На следующих этапах атомная энергетика на основе реакторов деления будет постепенно заменяться на энергетику термоядерного синтеза, с более высоким КПД получения электроэнергии (область 4), чем в обычных атомных электростанциях. Обеспечение повышенной экологической безопасности термоядерной энергетики может быть достигнуто при использовании более экологически чистого термоядерного топлива на основе гелия-3 (³Не). Поэтому надо приложить усилия для скорейшего освоения реакции термоядерного синтеза.

Концепция развития структуры мировой энергетики в XXI в.:

1 — углеродная и углеводородная энергетики; 2 — энергетика на возобновляемых источниках; 3 — наземная ядерная энергетика; 4 — наземная термоядерная энергетика; 5 — космическая энергетика для Земли из земных материалов; 6 — космическая энергетика для Земли из лунных материалов; 7 — космическая энергетика для обеспечения внеземного производства; 8 — начало функционирования лунного производства; 9 — начало функционирования энергоемкого производства в космосе; 10-земная энергетика при неуправляемом производстве (по потребности); 11 — потребности в земной энергетике при использовании энергосберегающих технологий; 12-энергетика, используемая под атмосферой

Космическая энергетика предварительного этапа, построенная из земных материалов (область 5), одновременно с внесением посильного вклада в общую энергетику Земли, должна решать важную задачу — отработку технических средств по производству электроэнергии в космосе и безопасной передачи ее на Землю. Особо следует отметить, что при равных мощностях производства электроэнергии на Земле и в космосе общие выбросы продуктов сгорания в атмосферу от ракет-носителей примерно в 30 раз меньше чем выбросы только загрязнителей воздуха, воды, грунта (SO₂, NO₂, зола, пыль и др.), при использовании ископаемых топлив.

Мощность космической энергетики, использующей земные материалы, будет определяться техническим потенциалом Человечества и может быть оценена по формуле:

где Г — частота пусков ракет-носителей в год; T — время эксплуатации кванта энергопроизводящей системы, выводимого при ее создании и поддержании; к_атм — коэффициент полезного действия прохождения атмосферы энергетическим лучом; m_уд— удельная масса конструкции и оборудования на рабочей орбите, требуемая для получения одного киловатта энергии, полученной в космосе и преобразованной в транспортировочный вид.

Учитывая перспективы роста цен на ископаемые топлива и возможность введения штрафов за выбросы СO₂, можно ожидать, что в перспективе при равных энергиях, поставляемых потребителю, затраты на использование ископаемых топлив будут сопоставимы и могут даже превышать затраты на космическое энергоснабжение. Оценки показали, что доля космического сегмента энергетики на первом этапе может составить от 2 до 4% от производимой в конце прошлого века электроэнергии в мире.

Для увеличения этой доли целесообразно перейти к следующему этапу развития космической энергетики, на котором будут использоваться лунные ресурсы. Поэтому следующим этапом развития энергетики должно быть освоение Луны с организацией на ней промышленного производства на базе местных материалов и создание космической энергопроизводящей системы из внеземных материалов для обеспечения Земли (область 6). При этом добычу материалов для солнечных орбитальных или размещаемых на поверхности Луны энергостанций, рационально совместить с получением термоядерного топлива ³Не с последующей транспортировкой на Землю для использования в термоядерных электростанциях. Преимущество термоядерной реакции ³Не заключается не только в том, что она высвобождает меньше нейтронов, индуцирующих радиоактивность в конструкционных элементах реактора, но в том, что ее энергетический выход может быть преобразован в электроэнергию при эффективности в два раза более высокой, чем в современном ядерном реакторе. Вероятней всего необходимо будет найти разумное сочетание использования солнечной энергии и термоядерной энергии из лунных запасов ³Не. Использование ³Не в еще больших масштабах возможно после создания добывающих комплексов и флотилии космических танкеров, доставляющих его с дальних планет — это уже третий этап развития космической энергетики.

Создание крупномасштабной энергопроизводящей системы в космосе потребует разработки высокоэффективных экологически чистых средств выведения в космос и последующей транспортировки в космосе с существенным снижением стоимости доставки единицы массы на рабочую орбиту, отработки технологии сборки в космосе конструкций большой протяженности, повышения роли пилотируемой космонавтики.

