : также называется спутником Дайсона-Харропа . Здесь спутник использует не фотоны Солнца, а заряженные частицы солнечного ветра, которые посредством электромагнитной связи генерируют ток в большой петле.
  • Прямые зеркала. Ранние концепции прямого зеркального перенаправления света на планету Земля страдали от проблемы, связанной с тем, что лучи, исходящие от Солнца, не параллельны, а расширяются от диска, и поэтому размер пятна на Земле довольно велик. Льюис Фраас исследовал ряд параболических зеркал в дополнение к существующим солнечным батареям. [134]

Альтернативная архитектура спутника. Типичный спутник представляет собой монолитную конструкцию, состоящую из структурной фермы, одного или нескольких коллекторов, одного или нескольких передатчиков, а иногда и первичных и вторичных отражателей. Вся конструкция может быть стабилизирована гравитационным градиентом. Альтернативные конструкции включают:

  • Стаи спутников меньшего размера . Некоторые проекты предлагают группы свободно летающих спутников меньшего размера. Так обстоит дело с несколькими лазерными конструкциями и, похоже, так же обстоит дело с коврами-самолетами CALTECH. [135] Для радиочастотных проектов инженерным ограничением является проблема с утонченной решеткой .
  • Свободно плавающие компоненты : Solaren предложила альтернативу монолитной конструкции, в которой основной отражатель и отражатель пропускания свободно летают. [136]
  • Стабилизация вращения: НАСА исследовало концепцию тонкой пленки, стабилизированной вращением.
  • Стабилизированная структура фотонного лазерного двигателя (PLT): Янг Бэ предположил, что давление фотонов может заменить сжимающие элементы в больших конструкциях. [137]

Передача: Наиболее типичная схема передачи энергии — через радиочастотную антенну на частоте ниже 10 ГГц к ректенне на земле. Существуют разногласия между преимуществами клистронов, гиротронов, магнетронов и твердотельных устройств. Альтернативные подходы к передаче включают:

  • Лазер: Преимущество лазеров заключается в гораздо более низкой стоимости и массе по сравнению с первой мощностью, однако существуют разногласия относительно преимуществ эффективности. Лазеры позволяют использовать гораздо меньшие передающие и приемные апертуры. Однако высококонцентрированный луч вызывает проблемы с безопасностью для глаз, пожарной безопасностью и возможностью использования в качестве оружия. Сторонники полагают, что у них есть ответы на все эти проблемы. Лазерный подход также должен найти альтернативные способы борьбы с облаками и осадками.
  • Атмосферный волновод: некоторые предполагают, что можно использовать короткоимпульсный лазер для создания атмосферного волновода, через который могут течь концентрированные микроволны. [138] [139] [140]
  • Ядерный синтез. Ускорители частиц, расположенные во внутренней части Солнечной системы (будь то на орбите или на такой планете, как Меркурий ), могут использовать солнечную энергию для синтеза ядерного топлива из природных материалов. Хотя это было бы крайне неэффективно при использовании нынешних технологий (с точки зрения количества энергии, необходимой для производства топлива по сравнению с количеством энергии, содержащейся в топливе) и вызвало бы очевидные проблемы ядерной безопасности , базовая технология, на которой будет основан такой подход, будет Relied используется уже несколько десятилетий, что делает его, возможно, самым надежным средством передачи энергии, особенно на очень большие расстояния – в частности, из внутренней солнечной системы во внешнюю.

Материалы и производство. Типичные конструкции используют развитую промышленную производственную систему, существующую на Земле, и используют земные материалы как для спутника, так и для топлива. Варианты включают:

  • Лунные материалы: существуют конструкции спутников на солнечной энергии, которые получают >99% материалов из лунного реголита с очень небольшим количеством «витаминов» из других мест. Использование материалов с Луны привлекательно, поскольку запуск с Луны теоретически гораздо проще, чем с Земли. Атмосфера отсутствует, поэтому компоненты не нужно плотно упаковывать в аэрооболочку и выдерживать вибрационные, давления и температурные нагрузки. Запуск может осуществляться с помощью привода магнитной массы и полностью обойти требование использования топлива для запуска. Запуск с Луны на GEO также требует гораздо меньше энергии, чем из гораздо более глубокого гравитационного колодца Земли. Для создания всех спутников солнечной энергии, чтобы полностью обеспечить всю необходимую энергию для всей планеты, требуется менее одной миллионной массы Луны.
  • Самовоспроизводство на Луне: НАСА исследовало самовоспроизводящуюся фабрику на Луне в начале 1980-х годов. [141] Совсем недавно Джастин Льюис-Уэббер предложил метод специального изготовления основных элементов. [142] основан на конструкции Джона Мэнкинса SPS-Alpha. [143] [144]
  • Астероидные материалы. Считается, что некоторые астероиды имеют даже более низкую дельту-V для извлечения материалов, чем Луна, а некоторые конкретные материалы, представляющие интерес, такие как металлы, могут быть более концентрированными или более доступными.
  • Производство в космосе/на месте. С появлением аддитивного производства в космосе такие концепции, как SpiderFab, могут позволить массово выпускать сырье для локальной экструзии. [145]

Метод установки/транспортировка материала к месту сбора энергии : В эталонных проектах компонентный материал запускается с помощью хорошо изученных химических ракет (обычно полностью многоразовых пусковых систем) на НОО, после чего для его доставки на НОО используется либо химическая, либо электрическая двигательная установка. ГЕО. Желательными характеристиками этой системы являются очень высокий массовый расход при низкой общей стоимости. Альтернативные концепции включают:

  • Лунный химический запуск : ULA недавно продемонстрировала концепцию полностью многоразового химического спускаемого аппарата XEUS для перемещения материалов с поверхности Луны на LLO или GEO. [146]
  • Движитель лунной массы : запуск материалов с лунной поверхности с использованием системы, аналогичной электромагнитной катапульте авианосца. Неисследованной компактной альтернативой может стать слингатрон.
  • Лунный космический лифт : экваториальный или околоэкваториальный кабель проходит к точке Лагранжа и через нее. Сторонники утверждают, что его масса ниже, чем у традиционного массового драйвера.
  • Космический лифт : лента из чистых углеродных нанотрубок простирается от центра тяжести на геостационарной орбите, позволяя альпинистам подняться на ГСО. Проблемы с этим включают материальную проблему создания ленты такой длины (36 000 км!) с достаточной прочностью, управление столкновениями со спутниками и космическим мусором, а также молнией.
  • MEO Skyhook: В рамках исследования AFRL Роджер Ленард предложил MEO Skyhook. Похоже, что трос, стабилизированный гравитационным градиентом, с центром масс на MEO, можно построить из доступных материалов. Нижняя часть скайхука находится близко к атмосфере на «некеплеровской орбите». Ракета многоразового использования может запускаться так, чтобы высота и скорость соответствовали нижней части троса, которая находится на некеплеровской орбите (движется намного медленнее, чем обычная орбитальная скорость). Полезная нагрузка переносится и поднимается по тросу. Сам кабель удерживается от схода с орбиты за счет электрической тяги и/или электромагнитных эффектов.
  • MAGLEV Запуск / StarTram : Джон Пауэлл разработал концепцию системы с очень высоким массовым расходом. Система первого поколения, встроенная в гору, ускоряет полезную нагрузку через эвакуированную гусеницу MAGLEV. Небольшая бортовая ракета вращает полезную нагрузку. [147]
  • Запуск лучевой энергии: у Кевина Паркина и Escape Dynamics есть концепции [148] для наземного облучения монотопливной ракеты-носителя с использованием радиочастотной энергии. Радиочастотная энергия поглощается и непосредственно нагревает топливо, в отличие от ядерно-тепловой системы типа NERVA. У LaserMotive есть концепция лазерного подхода.

В художественной литературе

[ редактировать ]

Космические станции, передающие солнечную энергию, появлялись в научно-фантастических произведениях, таких как » Айзека Азимова « Разум (1941), в которых основное внимание уделяется проблемам, вызванным роботами, управляющими станцией. В рассказе Азимова « Последний вопрос » также рассказывается об использовании SBSP для получения безграничной энергии для использования на Земле.

В романе Эрка Котани и Джона Мэддокса Робертса 2000 года «Наследие Прометея» утверждается, что гонка между несколькими конгломератами будет первым, кто излучает гигаватт энергии с солнечного спутника на геостационарной орбите.

В Бена Бовы романе «PowerSat» (2005) предприниматель пытается доказать, что почти завершенный энергетический спутник и космический самолет его компании (средство эффективной доставки обслуживающего персонала на спутник) безопасны и экономически жизнеспособны, в то время как террористы, связанные с нефтью, страны-производители пытаются сорвать эти попытки с помощью уловок и саботажа. [149]

Различные аэрокосмические компании также продемонстрировали творческие будущие спутники солнечной энергии в своих корпоративных видеороликах, в том числе Boeing, [150] Локхид Мартин, [151] и United Launch Alliance. [152]

Солнечный спутник — один из трёх способов производства энергии в браузерной игре OGame . В градостроительной игре SimCity 2000 также есть микроволновая электростанция.

В аниме-сериале 1978 года « Мальчик из будущего Конан » SBSP позволяет стране Индустрии разработать геомагнитное оружие, более мощное, чем ядерное оружие , которое уничтожает целые континенты.

См. также

[ редактировать ]
На Wikimedia Commons есть средства массовой информации, связанные с солнечной энергией в космосе .

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Увеличение диаметра космической решетки в 2,5 раза увеличивает количество элементов решетки в 6,25 раза, что увеличивает общую передаваемую мощность на этот коэффициент. Кроме того, для когерентного микроволнового луча площадь пятна на земле уменьшается в 6,25 раза, поэтому плотность мощности на земле увеличивается в 6,25 раза. 2 = 40х. Это увеличивает предлагаемую мощность 23 Вт/см. 2 примерно до 1 Вт/см 2

Ссылки

[ редактировать ]

Национальное космическое общество поддерживает обширную библиотеку космической солнечной энергии. Архивировано 14 апреля 2018 г. в Wayback Machine , где собраны все основные исторические документы и исследования, связанные с космической солнечной энергией, а также основные новостные статьи . Архивировано 29 мая 2016 г. в Wayback Machine .

