Космическое зеркало (климатическая инженерия)
Космические зеркала - это спутники, которые предназначены для изменения количества солнечного излучения, которое влияет на Землю как форму климат -инженерии . Концепция была впервые теоретизирована в 1923 году физиком Германом Обертом [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] и позже разработал в 1980 -х годах другими учеными. [ 5 ] Космические зеркала могут использоваться для увеличения или уменьшения количества солнечной энергии, которая достигает определенной точки земли для различных целей. Они были теоретизированы как метод солнечной геоинженерии , создавая космический солнечный шад , чтобы отклонить солнечный свет и противостоять глобальному потеплению . [ 5 ] [ 6 ]
Было несколько предлагаемых реализаций концепции космического зеркала, но до сих пор не было реализовано, кроме проекта Znamya , из -за материально -технических проблем и проблем развертывания. [ 5 ] [ 7 ]
Общая концепция
[ редактировать ]История
[ редактировать ]Концепция построения космических зеркал как метод климат -инженерии датируется 1923, 1929, 1957 и 1978 годами физиком Германом Обертом и 1980 -х годов другими учеными. В 1923 году Герман Оберт впервые описал свои космические зеркала диаметром от 100 до 300 км в своей книге Die Rakete Zu Den Planetenräumen , [ 1 ] которые, как говорят, состоят из сети сети индивидуально регулируемых аспектов. Космические зеркала на орбите вокруг Земли, как и Герман Оберт , предназначены для фокусировки солнечного света на отдельных областях поверхности Земли или отклонить его в космос. Поэтому это не вопрос ослабления солнечного излучения на всей открытой поверхности земли, как это было бы при рассмотрении установления областей затенения в точке Лагранжа между Солнцем и Землей. Эти гигантские зеркала на орбите могут использоваться для освещения отдельных городов, как средство защиты от стихийных бедствий, для контроля погоды и климата, для создания дополнительного жилого пространства для десятков миллиардов людей, пишет Герман Оберт. Тот факт, что это может повлиять на траектории барометрических областей высокого и низкого давления с этими пространственными зеркалами, казался наиболее важным для Оберта.
Другие ученые предложили в 1980 -х годах охладить климат Венеры, чтобы обеспечить теоретическое будущее, где люди занимают другие планеты. [ 8 ] В 1989 году Джеймс Ранний, работая в Национальной лаборатории Лоуренса Ливермор , предложил использовать «космический тень» в 2000 километров (1200 миль) в диаметре, орбит в Лагранжеанской точке L1 . Он оценил стоимость в размере от одного до десяти триллионов долларов США и предложил производство ее на Луне, используя лунный камень. [ 8 ]
Космические зеркала были также предложены на собрании за круглым столом «Варианты реагирования на быстрое или серьезное изменение климата», организованное программой технологии изменения климата президента в сентябре 2001 года. Лоуэлл Вуд , старший ученый из национальной лаборатории Лоуренса Ливермора, предложивший разместить один или один Больше проволочной сетки «зеркала» на орбите, чтобы отклонить солнечный свет обратно в пространство или отфильтровать его. Древесина подсчитано, что отклонение 1% солнечного света восстановит стабильность климата, и это потребует либо одного зеркала 600 000 квадратных миль (1 600 000 км 2 ) в области или в нескольких меньших. Вуд исследовал эту идею более десяти лет, но считал ее настолько невозмутимой, что она должна быть только резервным планом для решения проблемы глобального потепления.