Следующий этап развития мировой энергетики характеризуется насыщением энергетической мощности под атмосферой Земли до уровня, близкого к предельно допустимому, и вынесением энергоемких производств за пределы земной атмосферы (область 7). Дальнейший рост энергетики Цивилизации будет связан с ростом внеземной промышленной инфраструктуры и космической экспансией Человечества.

Вы не астрофизик, а специалист по отделке интерьеров, поэтому вас гораздо больше интересует не космонавтика, а где можно приобрести ламинат недорого. Именно поэтому настоятельно советую вам заглянуть на сайт praktik-pol.ru. Здесь вы найдете широчайший ассортимент высококлассного ламината по максимально низким ценам!

Кривые и области, указанные на рис. выше, дают не столько количественные величины мощностей составляющих мировой энергетики, сколько состав и ранжировку по возлагаемой «нагрузке» на рассматриваемые виды энергетики или по другому — степень их востребованности на разных временных этапах. Чем большим будет отличие реальной картины развития энергетики от рассматриваемой концепции из-за ограниченности ресурсов и производственных мощностей, слабой организации международных взаимодействий, преобладания корпоративных интересов над общечеловеческими, тем глубже будут захвачены Природа и Цивилизация проблемами экологии, негативных межгосударственных и социальных взаимоотношений.

Предварительный этап с начала текущего века до 2030-2050 г. характеризуется необходимостью резкого ограничения использования углеродных и углеводородных топлив с целью уменьшения вероятности изменения климата, связанного с увеличением парникового эффекта, а также в связи с ограниченностью ресурсов и неэффективностью их использования в качестве источника энергии (область 1). Основная цель такого ограничения — предотвратить начало необратимых изменений в Природе. По оценкам без принятия мер по ограничению выбросов парниковых газов начало необратимых процессов возможно в 2020-2030 гг.. В это время основную нагрузку по обеспечению возрастающих энергетических потребностей Цивилизации придется нести возобновляемым земным источникам энергии (Солнце, ветер, реки, приливы и др.) и атомной энергетике (области 2 и 3 соответственно) при активном поиске и внедрении энергосберегающих технологий.

Возобновляемые источники энергии являются экологически чистыми в части выбросов парниковых газов. Однако по ряду причин (большие капитальные затраты, локальное влияние на местные климатические условия, отчуждение больших площадей, приводящее к сокращению пахотных земель, пастбищ, лесов и др.) возобновляемые источники энергии смогут компенсировать лишь незначительную часть требуемого уменьшения доли углеродной и углеводородной энергетики. Суммарный глобальный потенциал возможного использования возобновляемых источников энергии составляет 16-19 ТВт..

Атомные электростанции выбрасывают в атмосферу количество вредных веществ в двадцать раз меньше, чем работающие на нефти и мазуте, и в тысячу раз меньше, чем угольные электростанции. Поэтому, с точки зрения предотвращения возможности необратимых процессов в биосфере из-за увеличения парникового эффекта на предварительном этапе, не остается ничего другого, кроме достаточно быстрой замены углеродной и углеводородной энергетики возобновляемыми источниками энергии и атомной энергетикой. Под атомной энергетикой подразумеваются не только атомные электростанции, но и атомные станции теплоснабжения, а также атомно-водородная энергетика, которая позволит перевести транспорт, а также многие производства на экологически чистое водородное топливо.

В предложенной концепции для выполнения поставленных целей требуется рост атомной энергетики с тем, чтобы начиная примерно с 2030 г. доля мировой атомной энергетики превышала долю углеродной и углеводородной. Близкий к этому вывод содержится в прогнозе развития мировой энергетики для перехода к устойчивому развитию, разработанным в Институте систем энергетики СО РАН. Рассматриваемые обычно в качестве проблемных вопросы ограниченных запасов природного урана, безопасности и утилизации большого количества радиоактивных отходов решаются, и современный уровень развития науки и техники, в том числе космической, позволит использовать новые технологии. Так, проблему особо опасных отходов предлагается решить кардинальным способом — их захоронением в космосе.

Разрабатываете передовую модель мировой энергетики, в основе которой заложена космонавтика, и боитесь за сохранность своих трудов? Тогда вам определенно точно потребуется панорамная ip камера 360 градусов, которую вы легко сможете установить возле своего рабочего места и отслеживать все происходящее в режиме реального времени. Подробности на arecontvision.ru.

