Космический зонтик
Космический солнцезащитный козырек или солнцезащитный козырек — это зонтик , который отклоняет или иным образом уменьшает часть солнечного излучения, предотвращая его попадание на космический корабль или планету и тем самым уменьшая его инсоляцию , что приводит к снижению нагрева. Свет можно отклонить разными способами. Идея создания солнцезащитного козырька как метода климатической инженерии возникла в 1923, 1929, 1957 и 1978 годах физиком Германом Обертом . [1] [2] [3] [4] Космические зеркала на орбите вокруг Земли диаметром от 100 до 300 км по конструкции Германа Оберта предназначены для фокусировки солнечного света на отдельных участках поверхности Земли или отклонения его в космос с целью ослабления солнечного излучения в специально контролируемом пространстве. характерно для отдельных регионов земной поверхности. Другая концепция космического солнцезащитного козырька, впервые предложенная в 1989 году, предполагает размещение большого затемняющего диска или технологии аналогичного назначения между Землей и Солнцем.
Солнцезащитный козырек представляет особый интерес как метод климатической инженерии для смягчения глобального потепления посредством управления солнечной радиацией . Повышенный интерес к таким проектам отражает обеспокоенность тем, что согласованное на международном уровне сокращение выбросов углекислого газа может оказаться недостаточным для сдерживания изменения климата. [5] [6] Зонты от солнца также могут быть использованы для производства солнечной энергии в космосе , действуя как спутники солнечной энергии . Предлагаемые конструкции абажуров включают в себя цельный абажур и абажур, состоящий из множества мелких предметов. L1 Солнца-Земли Большинство таких предложений предполагают наличие блокирующего элемента в точке Лагранжа .
Современные предложения основаны на некоторой форме распределенного солнцезащитного козырька, состоящего из легких прозрачных элементов или надувных «космических пузырей», изготовленных в космосе для снижения стоимости запуска массивных объектов в космос. [7] [8]
Конструкции планетарного солнцезащитного козырька
[ редактировать ]Облако небольших космических кораблей
[ редактировать ]Один предложенный солнцезащитный козырек будет состоять из 16 триллионов маленьких дисков в точке Лагранжа Солнце-Земля L1 , в 1,5 миллионах километров от Земли и между ней и Солнцем. Предполагается, что каждый диск будет иметь диаметр 0,6 метра и толщину около 5 микрометров. Масса каждого диска составит около грамма, что в сумме составит почти 20 миллионов тонн. [9] Такой группы небольших зонтиков, которые блокируют 2% солнечного света, отклоняя его в космос, было бы достаточно, чтобы остановить глобальное потепление. [10] Если бы 100 тонн дисков запускались на низкую околоземную орбиту каждый день, для запуска их всех потребовалось бы 550 лет.
Предполагается, что отдельные автономные флаеры, образующие облако солнцезащитных зонтов, не отражают солнечный свет, а представляют собой прозрачные линзы, слегка отклоняющие свет, чтобы он не падал на Землю. Это сводит к минимуму влияние давления солнечной радиации на блоки, требуя меньше усилий для удержания их на месте в точке L1. Оптический прототип был построен Роджером Энджелом при финансовой поддержке NIAC . [11]
Остающееся солнечное давление и тот факт, что точка L1 находится в состоянии неустойчивого равновесия , которое легко нарушается колебанием Земли из-за гравитационного воздействия Луны, требует, чтобы небольшие автономные летательные аппараты были способны маневрировать, чтобы удерживать позицию. Предлагаемое решение — разместить на поверхности флаеров вращающиеся зеркала. Используя давление солнечного излучения на зеркала как солнечные паруса и наклоняя их в нужном направлении, летательный аппарат сможет изменять свою скорость и направление, чтобы оставаться на месте. [12]
Такая группа солнцезащитных козырьков должна была бы занять площадь около 3,8 миллиона квадратных километров, если бы ее разместили в точке L1. [12] (см. другие оценки меньшего размера диска ниже).