В январе 2007 года опекун сообщил, что правительство США рекомендовало, чтобы исследования по отклонениям солнечного света, включая космические зеркала, были продолжены в соответствии с следующим докладом Организации Объединенных Наций об изменении климата. [ 9 ] [ 10 ] В дополнение к космическому зеркалу, предполагаемые методы уменьшения солнечного света включали в себя запуск тысячи высокоотражающих воздушных шаров и капли сульфата в верхнюю атмосферу для эмуляции вулканических выбросов. [ 8 ] [ 9 ]
Даниэль Шраг из Гарвардского университета и Дэвид Кейт из Университета Калгари организовали конференцию по инженерной инженерии в ноябре 2007 года. Консенсус исследовательского сообщества заключалась в том, что стоило изучить такие идеи дальше, несмотря на их высокую стоимость, сомнительная осуществимость некоторых идей, включая космическое зеркало и риск их отвлекающего внимания от сокращения выбросов парниковых газов. [ 11 ] [ 12 ]
Цель
[ редактировать ]Космические зеркала предназначены для увеличения или уменьшения количества энергии, которая достигает планеты от солнца с целью изменения воздействия ультрафиолетового излучения; Или, чтобы отразить свет на или отклонить свет от планеты, чтобы изменить условия освещения солнца. [ 13 ] [ 14 ] Космические зеркала являются примером управления солнечным излучением (SRM), которое является «теоретическим подходом к снижению некоторых воздействий изменения климата путем отражения небольшого количества входящего солнечного света обратно в космос». [ 15 ] [ 2 ] Концепция состоит в том, чтобы отразить достаточное количество солнечного света, чтобы снизить температуру Земли, тем самым уравновешивая потепляющий эффект парниковых газов. [ 15 ] [ 2 ]
Климат -инженерия
[ редактировать ]Большинство прошлых предложений для развития космических зеркал специально для замедления развития изменения климата на Земле. [ 13 ] Отвракание небольшого количества энергии солнца из атмосферы Земли уменьшит количество энергии, входящей в экосистему Земли.
Отражение/отклонение солнечного света
[ редактировать ]Некоторые предложения по развитию космических зеркал также сосредоточены на способности изменять локализованные условия освещения на поверхности Земли, затеняя определенные секции или отражая солнечный свет на небольшие участки. [ 13 ] [ 2 ] Это может позволить дифференцированному климату в местных районах и потенциально дополнительный солнечный свет для повышения роста урожая. [ 16 ] Первая практическая попытка размышлять о солнечном свете была сделана в 1990 -х годах российским агентством названием проекта Znamya .
Дебаты
[ редактировать ]Эксперты по климату предупреждают, что геоинженерические предложения, такие как космические зеркала, в то время как потенциально способность охлаждать планету, не принесут никакой пользы для других проблем, связанных с климатом, таких как высокие уровни кислотности в океане из -за накопления углерода. [ 13 ] В прошлом многие ученые также сопротивлялись идее использования геоинженерии для обуздания изменения климата, так как риски вызывания неблагоприятных последствий были слишком великими, и они обеспокоены, что это побудит людей продолжать использовать ископаемое топливо, которое способствует этому изменению. [ 13 ]
Политика
[ редактировать ]Время от времени политики стремились обсудить климатические инженерии и предложения космического зеркала, чем ученые думали о их реализации. [ 14 ] Политики в администрациях Джорджа Буша и Барака Обамы обсудили и предложили финансирование для американских космических зеркал. Ученые, однако, все еще беспокоятся о значительных рисках. Мэтью Уотсон из Университета Бристоля, провели исследование в размере 5 миллионов фунтов стерлингов по потенциальным неблагоприятным последствиям инженерии климата и сказал: «Мы стремимся к катастрофе с изменением климата. Сокращение выбросов, несомненно, на том, на чем мы должны сосредоточиться, но это. Похоже, что нет. Хотя геоинженерия ужасает для многих людей, и я включаю себя в это, [его осуществимость и безопасность] являются вопросами, на которые нужно ответить ». [ 14 ] Профессор Оксфордского университета Стив Рейнер также беспокоится о побочных последствиях инженерии климата, особенно о потенциале для людей, чтобы быть слишком позитивными в отношении последствий и перестать пытаться замедлить фактическую проблему изменения климата. Тем не менее, он говорит, что есть потенциальная причина для создания климатической инженерии: «Люди осуждают [климат -инженерию] в качестве помощи группы, но СПИД -диски полезны, когда вы исцеляете». [ 14 ]
Русская реализация