Понимание необходимости создания космической энергетики, огромности затрат труда и финансов при ограниченности отпущенного Человечеству времени для выхода из наступающей кризисной ситуации привели авторов работы к формулировке концепции рационального развития структуры мировой энергетики в обеспечение мировых энергетических потребностей в XXI в. Предложенная концепция — не прогноз развития мировой энергетики, а попытка оценки ее востребованности с представлением оптимального (по мнению авторов работы) пути для возможного выхода из надвигающихся кризисов.

Основа предлагаемой концепции заключается в преобразовании структуры мировой энергетики таким образом, чтобы в конце XXI века ее значительную часть представляла космическая энергетика. Размещение электростанций в космосе позволит резко снизить тепловую нагрузку на Землю, т.к. на поверхность Земли из космоса будет доставляться лишь высокопотенциальная энергия (электромагнитное излучение, превращаемое затем на Земле в электроэнергию), в то время как при использовании для производства электроэнергии наземных тепловых и атомных станций не преобразованное тепло термодинамического цикла остается под атмосферой, а это даже в перспективе вряд ли составит менее 50%. Таким образом космическая электроэнергетика будет обеспечивать Землю экологически чистой энергией под атмосферой с максимальным коэффициентом преобразования в полезную работу, и одновременно откроет новые горизонты использования энергетических и материальных ресурсов Космоса. Но для создания космической энергетики необходимо выиграть время.

Концепция развития структуры мировой энергетики в XXI в.:

1 — углеродная и углеводородная энергетики; 2 — энергетика на возобновляемых источниках; 3 — наземная ядерная энергетика; 4 — наземная термоядерная энергетика; 5 — космическая энергетика для Земли из земных материалов; 6 — космическая энергетика для Земли из лунных материалов; 7 — космическая энергетика для обеспечения внеземного производства; 8 — начало функционирования лунного производства; 9 — начало функционирования энергоемкого производства в космосе; 10-земная энергетика при неуправляемом производстве (по потребности); 11 — потребности в земной энергетике при использовании энергосберегающих технологий; 12-энергетика, используемая под атмосферой

Ход преобразования общей структуры в процессе формирования космической энергетики можно представить в виде нескольких этапов (рис. выше), которые определяются наличием нескольких «реперных точек» с условной временной привязкой. Реперные точки определяют только начало этапов, с течением времени этапы могут совмещаться.

Состав мировой энергетики, представленный на рис. выше, дан на уровне первичных видов энергии, поскольку они напрямую характеризуют тепловой нагрев атмосферы. Качество жизни в большей степени отражают конечные виды энергии. При соответствующем технологическом уровне мирового производства и учете условий естественного обитания между первичными и конечными видами энергии существует линейная корреляция.

Вы используете исключительно ресурсы нашей планеты, поэтому вам малоинтересны концепции добычи энергии из космоса. И правда, зачем преодолевать земную гравитацию и выходить на орбиту, когда можно отправиться порыбачить, лодки ротан. Это и быстрее и дешевле! Подробности на flotilion.ru.

Энергия на выведение массы КСЭС с поверхности Луны в выбранную точку либрации с помощью электромагнитных ускорителей будет представлять собой одну из основных затратных энергетических составляющих для лунной промышленной инфраструктуры. При предварительной ее оценке принималась во внимание необходимость получения на Земле заданной величины мощности в 20 ТВт. Учитывая перспективное значение КПД тракта передачи энергии в космосе для микроволнового диапазона, равного 0,7 и КПД прохождения атмосферы 0,9, мощность КСЭС в точке либрации должна составлять 32 ТВт.

При удельной массе источников ИК-излучения и солнечных батарей в сумме 5 кг/кВт, масса КСЭС составит около 160 млн т. Для выведения с поверхности Луны в сферу ее действия необходимо этой массе сообщить скорость 2,4 км/с, затратив при этом 4,6х10¹⁷ Дж. Если на создание КСЭС потребуется 30 лет, то для решения этой задачи требуемая мощность энергетики в точке либрации с учетом КПД преобразования электричества в механическую энергию, принятого 0,9 и указанного выше КПД передачи энергии в космосе, будет иметь значение 730 МВт. Даже увеличенная вдвое, для учета деградации солнечных батарей и ограниченного срока эксплуатации аппаратуры, новая величина будет составлять ~5×10^-5 от мощности КСЭС.