  1. ^ «Космическая солнечная энергетика» . ESA – Группа перспективных концепций . 15 апреля 2013 года . Проверено 23 августа 2015 г.
  2. ^ Перейти обратно: а б «Космическая солнечная энергетика» . Министерство энергетики США (DOE) . 6 марта 2014 г.
  3. ^ Эрик Розенбаум; Донован Руссо (17 марта 2019 г.). «Китай планирует использовать солнечную энергию в космосе, от которой НАСА отказалось несколько десятилетий назад» . CNBC.com . Проверено 19 марта 2019 г.
  4. ^ «Правительство Великобритании заказало исследование космических солнечных электростанций» . gov.uk (пресс-релиз). Космическое агентство Великобритании. 14 ноября 2020 г. Проверено 30 ноября 2020 г. .
  5. ^ «Базовый план космической политики» (PDF) . 2 июня 2009 года . Проверено 21 мая 2016 г.
  6. ^ «Ожидается, что Китай возьмет на себя инициативу в строительстве космической солнечной электростанции — Новости науки и технологий — Домашняя страница Китайской сети науки и технологий» www.stdaily.com Проверено 18 августа 2021 г.
  7. ^ Нидхэм, Кирсти (15 февраля 2019 г.). «Раскрыты планы по созданию первой китайской солнечной электростанции в космосе» . Сидней Морнинг Геральд . Проверено 18 августа 2021 г.
  8. ^ "Китай построит космическую солнечную электростанцию ​​к 2035 году - Синьхуа | English.news.cn" . www.xinhuanet.com . Архивировано из оригинала 2 декабря 2019 года . Проверено 18 августа 2021 г.
  9. ^ «Эксперимент по солнечной энергии, запущенный исследовательской лабораторией ВМФ на космическом самолете X-37B» . Форбс . 27 мая 2020 г.
  10. ^ «Калифорнийский технологический институт объявляет о революционном подарке в размере 100 миллионов долларов для финансирования проекта космической солнечной энергии» . Калифорнийский технологический институт . 3 августа 2021 г. Проверено 18 августа 2021 г.
  11. ^ Перейти обратно: а б с «Впервые космический демонстратор солнечной энергии Калифорнийского технологического института осуществляет беспроводную передачу энергии в космос» . Калифорнийский технологический институт . 1 июня 2023 г. Проверено 1 июня 2023 г.
  12. ^ Глейзер, ЧП (1968). «Энергия Солнца: ее будущее». Наука . 162 (3856): 857–61. Бибкод : 1968Sci...162..857G . дои : 10.1126/science.162.3856.857 . ПМИД   17769070 .
  13. ^ Перейти обратно: а б Глейзер, Питер Э. (25 декабря 1973 г.). «Метод и устройство для преобразования солнечного излучения в электрическую энергию» . Патент США 3781647 .
  14. ^ Глейзер, П.Е. , Мейнард, О.Э., Моковчак, Дж., и Ральф, Э.Л., Артур Д. Литтл, Inc., «Технико-экономическое обоснование спутниковой солнечной электростанции», НАСА CR-2357, NTIS N74-17784, февраль 1974 г.
  15. ^ «Программа разработки и оценки концепции спутниковой энергосистемы, июль 1977 г. - август 1980 г. DOE / ET-0034, февраль 1978 г., 62 страницы» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 13 марта 2017 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  16. ^ «Отчет об эталонной системе программы разработки и оценки концепции спутниковой энергосистемы. DOE / ER-0023, октябрь 1978 г. 322» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 13 марта 2017 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  17. ^ Перейти обратно: а б с Заявление Джона К. Мэнкинса. Архивировано 19 апреля 2014 г. в Wayback Machine, Подкомитет Палаты представителей США по космосу и аэронавтике, Комитет по науке, 7 сентября 2000 г.
  18. ^ «Требования к ресурсам спутниковой энергосистемы (SPS) (критические материалы, энергия и земля). HCP/R-4024-02, октябрь 1978 г.» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 декабря 2013 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  19. ^ «Сценарии финансирования и управления спутниковой энергосистемой (SPS). Подготовлено Дж. Питером Вайком. HCP/R-4024-03, октябрь 1978 г., 69 страниц» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 декабря 2013 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  20. ^ «Сценарии финансирования и управления спутниковой энергосистемой (SPS). Подготовлено Гербертом Э. Кирулффом. HCP/R-4024-13, октябрь 1978 г., 66 страниц» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 декабря 2013 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  21. ^ «Общественная приемка спутниковой энергосистемы (SPS). HCP/R-4024-04, октябрь 1978 г., 85 страниц» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 декабря 2013 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  22. ^ «Государственные и местные правила спутниковой энергосистемы (SPS) применительно к средствам приемных микроволновых антенн спутниковой энергосистемы. HCP / R-4024-05, октябрь 1978 г., 92 страницы» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 декабря 2013 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  23. ^ «Участие студентов в области спутниковой энергосистемы (SPS). HCP/R-4024-06, октябрь 1978 г., 97 страниц» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 