[ редактировать ]Проект Znamya представлял собой серию экспериментов по орбитальному зеркалам в 1990 -х годах, которые призваны пугать солнечную энергию на землю, отражая солнечный свет . Он состоял из трех экспериментов эксперимента Znamya 1 , Znamya 2 и неудачного Znamya 2.5. Znamya 1 был наземным экспериментом, который никогда не был запущен. [ 17 ] Znamya 2 был первым успешным запуском проекта Znamya. Это было прикреплено к беспилотному прогрессу M-15. [ 17 ] Развертывание привело к яркому свету ширины 5 км и с интенсивностью сияющей полной луны. [ 17 ] Znamya 3 был предложен, но никогда не действовал из -за неудачи Znamya 2.5. [ 17 ] Проект был отброшен Российским федеральным космическим агентством после неудачного развертывания Znamya 2.5. [ 7 ]
Научная теория
[ редактировать ]Геоинженерия и изменение климата
[ редактировать ]Геоинженерические исследования по смягчению или обращению изменений в климате Земли могут быть разделены на две разные категории, удаление углекислого газа и управление солнечным радиацией . [ 6 ] Диоксид углерода является основным источником изменения климата на Земле, поскольку он вызывает повышение температуры атмосферы и подкисления океанов. Несмотря на то, что удаление CO 2 из атмосферы до сих пор изменит изменения климата, удаление углерода является более медленным и более сложным процессом по сравнению с лечением солнечного излучения. [ 6 ]
Управление солнечным радиацией работает, чтобы непосредственно смягчить влияние атмосферного потепления из -за сжигания ископаемого топлива и последующего высвобождения парниковых газов. [ 6 ] Космические зеркала подпадают под эту категорию геоинженерии, так как они работают над блокировкой солнечного излучения и снижению эффектов потепления от солнца. [ 6 ]
Предложения по исследованиям и разработкам
[ редактировать ]Физик Герман Оберт последовал за своим первым предложением в 1923 году [ 1 ] С дальнейшими публикациями, в которых он принял во внимание технический прогресс, достигнутый до этого момента: 1929 «Пути к космическому полету», [ 2 ] 1957 «Люди в космосе. Новые проекты для ракетных и космических путешествий »(люди в космосе. Новые проекты для ракетных и космических путешествий) [ 3 ] и 1978 года "Der Space Spiegel" (Космическое зеркало). [ 4 ] По причинам затрат концепция Германа Оберта предполагает, что компоненты должны быть произведены из лунных минералов на Луне, потому что его более низкая гравитационная тяга требует меньше энергии для запуска компонентов на лунную орбиту. Кроме того, атмосфера Земли не обременена многими ракетными пусками. С поверхности лунной, компоненты будут запущены на лунную орбиту с помощью электромагнитной лунной рогатки и «сложенных» в точке либрации 60 °. Оттуда компоненты можно было перенести на орбиту с электрическими космическими кораблями, которые он спроектировал [ 4 ] с небольшим отдачей, и там они будут собраны в зеркала диаметром от 100 до 300 км. В 1978 году он подсчитал, что реализация можно ожидать между 2018 и 2038 годами.
В 2002 году технология и исследования Aerospace Consulting Company Star и исследования предложили концепцию, которая, как и концепция Hermann Oberth, использует почти земную орбиту. Эксперты звезды подсчитали, что сеть управляемых космических зеркал, вращающихся на экваторе Земли, подобно одному из колец Сатурна, может снизить среднюю температуру воздуха на 3 градуса Цельсия (5,4 градуса по Фаренгейту), одновременно генерируя мощность из бортовых солнечных панелей и на землю. Но такой подход может вызвать проблемы. Автор отчета и президент Star Technology Джером Пирсон подсчитал, что для достижения желаемого результата потребуется 5 миллионов космических кораблей, и даже если каждое отдельное ремесло может длиться 100 лет, это означает, что 137 кораблей должны быть заменены или отремонтированы в день. И ремесло будет производить «звезды», которые будут видны с земли. (Другое гипотетическое предложение Пирсона, кольцо с отражающими камнями в том же положении, зажечь ночное небо с эквивалентом 12 полных лун.). [ 5 ] [ 18 ]
В 1980 -х годах было больше теоретических предложений для космических зеркал, поскольку ученые пытались обнаружить возможный способ частично отражать солнечный свет и замедлить потепление атмосферы Земли, используя космические зеркала. [ 5 ] В 1989 году инженер Джеймс Раннее предложил стеклянный щит 2000 км. [ 19 ] Стеклянный щит должен был быть построен на Луне, используя лунный камень из -за его огромной массы. [ 19 ] Лоуэлл Вуд, исследователь национальной лаборатории Лоуренса Ливермор, предложил отправить одно массовое зеркало на орбиту на Пойнт Лагранж L1, примерно в миллионе миль от Земли. [ 5 ] [ 20 ] В то время как зеркало в Лагранже , пространственное зеркало сможет остаться на орбите без каких -либо дополнительных энергетических принадлежностей и продолжать блокировать солнечный свет. [ 20 ] В 2006 году Роджер Ангел, исследователь из Университета Аризоны, предложил отправить миллионы небольших космических зеркал, в отличие от одного большого зеркала, чтобы сократить расходы и увеличить осуществимость, поскольку одно зеркало должно быть примерно 600 000 квадратных миль, чтобы заблокировать только один процент. солнечного света. [ 5 ]