Изготовление элементов спутников-ретрансляторов предполагается производить на Луне, а сборку конструкции диаметром ~1000 м и массой ~100 т для каждого спутника, после выведения электромагнитной катапультой с Луны, осуществлять в точке либрации, где размещается КСЭС. После сборки спутник посредством буксира с ЭРДУ, доставляется к месту функционирования на орбите, близкой к ГСО. При этом затраты характеристической скорости будут составлять 2,34 км/с. Общая масса спутников-ретрансляторов составит около 500 тысяч т. В качестве рабочего тела ЭРДУ буксиров могут быть использованы металлические магний или кальций, добываемые на Луне и содержащиеся в лунном грунте в достаточном количестве (магний — 89 кг/м³ грунта, кальций — 150 кг/м³ грунта). Обычно в качестве рабочего тела в ЭРДУ используется ксенон, висмут, можно использовать ртуть, т.е. вещества, с большой атомной массой. Испытания ЭРДУ с литиевым рабочим телом мощностью 500 кВт показали вполне удовлетворительные характеристики, поэтому замена лития на магний или кальций, добываемые на лунной базе, не приведет к заметному ухудшению тяговых и энергетических характеристик, так как потенциалы ионизации этих металлов близки.

По предварительной оценке многоразовый буксир, совершающий циклический рейс L — орбита, близкая к ГСО — L за полгода с полезным грузом в 200 т (масса двух спутников-ретрансляторов), затратит 14 т рабочего тела. Сухая масса буксира будет составлять около 15 т. Чтобы построить КСЭС за 30 лет и поддерживать ее во время эксплуатации, необходимо иметь флотилию из 42 буксиров. Для их обеспечения лунная промышленность должна будет производить до 600 т рабочего тела в год, перерабатывая 4xl0³÷7xl0³ м³ лунного грунта (карьер глубиной 10 м и площадью 20×20÷27×27 м²). Приведенные цифры, несмотря на свою кажущуюся масштабность, показывают принципиальную возможность реализации данной концепции, при условии выполнения ее в рамках международного проекта.

Вам совершенно неинтересна тема космоса: перед вами такой огромный мир, который только и ждет, когда вы начнете его исследовать. Именно поэтому вы хотите прямо сейчас приобрести туры в крым с авиаперелетом из москвы по максимально консервативной цене. Я, в свою очередь, спешу сообщить вам, что найти такие туры вы всегда сможете на сайте russianasha.ru.

В РКК «Энергия» Г.А. Сизенцевым и Б.И. Сотниковым предложена концепция мультитераваттной космической системы энергоснабжения, создаваемой лунной промышленностью на основе лунного сырья, работающей в микроволновом или оптическом диапазоне частот. Принципиальная схема системы представлена на рис. ниже. Главное отличие этой системы от всех систем, рассмотренных выше, заключается в том, что ее энергопроизводящий и излучающий комплексы размещаются в одной из устойчивых лагранжевых точек либрации (Ь₄ или L₅) гравитационного поля Земля — Луна (см. рис. ниже). Доставка элементов конструкции и аппаратуры в выбранную точку либрации может быть произведена по баллистической траектории с помощью электромагнитных катапульт («ускорителей»), использование которых было предложено в 1975 г. О’Нейлом (США) для создания конструкций различных поселений в космосе.

1 — Земля; 2 — Луна; 3 — точка L₄; 4 — КСЭС в точке L₅; 5 — спутник-ретранслятор;

6 — энергетическое лазерное излучение; 7 — орбита Луны; 8 — направление движения Луны; 9 — близкая к ГСО орбита; 10 — направление движения спутников-ретрансляторов по близкой к ГСО орбите; 11 — направление грузопотока «Луна -L₅»; 12 — направление грузопотоков «L₅ — близкая к ГСО орбита — L₅».

Примечание: Направления грузопотоков не обозначают трассу транспортировки грузов

В первую очередь в выбранной либрационной точке должны быть созданы энергетические блоки космической системы, обеспечивающие лунной промышленной инфраструктуре снабжение энергией в течение полных лунных суток. Остальные блоки предназначены для передачи энергии на Землю. Каждому из таких блоков соответствует своя приемная ректенна. Передача энергии производится непосредственно на ректенну (в случае прямой ее видимости из точки либрации), либо через спутник-ретранслятор, находящийся на близкой к ГСО, слегка эллиптической орбите, имеющей наклонение, например, 2-4°. Фокальный параметр орбиты выбирается несколько меньшим радиуса ГСО, а период обращения — 24 ч. Наблюдаемое из места расположения ректенны на Земле периодическое движение спутника по небесной сфере будет происходить по траектории, напоминающей слегка изогнутую букву S, что не препятствует передаче энергии. Например, орбита с фокальным параметром, меньшим радиуса ГСО на 500 км, будет иметь радиус перигея 37580 км, а радиус апогея — 46760 км. Таких орбит может быть выбрано несколько. Их использование дает возможность разместить необходимое количество