Потребуются годы, чтобы вывести на орбиту достаточное количество дисков , чтобы добиться какого-либо эффекта. Это означает длительное время выполнения . Роджер Энджел из Университета Аризоны [9] представил идею солнцезащитного козырька в Национальной академии наук США в апреле 2006 года и в июле 2006 года выиграл грант Института перспективных концепций НАСА для дальнейших исследований. По оценкам, создание этого солнцезащитного козырька в космосе обойдется в более чем 130 миллиардов долларов США в течение 20 лет. с расчетным сроком службы 50-100 лет. [13] Таким образом, профессор Энджел пришел к выводу, что «защита от солнца не является заменой развития возобновляемой энергии , единственного постоянного решения. Подобный огромный уровень технологических инноваций и финансовых инвестиций может гарантировать это. Но если планета попадет в резкий климатический кризис , который может только быть исправлено охлаждением, было бы хорошо иметь наготове некоторые уже разработанные решения по затенению». [12] [14]
Легковесные решения и «Космические пузыри»
[ редактировать ]Более поздняя конструкция была предложена Оливией Борге и Андреасом М. Хайном в 2022 году: распределенный солнцезащитный козырек массой порядка 100 000 тонн, состоящий из ультратонких полимерных пленок и нанотрубок SiO2. [7] По оценкам автора, для запуска такой массы потребуется 399 запусков таких аппаратов, как SpaceX Starship, в год в течение 10 лет. [7]
Концепция 2022 года, разработанная MIT Senseable City Lab, предлагает использовать тонкопленочные структуры («космические пузыри»), изготовленные в космосе, для решения проблемы вывода необходимой массы в космос. [15] Ученые Массачусетского технологического института во главе с Карло Ратти полагают, что отклонение 1,8 процента солнечной радиации может полностью обратить вспять изменение климата. Полный набор надувных пузырей будет размером примерно с Бразилию и будет включать в себя систему управления, позволяющую регулировать расстояние от Солнца и оптимизировать его эффекты. [16] Оболочка тонкопленочных пузырьков будет изготовлена из кремния , испытанного в условиях космического пространства при давлении 0,0028 атм и температуре -50 градусов по Цельсию. [16] Они планируют исследовать материалы с низким давлением пара для быстрого надувания пузырьков, такие как расплав на основе кремния или ионная жидкость, армированная графеном. [16]
Одна линза Френеля
[ редактировать ]
Некоторые авторы предложили рассеивать свет до того, как он достигнет Земли, поместив в космос очень большую линзу, возможно, в точку L1 между Землей и Солнцем. Этот план был предложен в 1989 году Дж. Т. Эрли. [17] Его замысел заключался в изготовлении большого стеклянного оккультиста (2000 км) из лунного материала и его размещении в точке L1. Проблемы включали большое количество материала, необходимого для изготовления диска, а также энергию для запуска его на орбиту. [6]
В 2004 году физик и писатель-фантаст Грегори Бенфорд подсчитал, что вогнутая вращающаяся линза Френеля диаметром 1000 километров и толщиной всего несколько миллиметров, плавающая в космосе в точке L 1 , уменьшит количество солнечной энергии, достигающей Земли, примерно на 0,5% до 1%. [18]
Стоимость такого объектива оспаривается. На съезде научной фантастики в 2004 году Бенфорд подсчитал, что долларов США , а также еще 10 миллиардов долларов на вспомогательные расходы в течение всего срока его службы. стоимость проекта составит около 10 миллиардов первоначальная [18]
Одна дифракционная решетка
[ редактировать ]Подобный подход предполагает размещение в космосе очень большой дифракционной решетки (тонкой проволочной сетки), возможно, в точке L1 между Землей и Солнцем. Предложение о дифракционной сетке массой 3000 тонн было сделано в 1997 году Эдвардом Теллером , Лоуэллом Вудом и Родериком Хайдом . [19] хотя в 2002 году те же авторы выступали за блокирование солнечной радиации в стратосфере, а не на орбите, учитывая современные на тот момент технологии космических запусков. [20]
Другие оценки размера нижнего диска
Недавняя работа Файнберга (2022 г.) [21] показывают, что меньшие размеры площади диска (уменьшение примерно в 3,5 раза) возможны, если учитывать фоновую реакцию климата. Например, фоновый климат Земли приведет к меньшему повторному излучению и обратной связи. Кроме того, размеры площади диска можно дополнительно уменьшить в 50 раз, используя подход ежегодной солнечной геоинженерии, как указано Фейнбергом (2024). [22]
Зонты космического корабля
[ редактировать ]( Инфракрасный телескоп космического телескопа Джеймса Уэбба JWST) имеет многослойный солнцезащитный козырек, защищающий телескоп от холода.