Эндрю Ян , демократический кандидат в президенты США в 2020 году, возродил движение «Космическое зеркальное движение» своей инициативой расширяемого космического зеркала. [ 21 ] Согласно предложению Ян, американским исследователям необходимо создавать спутники, аналогичные тем, которые уже на орбите, оснащенные выдвижными космическими зеркалами с возможностью развертывания и быстро и легко втягиваться в случае чрезвычайной ситуации. [ 21 ]
Таршан Махесваран и Себастьян Исправлены из Университета Штутгарта, Институт космических систем описывают дорожную карту для развития, строительства и транспортировки международного планетарного солнечного щита (IPSS) в точке Lagrange Point 1 в 2021 году, что также будет фотоэлектрическим растением. Здесь также, как и в случае с Германом Обертом, производством на Луне, использование электромагнитного лунного рогатка (лунный коилгун) и транспорт компонентов от Луны в точку Лагранжа между Землей и Солнцем обсуждается с помощью Электрические космические корабли (альтернативно с солнечными парусами) предполагается. Авторы ссылаются на многие международные мероприятия и возможность поместить Sunlight Shield к 2060 году. [ 22 ]
Разработка
[ редактировать ]Проблемы
[ редактировать ]После эксперимента в российском космическом зеркале Znamya в 1993 году не было никакого активного развития космических зеркал из -за огромных проблем, связанных с их развертыванием и потенциальных последствий, которые следуют их операции.
Логистика развертывания
[ редактировать ]Развертывание и обслуживание парка небольших космических зеркал, которые могут создать оттенок около 100 000 километров в космосе, будут включать необходимые факторы, такие как энергия, строительство, транспортировка и операции на наземной поддержке. [ 23 ] В целом, предполагаемая стоимость построения и отправки парка космических зеркал в космос составляет около 750 миллиардов долларов. [ 23 ] Если космические зеркала способны достичь 50-летнего срока службы, ежегодные затраты на техническое обслуживание оценивают около 100 миллиардов долларов. [ 23 ] Кроме того, если какой -либо отдельный спутник должен был быть заменен в конце срока службы, стоимость всей операции составит 5 триллионов долларов. [ 23 ]
Развертывание одного большого космического зеркала или парка из меньшего зеркала также придется принять во внимание миллионы космических обломков на орбите Земли. Большая часть мусора маленькая, весом около 1 грамма. [ 23 ] Однако, в зависимости от их скорости, такой мусор может быть катастрофическим для спутников, если они будут столкнуться. Следовательно, орбитальные спутники должны будут маневрировать от пути отслеживаемого космического мусора из пространственного зеркала. Кроме того, если бы было развернуто одно очень большое пространство зеркала, его массивная площадь поверхности станет очень большой целью для космического мусора. Следовательно, маневрирование сотен космических зеркал или одно очень большое пространство зеркала окажется очень трудным из -за пространственного мусора и потенциального размера пространственного зеркала. [ 23 ]
Непреднамеренное изменение климата
[ редактировать ]Прямое отражение солнечного излучения вдали от земли может оказывать определенное побочное воздействие на климат. Поскольку Земля подвергается воздействию меньшего солнечного излучения, планета остынет, но это может привести к непредсказуемым погодным условиям. [ 14 ] Общее снижение глобальной температуры может повлиять на гидрологический цикл и может увеличить интенсивность засух и наводнений. [ 14 ] Кроме того, изменение температуры и климата также может негативно влиять на выращивание сельскохозяйственных культур. [ 24 ] В результате отражение солнечного излучения может отрицательно повлиять на около 65% населения мира. [ 14 ]
Смотрите также
[ редактировать ]- Климат -инженерия
- Герман Оберт
- Планетарная инженерия
- Космическая солнечная энергия
- Солнечный пистолет
- Znamya
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в Оберт, Германн (1984) [1923]. Ракета в планетарные комнаты (на немецком языке). Майклс издательство Германия. С.
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Оберт, Германн (1970) [1929]. Способы к космическому полету . НАСА. С. 481–506 . Получено 21 декабря 2017 года - через archiv.org.
- ^ Jump up to: а беременный Оберт, Германн (1957). Люди в космосе (на немецком языке). Econ Duesseldorf Германия. С.
- ^ Jump up to: а беременный в Оберт, Германн (1978). Космическое зеркало (на немецком языке). Критерий Бухареста.