декабря 2013 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  24. ^ «Потенциал лазера для передачи энергии SPS. HCP/R-4024-07, октябрь 1978 г., 112 страниц» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 декабря 2013 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  25. ^ «Международные соглашения о спутниковых энергосистемах (SPS). Подготовлено Карлом К. Кристолом. HCP-R-4024-08, октябрь 1978 г., 283 страницы» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 декабря 2013 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  26. ^ «Международные соглашения о спутниковых энергосистемах (SPS). Подготовлено Стивеном Гроувом. HCP/R-4024-12, октябрь 1978 г., 86 страниц» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 декабря 2013 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  27. ^ «Централизация/децентрализация спутниковой энергосистемы (SPS). HCP/R-4024-09, октябрь 1978 г., 67 страниц» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 декабря 2013 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  28. ^ «Картирование запретных зон для ректенн спутниковой энергосистемой (SPS). HCP-R-4024-10, октябрь 1978 г., 117 страниц» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 февраля 2014 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  29. ^ «Экономические и демографические проблемы, связанные с развертыванием спутниковой энергосистемы (SPS). ANL/EES-TM-23, октябрь 1978 г., 71 страница» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 декабря 2013 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  30. ^ «Некоторые вопросы и ответы о спутниковой энергосистеме (SPS). DOE/ER-0049/1, январь 1980 г. 47 страниц» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 декабря 2013 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  31. ^ «Лазерные исследования спутниковых энергетических систем (SPS): метеорологическое воздействие на распространение лазерного луча и лазеры с прямой солнечной накачкой для SPS. Отчет подрядчика НАСА 3347, ноябрь 1980 г. 143 страницы» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 декабря 2013 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  32. ^ «Эксперимент по работе с общественностью спутниковой энергосистемы (SPS). DOE / ER-10041-T11, декабрь 1980 г. 67 страниц» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 декабря 2013 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  33. ^ http://www.nss.org/settlement/ssp/library/1981NASASPS-PowerTransmissionAndReception.pdf. Архивировано 8 декабря 2013 г. в Wayback Machine. «Программа разработки и оценки концепции спутниковой энергосистемы: техническое резюме и оценка передачи и приема энергии» Справочная публикация НАСА 1076, июль 1981 г. 281 страница.
  34. ^ «Программа разработки и оценки концепции спутниковой энергосистемы: космический транспорт. Технический меморандум НАСА 58238, ноябрь 1981 г. 260 страниц» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 декабря 2013 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  35. ^ «Спутники на солнечной энергии. Управление оценки технологий, август 1981 г., 297 страниц» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 декабря 2013 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  36. ^ «Свежий взгляд на космическую солнечную энергию: новые архитектуры, концепции и технологии. Джон К. Мэнкинс. Международная астронавтическая федерация IAF-97-R.2.03. 12 страниц» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 26 октября 2017 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
  37. ^ «Доктор Пит Уорден на космическом шоу» . thespaceshow.com. 23 марта 2009 г. Архивировано из оригинала 7 июля 2012 г.
  38. ^ «Китай предлагает Индии сотрудничество в области космоса» . Таймс оф Индия . 02.11.2012. Архивировано из оригинала 23 мая 2013 г.
  39. ^ Разработка космических спутниковых технологий солнечной энергии в Исследовательском центре Гленна — обзор. Джеймс Э. Дуденхофер и Патрик Дж. Джордж, Исследовательский центр Гленна НАСА , Кливленд, Огайо.
  40. ^ «Как Япония планирует построить орбитальную солнечную ферму» . 24 апреля 2014 г.
  41. ^ Перейти обратно: а б Тарантола, Эндрю (12 марта 2015 г.). «Ученые добились успехов в использовании солнечной энергии из космоса» (PDF) . Engadget . Том. 162, нет. 3856. стр. 857–861.
  42. ^ Перейти обратно: а б «Японские ученые-космонавты совершили прорыв в области беспроводной энергетики» . www.thenews.com.pk .
  43. ^ «MHI успешно завершила наземные демонстрационные испытания технологии беспроводной передачи энергии для SSPS» . 12 марта 2015 г. Архивировано из оригинала 15 марта 2015 г. . Проверено 20 марта 2015 г.
  44. ^ Солнечные энергетические спутники . Вашингтон, округ Колумбия: Конгресс США, Управление оценки технологий. Август 1981 г. с. 66. LCCN   81600129 .
  45. ^ Земли Сбор на полюсах может осуществляться 24 часа в сутки, но на полюсах требуются очень небольшие грузы.