Для космических кораблей, приближающихся к Солнцу, солнцезащитный козырек обычно называют тепловым экраном. Известные космические корабли [конструкции] с теплозащитными экранами включают:
- Messenger , запущенный в 2004 году, вращался вокруг Меркурия до 2015 года, имел солнцезащитный козырек из керамической ткани.
- Parker Solar Probe (ранее Solar Probe Plus), выпущен в 2018 г. (углеродный, углеродный пенопласт, углеродный сэндвич-теплозащитный экран)
- Solar Orbiter , запущен в феврале 2020 года.
- BepiColombo на орбите Меркурия с оптическими солнечными отражателями (действующими как солнцезащитный козырек) на компоненте планетарного орбитального аппарата.
См. также
[ редактировать ]
- Солнечный парус - метод космического движения с использованием солнечного излучения.
- Космическое зеркало (геоинженерия) - искусственные спутники, предназначенные для изменения количества солнечной радиации, воздействующей на Землю.
- Солнечная энергия космического базирования - концепция сбора солнечной энергии в космическом пространстве и ее распределения на Землю.
- Тепловой контроль космического корабля - процесс поддержания всех частей космического корабля в допустимых диапазонах температур.
- Starshade – предлагаемые оккультные
- Sunshield (JWST) — основная система охлаждения инфракрасной обсерватории.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Оберт, Герман (1984) [1923]. Ракета в планетарные просторы (на немецком языке). Михаэльс Верлаг Германия. стр. 87–88.
- ^ Оберт, Герман (1970) [1929]. способы космического полета . НАСА. стр. 481–506 . Проверено 21 декабря 2017 г. - через archive.org.
- ^ Оберт, Герман (1957). Люди в космосе (на немецком языке). Экон Дюссельдорф Германия. стр. 125–182.
- ^ Оберт, Герман (1978). Космическое зеркало (на немецком языке). Критерий Бухарест.
- ^ Хикман, Джон (2018). «Политическая экономия планетарного зонтика». Астрополитика . 16 (1): 49–58. Бибкод : 2018AstPo..16...49H . дои : 10.1080/14777622.2018.1436360 . S2CID 148608737 .
- ^ Jump up to: а б Горветт, Зария (26 апреля 2016 г.). «Как гигантский космический зонтик может остановить глобальное потепление» . Би-би-си . Архивировано из оригинала 20 декабря 2016 года . Проверено 7 декабря 2016 г.
- ^ Jump up to: а б с Борг, Оливия; Хейн, Андреас М. (2022). «Прозрачные оккультисты: солнцезащитный козырек с почти нулевым радиационным давлением, способствующий смягчению последствий изменения климата» . Акта Астронавтика . 203 (в печати): 308–318. дои : 10.1016/j.actaastro.2022.12.006 . S2CID 254479656 .
- ^ «Космические пузыри могут быть дикой идеей, которая нам нужна для отражения солнечной радиации» . Популярная механика . 7 июля 2022 г. Проверено 23 мая 2023 г.
- ^ Jump up to: а б «Космический солнцезащитный козырек может оказаться целесообразным в случае чрезвычайной ситуации с глобальным потеплением» . ЭврекАлерт . 3 ноября 2006 г. Архивировано из оригинала 23 октября 2020 г. Проверено 11 ноября 2010 г.
- ^ «Глобальный зонт» . Новости Би-би-си . 19 февраля 2007 года. Архивировано из оригинала 1 марта 2007 года . Проверено 11 ноября 2010 г.