Принципиальная схема космической системы энергоснабжения:

спутников-ретрансляторов энергетической системы без конкурентной борьбы со спутниками других назначений за размещение на ГСО. Энергетическая система составляется из блоков, содержащих определенное число излучателей, каждый из которых передает свою энергию на одну наземную ректенну.

Основные параметры энергопередающего тракта каждого блока, такие как диаметр ректены (D_r), диаметр источника излучения (D_i), количество источников излучения в одном блоке (n), количество блоков в энергетической системе (N), могут быть определены из следующих уравнений:

где w_r — безопасная интенсивность потока энергии на ректенне, кВт/м²; w — интенсивность потока энергии на источнике излучения, кВт/м²; ΣW — общая мощность системы на ректеннах, кВт; W — мощность потока энергии, получаемая на ректенне от энергетического блока, кВт; L — расстояние передачи энергии, м; λ — длина волны энергетического излучения, м; η — КПД тракта передачи энергии, включая атмосферу.

Для следующих принятых значений: wr = 5 кВт/м2 [6.52]; wi = 104 кВт/м2; W = 4×106 кВт; Wc = 2х1010 Вт; λ = 10-6 м; L = 3,84х108 м ; η = 0,63, получим: D_r = 1011 м; D_i =0,93 м; n =940; N = 5000.

Главный недостаток этой концепции — нереалистичность обеспечения постоянного освещения коллекторов лунных баз с помощью зеркал на лунной орбите, так как зеркала должны постоянно вращаться, направляя солнечный «зайчик» на коллектор. Учитывая площадь солнечных коллекторов (десятки тысяч квадратных километров) и необходимое число зеркал на одной орбите для постоянного освещения одной и той же площадки коллектора, потребуется около 1 млн зеркал на орбите Луны (при мощности 20 ТВт и размере зеркал примерно 1 км в диаметре). Это представляется нереалистичным даже только с точки зрения загрязнения окололунного пространства.

Более реалистичной видится вторая концепция с сооружением дополнительных солнечных коллекторов на обратной стороне Луны. Фактически это означает строительство трех баз, из которых хотя бы одна всегда освещена Солнцем (кроме случаев полных лунных затмений). Это увеличивает необходимую площадь солнечных коллекторов (фотоэлементов) и требует сооружения линий электропередач от баз на обратной стороне Луны к передающим антеннам. Однако эти дополнительные работы на Луне гораздо менее трудоемки, чем создание и запуск зеркал на лунные орбиты (с последующим их удалением оттуда). Между тем, в этой концепции сохраняются СВЧ-ретрансляторы на орбитах вокруг Земли, что требует специального рассмотрения. В принципе, возможны два способа размещения ретрансляторов: на геостационарной и средневысотных полярных орбитах. Первый способ представляется достаточно практичным, хотя и требует специального исследования возможных схем и алгоритмов переключения СВЧ-лучей от разных антенн на Луне на спутники-ретрансляторы или непосредственно на приемные ректенны. Принимая во внимание стационарное положение ретрансляторов на ГСО, такие схемы и алгоритмы будут не слишком сложными. Однако в этом случае проявятся ограничения на общее число ретрансляторов и широтное расположение ректенн. Общая мощность системы при такой схеме будет, по-видимому, не такой огромной (менее 1 ТВт). Эту разновидность лунной энергосистемы следует сопоставить по трудностям реализации и экономической эффективности с КСЭС (в частности КСЭС такой же мощности потребует в три раза меньшую площадь фотоэлементов).