  46. ^ «Информация о космической солнечной энергии: безграничная чистая энергия из космоса - NSS» . Проверено 3 мая 2024 г.
  47. ^ «Является ли космическая солнечная энергия нашим будущим? (2024) | GreenMatch» . GreenMatch.co.uk . Проверено 3 мая 2024 г.
  48. ^ Стейтц, Дэвид (19 января 2024 г.). «Исследование НАСА: экологически чистое излучение солнечной энергии из космоса возможно» . Космические новости . Проверено 3 мая 2024 г.
  49. ^ «Обзор космической солнечной энергетики» . esa.int . 08.08.2022 . Проверено 3 апреля 2024 г.
  50. ^ Шен, Г.; Лю, Ю.; Сан, Г.; Чжэн, Т.; Чжоу, X.; Ван, А. (2019). «Подавление уровня боковых лепестков планарной антенной решетки при беспроводной передаче энергии» . Доступ IEEE . 7 : 6958–6970. Бибкод : 2019IEEA...7.6958S . дои : 10.1109/ACCESS.2018.2890436 . ISSN   2169-3536 .
  51. ^ Ван, Вэнь-Цинь (2019). «Ретронаправленная частотно-разнесенная фокусировка массива для беспроводной передачи информации и энергии». Журнал IEEE по избранным областям коммуникаций . 37 (1): 61–73. дои : 10.1109/JSAC.2018.2872360 . ISSN   0733-8716 . S2CID   56594774 .
  52. ^ Синохара, Наоки (июнь 2013 г.). «Технологии управления лучом с помощью высокоэффективной фазированной решетки для передачи микроволновой энергии в Японии» . Труды IEEE . 101 (6): 1448–1463. дои : 10.1109/JPROC.2013.2253062 . hdl : 2433/174333 . S2CID   9091936 .
  53. ^ Фартукзаде, Махди (7 марта 2019 г.). «О зависимости диаграммы направленности диаграммы направленности, создаваемой произвольными антенными решетками, от временного диапазона: дискуссии о необоснованных ожиданиях от частотно-разнесенных решеток». arXiv : 1903.03508 [ physical.class-ph ]. Бибкод : 2019arXiv190303508F
  54. ^ В космосе панели подвергаются быстрой эрозии из-за частиц высокой энергии, «Деградация солнечных панелей». Архивировано 29 сентября 2011 г. на Wayback Machine , тогда как на Земле коммерческие панели деградируют со скоростью около 0,25% в год. «Тестирование фотоэлектрического модуля тридцатилетней давности»
  55. ^ «Некоторые из наиболее экологически опасных видов деятельности в космосе включают [...] крупные конструкции, подобные тем, которые в конце 1970-х годов считались предназначенными для строительства солнечных электростанций на околоземной орбите. «Синдром Кесслера (как обсуждал Дональд Дж. Кесслер)» ". Проверено 26 мая 2010 г.
  56. ^ Мацумото, Хироши (2009). «Космический спутник/станция солнечной энергии и политика» (PDF) . EMC'09/Киото . Архивировано из оригинала (PDF) 8 августа 2019 года . Проверено 7 августа 2021 г.
  57. ^ «Илон Маск о SpaceX, Tesla и многом другом» . Популярная механика . 04.10.2012 . Проверено 15 июня 2023 г.
  58. ^ Лебедь, Филип (2019). «Технология беспроводной передачи электроэнергии на расстоянии – стратегия содействия развитию экосистемы» . Семинар IEEE PELS 2019 по новым технологиям: беспроводная передача энергии (WoW) . IEEE. стр. 99–104. дои : 10.1109/WoW45936.2019.9030683 . ISBN  978-1-5386-7514-4 . S2CID   212703930 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )
  59. ^ Золенский, Михаил; Блэнд, Фил; Браун, Питер; Холлидей, Ян (01 июля 2006 г.), «Поток внеземных материалов» , Метеориты и ранняя Солнечная система II , University of Arizona Press, стр. 869–888, doi : 10.2307/j.ctv1v7zdmm.46 , получено в 2023 г. 06-15
  60. ^ «Новое исследование НАСА по космической солнечной энергии - НАСА» . 11 января 2024 г. Проверено 6 мая 2024 г.
  61. ^ Катон г-н, Джеффри Л. (04 января 2015 г.). «Космическая солнечная энергия: техническая, экономическая и эксплуатационная оценка» . Военный колледж армии США .
  62. ^ Дикенсон, Р.М. (1 сентября 1975 г.). Оценка микроволновой решетки приема-преобразования высокой мощности для беспроводной передачи энергии (Технический меморандум JPL 33-741) . Лаборатория реактивного движения НАСА. стр. 8–24 . Проверено 2 июня 2019 г. Из-за небольшого размера решетки по сравнению с трубчатым лучом антенны диаметром 26 м только около 11,3% выходного сигнала передатчика клистрона попадает на решетку (см. рис. 12) и, таким образом, доступно для сбора и преобразования в постоянный ток. выход.
  63. ^ Перейти обратно: а б Браун, WC (1984). «История передачи энергии радиоволнами». Транзакции IEEE по теории и технике микроволнового излучения . 32 (9): 1230–1242. Бибкод : 1984ITMTT..32.1230B . дои : 10.1109/TMTT.1984.1132833 . S2CID   73648082 .
  64. ^ «Беспроводная передача энергии мощностью 34 кВт на расстояние 1 мили с эффективностью 82,5%, Голдстоун, 1975 г.» . 13 марта 2008 г. Архивировано из оригинала 19 декабря 2021 г. - на YouTube.
  65. ^ «Беспроводная передача энергии для спутника солнечной энергии (SPS) (второй проект Н. Шинохары), Семинар по космической солнечной энергии, Технологический институт Джорджии» (PDF) .