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин Кауфман, Рэйчел (8 августа 2012 г.). "Может ли космические зеркала остановить глобальное потепление?" Полем Живая наука . Получено 2019-11-08 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Санчес, Джоан-Пау; Макиннес, Колин Р. (2015-08-26). «Оптимальные конфигурации Sunshade для космического геоинженерия возле точки L1 Sun-Earth» . Plos один . 10 (8): E0136648. BIBCODE : 2015PLOSO..1036648S . doi : 10.1371/journal.pone.0136648 . ISSN 1932-6203 . PMC 4550401 . PMID 26309047 .
- ^ Jump up to: а беременный «Космическое зеркало Znamya» . 2006-08-08. Архивировано из оригинала на 2006-08-08 . Получено 2019-11-08 .
- ^ Jump up to: а беременный в Понтин, Марк Уильямс (13 февраля 2007 г.). «Охлаждение планеты» . MIT Technology Review . Получено 2019-11-08 .
- ^ Jump up to: а беременный Адам, Дэвид (2007-01-27). «Мы отвечаем на глобальное потепление: дым и гигантские космические зеркала» . Хранитель . ISSN 0261-3077 . Получено 2019-11-08 .
- ^ «Обзор правительства США в отношении проекта второго порядка вклада WGIII» «Изменение климата 2007: смягчение изменения климата» ( PDF) . Хранитель . 2007.
- ^ Ламоника, Мартин (19 ноября 2007 г.). « Геоинженерия»: космическое зеркало над Гренландией? » Полем CNET . Получено 2019-11-08 .
- ^ Кинтиш, Эли (9 ноября 2007 г.). «Придаст изменению климата kic k» . Наука . Получено 2019-11-08 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Дин, Корнелия (2007-11-10). «Эксперты обсуждают инженерные подвиги, такие как космические зеркала, для замедления изменения климата» . New York Times . ISSN 0362-4331 . Получено 2019-11-08 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин Кэррингтон, Дамиан (2014-11-26). «Размышления о солнечном свете в космосе имеют ужасающие последствия, говорят ученые» . Хранитель . ISSN 0261-3077 . Получено 2019-11-08 .
- ^ Jump up to: а беременный MSC, Пол Абела (2020-10-12). "Могут ли космические зеркала спасти человечество от климатической катастрофы?" Полем Климатическое сознание . Получено 2022-04-22 .
- ^ Лири, Уоррен Э. (1993-01-12). «Русские, чтобы проверить космическое зеркало как гигантский ночной свет для земли» . New York Times . ISSN 0362-4331 . Получено 2019-11-08 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Матиньон, Луи де Гуён (2019-02-19). «Знамья космическое зеркало» . Космические юридические вопросы . Получено 2022-04-22 .
- ^ Пирсон, Джером (2002). Земное кольцо для контроля планетарной среды . Международная астронавтическая федерация, Париж, IAF-02-U.1.01.
- ^ Jump up to: а беременный Горветт, Зария (26 апреля 2016 г.). «Как гигантский космический зонтик может остановить глобальное потепление» . Би -би -си . Получено 2019-11-08 .
- ^ Jump up to: а беременный Хауэлл, Элизабет (22 августа 2017 г.). «Очки Лагранжа: парковки в космосе» . Space.com . Получено 2019-11-08 .
- ^ Jump up to: а беременный Кан, Брайан (29 марта 2019 г.). «Гигантские космические зеркала, инженерные ледники: кандидат в президенты Эндрю Ян разделяет свои самые смелые планы борьбы с изменением климата» . Гизмодо . Получено 2019-11-08 .
- ^ Махесваран, Таршан; Исправлено, Себастьян Фикс (2021). Дорожная карта для международного планетарного солната (IPSS) . Международная астронавтическая федерация IAC-21-D4.1.6.
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон Ангел, Роджер (2006-11-14). «Определимость охлаждения земли с помощью облака маленького космического корабля вблизи внутренней точки Лагранжа (L1)» . Труды Национальной академии наук . 103 (46): 17184–17189. Bibcode : 2006pnas..10317184a . doi : 10.1073/pnas.0608163103 . ISSN 0027-8424 . PMC 1859907 . PMID 17085589 .
- ^ Gramling, Carolyn (2019-10-06). "В климатическом кризисе, стоит ли геоинженерия?" Полем Science News . Получено 2019-11-08 .