- ^ Тненбаум, Дэвид (23 апреля 2007 г.). «Пироги в небе: решение проблемы глобального потепления» . Журнал «Астробиология» . Архивировано из оригинала 2 февраля 2016 года . Проверено 14 ноября 2010 г.
- ^ Jump up to: а б с Ангел, Роджер (18 сентября 2006 г.). «Возможность охлаждения Земли облаком малых космических аппаратов вблизи внутренней точки Лагранжа (L1)» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (46). ПНАС: 17184–9. Бибкод : 2006PNAS..10317184A . дои : 10.1073/pnas.0608163103 . ПМК 1859907 . ПМИД 17085589 .
- ^ Конечный, Павел (6 декабря 2018 г.). «Нам нужен SpaceX BFR не только для того, чтобы доставить нас на Марс, но и для спасения ЗЕМЛИ от глобального потепления» . Середина. Архивировано из оригинала 22 ноября 2021 года . Проверено 11 марта 2019 г.
- ^ «Космический солнцезащитный козырек может быть возможен в условиях чрезвычайной ситуации с глобальным потеплением» (пресс-релиз). Университет Аризоны. 6 ноября 2006 г. Архивировано из оригинала 16 марта 2010 г. . Проверено 29 апреля 2009 г.
- ^ «Космические пузыри» . Лаборатория MIT Senseable City . Проверено 24 мая 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с «Космические пузыри могут быть дикой идеей, которая нам нужна для отражения солнечной радиации» . Популярная механика . 7 июля 2022 г. Проверено 23 мая 2023 г.
- ^ Дж. Т. Эрли (1989), «Космический солнечный щит для компенсации парникового эффекта», Журнал Британского межпланетного общества , том. 42, стр. 567–569, Бибкод : 1989JBIS...42..567E . Это предложение также обсуждается в сноске 23 документа. Эдвард Теллер; Родерик Хайд и Лоуэлл Вуд (1997), Глобальное потепление и ледниковые периоды: перспективы физической модуляции глобальных изменений (PDF) , Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, заархивировано (PDF) из оригинала 27 января 2016 г. , получено 30 октября 2010 г.
- ^ Jump up to: а б См. Рассел Дови, «Суперзлодеи: астроинжиниринг, глобальное потепление» , архивировано 4 августа 2012 г. на archive.today , и Билл Кристенсен, «Уменьшение глобального потепления путем блокировки солнечного света», архивировано 17 апреля 2009 г., в Wayback Machine .
- ^ Эдвард Теллер; Родерик Хайд и Лоуэлл Вуд (1997), Глобальное потепление и ледниковые периоды: перспективы физической модуляции глобальных изменений (PDF) , Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, заархивировано (PDF) из оригинала 27 января 2016 г. , получено 30 октября 2010 г. См., в частности, страницы 10–14.
- ^ Эдвард Теллер, Родерик Хайд и Лоуэлл Вуд (2002), Активная стабилизация климата: практические физические подходы к предотвращению изменения климата (PDF) , Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, заархивировано (PDF) из оригинала 13 мая 2009 г. , получено 30 октября. 2010 год
- ^ Фейнберг, Алек (2022). «Солнечное геоинженерное моделирование и применение для смягчения глобального потепления: оценка ключевых параметров и влияния городского острова тепла» . Границы климата . 4 . дои : 10.3389/fclim.2022.870071 . ISSN 2624-9553 .
- ^ Файнберг, Алек (февраль 2024 г.). «Ежегодная солнечная геоинженерия: смягчение ежегодного усиления глобального потепления» . Климат . 12 (2): 26. дои : 10.3390/cli12020026 . ISSN 2225-1154 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Марчис, Франк; Санчес, Жоан-Пау; Макиннес, Колин Р. (2015). «Оптимальные конфигурации солнцезащитных козырьков для космической геоинженерии вблизи точки L1 Солнце-Земля» . ПЛОС ОДИН . 10 (8): e0136648. Бибкод : 2015PLoSO..1036648S . дои : 10.1371/journal.pone.0136648 . ISSN 1932-6203 . ПМЦ 4550401 . ПМИД 26309047 .