  66. ^ БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕВОЗКА ЭНЕРГИИ «ТОЧКА-ТОЧКА» НА ОСТРОВЕ РЕЮНИОН. Архивировано 23 октября 2005 г. на 48-м Международном астронавтическом конгрессе Wayback Machine , Турин, Италия, 6–10 октября 1997 г. - IAF-97-R.4.08 JD Lan Sun Luk, A. Селеста, П. Романачче, Л. Чейн Куанг Санг, Ж.К. Гатина – Университет Реюньона – Факультет науки и технологий.
  67. ^ БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕВОЗКА ЭНЕРГИИ «ТОЧКА-ТОЧКА» НА ГАВАИ. Архивировано 20 июня 2010 г. в Wayback Machine .
  68. ↑ Исследователи излучают «космическую» солнечную энергию на Гавайях , автор Лоретта Идальго, 12 сентября 2008 г.
  69. ^ «2010 АПС/УРСИ» . 26 июля 2009 г. Архивировано из оригинала 26 июля 2009 г.
  70. ^ Сасаки, Сусуму; Танака, Кодзи; Маки, Кен-Ичиро (2013). «Технологии передачи микроволновой энергии для спутников солнечной энергии». Труды IEEE . 101 (6): 1438. doi : 10.1109/JPROC.2013.2246851 . S2CID   23479022 .
  71. ^ Масса, Андреа; Оливери, Джакомо; Виани, Федерико; Рокка, Паоло (2013). «Проектирование массивов для беспроводной передачи энергии на большие расстояния: современные и инновационные решения». Труды IEEE . 101 (6): 1464. doi : 10.1109/JPROC.2013.2245491 . S2CID   2990114 .
  72. ^ Участие Гленна в лазерном излучении - обзор. Архивировано 17 ноября 2006 г. в Wayback Machine Исследовательский центр Гленна НАСА.
  73. ^ «Космическая солнечная энергетика» . Energy.gov.ru . Проверено 12 марта 2024 г.
  74. ^ Коэн, Ариэль. «Как космические лазеры вскоре смогут излучать чистую энергию на Землю» . Форбс . Проверено 3 мая 2024 г.
  75. ^ Комерат, Нью-Мексико; Бехлер, Н. (октябрь 2006 г.). Космическая энергетическая сеть . Валенсия, Испания: 57-й Конгресс Международной астронавтической федерации. МАК-С3.4.06.
  76. ^ «CommSpacTransSec38.html» . www.hq.nasa.gov .
  77. ^ Мэнкинс, Джон. «SPS-АЛЬФА: первый практический спутник на солнечной энергии с фазированной решеткой произвольного размера» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 23 мая 2013 года . Проверено 24 апреля 2014 г.
  78. ^ «Мастерская второй лучевой космической энергетики» (PDF) . НАСА. 1989. стр. рядом со страницей 290. Архивировано из оригинала (PDF) 2 апреля 2012 г. Проверено 8 ноября 2011 г.
  79. ^ Генри В. Брандхорст-младший (27 октября 2010 г.). «Варианты излучения лунной энергии» (PDF) . Брандхорст . Группа ФИСО. Архивировано из оригинала (PDF) 9 декабря 2013 года . Проверено 5 января 2012 г.
  80. ^ «Космическая солнечная энергетика» . Energy.gov.ru .
  81. ^ «Солнечная энергия и хранение энергии для планетарных миссий» (PDF) . 25 августа 2015 г.
  82. ^ «Обоснование развития солнечной энергетики в космосе» . Август 2003 года . Проверено 14 марта 2006 г.
  83. ^ «2006_program_update» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 10 января 2007 г.
  84. ^ О'Нил, Джерард К. , «Высокий рубеж, человеческие колонии в космосе», ISBN   0-688-03133-1 , стр.57
  85. ^ «Колонизация космоса – стиль 70-х!» . 11 декабря 2009 г. Архивировано из оригинала 19 декабря 2021 г. - на YouTube.
  86. ^ Подразделение General Dynamics Convair (1979). Использование лунных ресурсов для космического строительства (PDF) . GDC-ASP79-001.
  87. ^ О'Нил, Джерард К .; Дриггерс, Г.; О'Лири, Б. (1980). «Новые пути производства в космосе». Космонавтика и воздухоплавание . 18 : 46–51. Бибкод : 1980AsAer..18...46G . Описаны несколько сценариев развития промышленности в космосе. Один из сценариев предполагает, что производственное предприятие с экипажем из трех человек полностью находится на поверхности Луны. Другой сценарий предполагает создание полностью автоматизированного производственного предприятия с дистанционным контролем с Земли и возможностью периодических посещений ремонтными бригадами. Третий случай касается пилотируемой установки на Луне для управления ракетой-носителем для транспортировки лунных материалов в точку сбора в космосе и для воспроизведения двигателей массы.
  88. ^ Пирсон, Джером; Юджин Левин, Джон Олдсон и Гарри Вайкс (2005). Заключительный технический отчет о лунных космических лифтах для фазы I развития окололунного космоса (PDF) .
  89. ^ «UH Mobile - Космические центры UH Target: следующие 50 лет исследований» .
  90. ^ «Крисвелл - Публикации и рефераты» . Архивировано из оригинала 22 июня 2010 г.
  91. ^ Дэвид Вармфлэш (29 марта 2017 г.). «Излучение солнечной энергии с Луны может решить энергетический кризис Земли» . Проводная Великобритания . Конде Наст . Проверено 27 февраля 2018 г.
  92. ^ «Производство лунных солнечных элементов» (PDF) . www.cam.uh.edu . Архивировано из оригинала (PDF) 22 июня 2010 года . Проверено 12 января 2022 г.
  93. ^ ДЭВИД Р. КРИСВЕЛ. ЛУННАЯ СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГОСИСТЕМА: ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, РАЗРАБОТКИ И ДЕМОНСТРАЦИЯ (PDF) . 18-й Конгресс, Буэнос-Айрес, октябрь 2001 г. Мировой энергетический совет. Архивировано из оригинала (PDF) 26 марта 2012 года . Проверено 12 января 2022 г. - через www.moonbase-italia.org.
