Планируете вырастить из своего сына второго Гагарина? В этом случае обязательно обязательно прикупите детские книги, затрагивающие тему космоса. Найти такие книги вы сможете, к примеру, на colibribookstore.com.
КСЭС на базе солнечных батарей с кремниевыми фотоэлектрическими преобразователями с КПД 12-15% и электроразрядными лазерами с длиной волны излучения 10,6 мкм и с дозвуковым потоком активной среды (CO2) в резонаторе с КПД лазерного контура 18% будет иметь полный системный КПД 2,4%. Удельная масса КСЭС при мощности 45-75 МВт оценивается в 25 кг/кВт, причем 49% приходится на холодильники-излучатели системы охлаждения лазерного контура. При использовании рабочих тел электроразрядного лазера на основе СО достижимы КПД лазерного контура в 29-30 %, при этом, однако, требуются большие мощности для привода компрессора, так как используется сверхзвуковая прокачка рабочего тела в контуре. Однако общий системный КПД может быть увеличен до 4-6%.
Достигнут большой прогресс в повышении характеристик полупроводниковых лазеров с электрической накачкой. Для ИК-диапазона промышленностью освоен выпуск источников излучения в ближнем инфракрасном диапазоне с КПД 50%, а для экспериментальных образцов получены значения КПД до 70%. Удельные массы источников ИК-излучения большой мощности (без остронаправленной оптической системы) могут составлять 2-4 кг/кВт. Поэтому энергоизлучающие системы на основе полупроводниковых лазерных диодов представляют большой интерес, так как при использовании совместно с пленочными ФЭП на основе Si или алмазоподобных структур с КПД 15-20% способны обеспечить полный КПД КСЭС 7-14% даже с учетом потерь в оптических элементах. Это существенно выше, чем у систем с оптической и тепловой накачкой, а также у систем с электроразрядными лазерами. Одновременно такая система будет отличаться относительной конструкционной простотой.
Недостатком полупроводниковых диодов является относительно низкая рабочая температура (до 40°С), ведущая к большим потребным площадям холодильников-излучателей системы теплоотвода лазера. Однако, учитывая высокий КПД по сравнению с электроразрядными системами (50-70% против 18-30%) и сравнительную близость их рабочих температурных режимов, можно предполагать, что полупроводниковые лазеры окажутся конкурентоспособными по данному критерию.
Другой недостаток энергоизлучающих систем на базе полупроводниковых диодов — необходимость суммирования излучения, генерируемого большим количеством отдельных лазерных диодов (их оптическая мощность не превосходит десятков ватт), а также низкое качество (высокая расходимость и асимметрия пучков) излучения диодов, что требует использования специальных оптических систем. Тем не менее, указанные проблемы могут быть преодолены, например, с использованием индивидуальных корректирующих оптических элементов для лазерных диодов.
При рассмотрении возможности использования в составе КСЭС лазеров на базе полупроводниковых диодов нельзя не учитывать вопросы стоимости и доступности соответствующих материалов. Большинство полупроводниковых лазерных диодов с высоким КПД созданы на основе GaAs. Учитывая ограниченность запасов галлия и его относительно высокую стоимость, надо полагать, что использование соответствующих диодов возможно для систем передачи энергии космос-космос и пилотных вариантов КСЭС относительно небольшой мощности (десятки — сотни мегаватт), но вряд ли возможно для полномасштабной системы энергоснабжения Земли из космоса отдаленной перспективы суммарной мощностью до единиц и десятков ТВт. В этом случае необходимо использование альтернативных материалов для лазерных диодов.
Таким образом, полупроводниковые лазеры с электрической накачкой являются перспективными кандидатами на использование в составе энергоизлучающих систем КСЭС, а также в системах беспроводной передачи энергии космос — космос, в которых принципиальное значение имеет полный КПД тракта передачи энергии.
В настоящий момент проекты экспериментальных геостационарных КСЭС мощностью до 1 ГВт, использующих лазерный канал передачи энергии, рассматриваются Японским космическим агентством (JAXA) в рамках программы SSPS [6.52], а также компанией EADS-ST (Германия) в рамках проекта SPI («Космическая энергетическая инфраструктура»).