  94. ^ «Концепция Лунного Кольца» . Виртуальный институт исследований солнечной системы .
  95. ^ «Лунная солнечная энергия, «ЛУННОЕ КОЛЬЦО», концепция и технология» (PDF) . Японско-американская программа по науке, технологиям и космическим приложениям. 2009. Архивировано из оригинала (PDF) 8 декабря 2013 г.
  96. ^ Космические ресурсы, НАСА SP-509, Том 1.
  97. ^ «Извлечение астероидных материалов» . Архивировано из оригинала 31 мая 2010 г.
  98. ^ Стивен Д. Кови (май 2011 г.). «Технологии вывода астероидов на околоземную орбиту» . Архивировано из оригинала 12 декабря 2011 г. Проверено 29 января 2012 г.
  99. ^ Хэнли., GM. . «Исследование определения концепции спутниковых энергетических систем (SPS)» (PDF) . НАСА CR 3317, сентябрь 1980 г.
  100. ^ Интерпретация стандартов общепромышленного радиочастотного и микроволнового излучения (29 CFR 1910) 1910 г., подраздел G, Гигиена труда и контроль окружающей среды 1910.97, Неионизирующее излучение.
  101. ^ Чжи, Вэй-Цзя; Ван, Ли-Фэн; Ху, Сян-Цзюнь (2017). «Последние достижения в области воздействия микроволнового излучения на мозг» . Военно-медицинские исследования . 4 (1): 29. дои : 10.1186/s40779-017-0139-0 . ISSN   2054-9369 . ПМК   5607572 . ПМИД   29502514 .
  102. ^ «Центр оборонно-технической информации» . apps.dtic.mil . Проверено 31 марта 2024 г.
  103. ^ 2081 Обнадеживающий взгляд на будущее человечества, Джерард К. О'Нил , ISBN   0-671-24257-1 , стр. 182-183.
  104. ^ «Исследование морской ректенны спутника солнечной энергии» (PDF) . Заключительный отчет Университета Райса . 1980. Бибкод : 1980ruht.reptT.....
  105. ^ Фриман, Дж.В.; и др. (1980). «Осуществимость морской ректенны». В НАСА, Вашингтон, завершается окончательный процесс. Спутниковой программы солнечной энергии, Ред. P 348-351 (СМ. N82-22676 13-44) : 348. Бибкод : 1980spsp.nasa..348F . hdl : 2060/19820014867 .
  106. ^ Гупта, С.; Фуско, В.Ф. (1997). «Активный антенный приемник с автоматическим управлением лучом». Дайджест Международного симпозиума по микроволновому оборудованию IEEE MTT-S, 1997 г. Том. 2. С. 599–602. дои : 10.1109/MWSYM.1997.602864 . ISBN  978-0-7803-3814-2 . S2CID   21796252 .
  107. ^ "Причина" . Гудриддс . Проверено 29 февраля 2024 г.
  108. ^ «Введение в исследование: О ССПС» . ДЖАКСА . Проверено 25 ноября 2022 г.
  109. ^ «Разгораются споры по поводу космических планов солнечной энергетики» . Space.com . 2 декабря 2009 г.
  110. ^ Презентация соответствующей технической информации с диаграммами: http://www.spacefuture.com/archive/conceptual_study_of_a_solar_power_satellite_sps_2000.shtml.
  111. ^ «История исследований по СПС» . Архивировано из оригинала 22 октября 2012 г.
  112. ^ «Технико-экономическое обоснование архитектуры этапа 0 промежуточной оценки космического управления национальной безопасности, 10 октября 2007 г.» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 25 октября 2007 года . Проверено 20 октября 2007 г.
  113. ^ «И снова аргументы в пользу космической солнечной энергии» . thespacereview.com. 28 ноября 2011 г.
  114. ^ Производство земной энергии на основе космической солнечной энергии: реальная концепция или фантазия? Дата: 14–16 мая 2007 г.; Местонахождение: Массачусетский технологический институт, Кембридж, Массачусетс
  115. ^ Список специальной сессии , Международный симпозиум IEEE по антеннам и распространению радиоволн, 20 апреля 2010 г.
  116. ^ Мридул Чадха (10 ноября 2010 г.), США и Индия запускают космическую инициативу по солнечной энергии , архивировано из оригинала 31 июля 2012 г.
  117. ^ «Небу нет предела: солнечная энергия космического базирования, следующий важный шаг в стратегическом партнерстве между Индией и США? | Институт оборонных исследований и анализа» . www.idsa.in. ​Проверено 21 мая 2016 г.
  118. ^ PTI (2 ноября 2012 г.), «США и Китай предлагают Индии космическое сотрудничество» , The Times of India , заархивировано из оригинала 23 мая 2013 г.
  119. ^ «Освоение пространства Земля-Луна: амбиции Китая после космической станции» . Информационное агентство Синьхуа . Архивировано из оригинала 8 марта 2016 года . Проверено 21 мая 2016 г.
  120. ^ Ларсон, Эрик Дж.Л.; Портманн, Роберт В.; Розенлоф, Карен Х.; Фэйи, Дэвид В.; Дэниел, Джон С.; Росс, Мартин Н. (2017). «Глобальная реакция атмосферы на выбросы предлагаемой многоразовой системы космического запуска» . Будущее Земли . 5 (1): 37–48. Бибкод : 2017EaFut...5...37L . дои : 10.1002/2016EF000399 .
  121. ^ «Энергетическая орбита» . 6-й симпозиум по космической солнечной энергетике (SSPS) (онлайн) . 4 декабря 2020 г.
  122. ^ «Спутниковая система беспроводной передачи энергии для небольшой космической солнечной электростанции» . 26-я сессия Азиатско-Тихоокеанского регионального форума космических агентств (APRSAF-26) . 26 ноября 2019 г.
  123. ^ «Военно-морская исследовательская лаборатория проводит первые испытания спутникового оборудования на солнечной энергии на орбите» . www.navy.mil (пресс-релиз). Связи с общественностью Лаборатории военно-морских исследований США. 18 мая 2020 г. Архивировано из оригинала 19 мая 2020 г. Проверено 19 мая 2020 г.
  124. ^ «КОСМИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ЭНЕРГИИ – Исследовательская лаборатория ВВС» . Архивировано из оригинала 28 апреля 2021 г. Проверено 28 апреля 2021 г.
  125. ^ Дэвид, Леонард (8 апреля 2021 г.). «Космическая солнечная энергия проходит ключевые испытания на борту загадочного космического самолета X-37B американских военных» . Space.com .
  126. ^ «Великобритания запустит первую электростанцию ​​в КОСМОСЕ – безграничная зеленая энергия для разрыва международных связей» . Инициатива по космической энергетике . 21 марта 2022 г. Проверено 18 апреля 2022 г.
  127. ^ Фауст, Джефф (19 августа 2022 г.). «ЕКА запросит финансирование для исследования солнечной энергии в космосе» . Космические новости . Проверено 29 октября 2023 г.
  128. ^ Кеннеди, Роберт Г.; Рой, Кеннет И.; Филдс, Дэвид Э. (2013). «Точки Дайсона: изменение солнечной постоянной на переменную с помощью фотоэлектрических световых парусов». Акта Астронавтика . 82 (2): 225–37. Бибкод : 2013AcAau..82..225K . дои : 10.1016/j.actaastro.2012.10.022 .
  129. ^ «Лунная солнечная энергия» . Архивировано из оригинала 26 мая 2016 г. Проверено 23 мая 2016 г.
  130. ^ Ройс Джонс. «Космическая транспортная система лучевой энергии для колонизации ближнего космоса» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 10 июня 2016 г. Проверено 22 мая 2016 г.
  131. ^ http://www.sspi.gatech.edu/welsom_isdc_reed.pdf Предложение Кевина Рида QGSO (слайд 25)
  132. ^ «Космическое будущее – SPS 2000 – демонстратор SPS» .
  133. ^ Комерат, Нараянан. «Космическая энергетическая сеть: синергия между политикой космоса, энергетики и безопасности» (PDF) . Технологический институт Джорджии . Проверено 4 декабря 2022 г.
  134. ^ Льюис М. Фраас. Самонаводящиеся зеркальные спутники для получения солнечной энергии из космоса (PDF) . Семинар SSP, Орландо, Флорида, декабрь 2015 г. Архивировано из оригинала (PDF) 1 июля 2016 г. Проверено 23 мая 2016 г.
  135. ^ Силберг, Боб (6 апреля 2016 г.). «Смогут ли орбитальные ковры-самолеты осветить мир?» . НАСА.
  136. ^ «Космическая борьба со штормами» . 17 апреля 2009 г.
  137. ^ Бэ, Янг (2007), «Полет с формированием фотонного привязи (PTFF) для распределенных и фракционированных космических архитектур» , Конференция и выставка AIAA SPACE 2007 , Американский институт аэронавтики и астронавтики, doi : 10.2514/6.2007-6084 , ISBN  978-1-62410-016-1 , получено 10 мая 2022 г.
  138. ^ Фридман, Д. Клинт (май 2009 г.). «Прикрепление электромагнитных (ЭМ) волн к нитям лазерной плазмы» (PDF) .
  139. ^ Цорцакис, Стелиос; Куайрон, Арно (26 февраля 2014 г.). «Волновод из горячего воздуха» . Физика . 7 : 21. Бибкод : 2014PhyOJ...7...21C . дои : 10.1103/Физика.7.21 .
  140. ^ «События - «Долгоживущий атмосферный волновод в следе за лазерными нитями» » . phys.technion.ac.il . Архивировано из оригинала 16 февраля 2017 г.
  141. ^ Концепции воспроизводящихся систем: Самовоспроизводящаяся лунная фабрика и демонстрация (Отчет). НАСА. 1 ноября 1982 года . Проверено 31 января 2023 г.
  142. ^ Льюис-Вебер, Джастин (2016). «Самовоспроизводящаяся солнечная фабрика на Луне». Новое пространство . 4 (1): 53–62. Бибкод : 2016НовыйСп...4...53Л . дои : 10.1089/space.2015.0041 .
  143. ^ «АРТЕМИС Инновация» .
  144. ^ «NASA.gov» (PDF) .
  145. ^ «Tethers Unlimited. Аддитивное производство и сборка SpiderFab на орбите» . Архивировано из оригинала 19 мая 2016 г. Проверено 23 мая 2016 г.
  146. ^ Джордж Сауэрс (15 декабря 2015 г.). «Транспортная архитектура окололунного космоса» (PDF) . Объединенный стартовый альянс. Архивировано из оригинала (PDF) 7 мая 2016 г. Проверено 23 мая 2016 г.
  147. ^ «Стартрам — Проект Стартрам» . Стартрам .
  148. ^ Паркин, Кевин Л.Г. (2006). Микроволновой тепловой двигатель и его применение к задаче запуска (доктор философии). Калифорнийский технологический институт. дои : 10.7907/T337-T709 .
  149. ^ Бова, Бен (31 октября 2006 г.). Пауэрсат . Макмиллан. ISBN  0765348179 .
  150. ^ https://www.youtube.com/watch?v=nEjPLHmFAM8 Просто подожди
  151. ^ https://www.youtube.com/watch?v=NQxfJzl2jkg Следующие 100 лет
  152. ^ https://www.youtube.com/watch?v=uxftPmpt7aA СНГ-Луна 1000
[ редактировать ]

Видео

[ редактировать ]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Space-based_solar_power&oldid=1237722805"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 6f4de33987465f2fae6209b03c00864d__1722391380
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/6f/4d/6f4de33987465f2fae6209b03c00864d.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Space-based solar power - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)