Однако возможность реализации второго способа размещения СВЧ-ретрансляторов вызывает серьезные сомнения. При их расположении на средневысотных орбитах потребуются десятки таких спутников для обслуживания каждой ректенны. Объясняется это тем, что спутник, пролетая над ректенной, будет лишь относительно короткое время находиться в пределах ее видимости и для обеспечения непрерывного облучения ректенны необходима последовательность из многих спутников на одной и той же орбите. Потребуются десятки или даже сотни тысяч ретрансляторов на земных орбитах в зависимости от единичной мощности и числа ректенн. Маловероятно, чтобы это оказалось технически и экономически приемлемым и допустимым по условиям загрязнения околоземного пространства. Кроме того, потребовалась бы чрезвычайно сложная система управления для переключения СВЧ-лучей с одного спутника на другой или непосредственно на ректенну. Поэтому данную разновидность следует либо совсем исключить из рассмотрения, либо изучать при ограниченных параметрах (по числу ректенн).

Наиболее проста и легче реализуема третья концепция — без све-тоотражателей на лунных орбитах и СВЧ-ретрансляторов на орбитах вокруг Земли, но с дополнительными базами фотоэлементов на обратной стороне Луны. В этом случае СВЧ-лучи передаются с лунных антенн непосредственно на ректенны Земли. Естественно, при этом будут продолжительные перерывы в энергоснабжении. Кроме того, они не могут располагаться в полярных зонах Земли, где Луна не поднимается достаточно высоко над горизонтом. При данной концепции ежедневно будут иметься 14-18-часовые перерывы в СВЧ-облучении ректенн. Это означает необходимость либо дублирования мощности лунной энергосистемы другими видами электростанций, либо применения накопителей энергии. В случае дублирования энергия из Космоса будет обеспечивать только экономию топлива (как и многие другие возобновляемые источники энергии). При использовании же накопителей потребуется увеличение мощности (и площади) ректенн (и лунных баз) в 4-5 раз по сравнению со среднедневной выравненной мощностью (с учетом КПД накопителей). Это, конечно, увеличит стоимость энергии.

Обязательно изучите возможность воплощения в жизнь концепции Крисвелла, но только после того, как подберете организацию, в прейскуранте услуг которой значится «хранение шин«? В этом случае «Шинный отель» — именно то, что вам нужно. Узнайте подробности на www.shinahotel.ru.

Наиболее крупный проект по созданию космической системы энергоснабжения на основе лунных ресурсов, преобразующей солнечную энергию на Луне и передающей ее на Землю с использованием СВЧ-излучения, был предложен в конце 80-х годов Д. Р. Крисвеллом (США), где лунная энергетическая система была рассчитана на мощность 20 ТВт, т.е. более современной мощности мировой энергетики по первичным источникам.

Рассматривались следующие три разновидности лунной энергосистемы с размещением солнечных коллекторов на поверхности Луны:

Принципиальная схема лунной энергетической системы

1. Исходная концепция (рис. выше) со светоотражающими зеркалами на окололунных орбитах (ИСЛ) и спутниками-ретрансляторами СВЧ-лучей на орбитах вокруг Земли (ИСЗ).

2.    Концепция системы с дополнительными базами солнечных коллекторов на обратной (невидимой с Земли) стороне Луны вместо зеркал на орбите ИСЛ.

3.    «Упрощенная» концепция без зеркал на орбите ИСЛ и отражателей на орбите ИСЗ.

Концепции 1 и 2 обеспечивают непрерывное энергоснабжение Земли (за исключением периодов полных лунных затмений), а концепция 3 — прерывистое, только в периоды, когда Луна видна с того места, где расположена приемная антенна (ректенна).

По исходной (первой) концепции на Луне создается несколько пар баз с солнечными коллекторами и СВЧ-антеннами. По возможности, они располагаются ближе к периметру Луны, чтобы наибольшее время была освещена хотя бы одна из них. В связи с тем, что видимая с Земли сторона Луны периодически (ежемесячно) оказывается полностью в тени, вокруг Луны запускается серия спутников с отражателями солнечного света, освещающими коллекторы в период затенения.

На Земле сооружаются приемные ректенны и запускаются спутники-ретрансляторы СВЧ-излучения. Ректенны получают энергию либо непосредственно с Луны, либо через спутники-ретрансляторы. По мысли автора при такой схеме ЛЭС будет обеспечено постоянное (без перерывов) энергоснабжение Земли. Предполагался 40-летний срок развития (строительства) ЛЭС до 20 ТВт (получаемых на Земле) и 30-летний срок последующей эксплуатации. При этом удельные капиталовложения будут составлять 400 долл./кВт, а себестоимость электроэнергии — 0,002 долл./(кВтхчас).

Всестороннее обсуждение задач, связанных с созданием ЛЭС, показало, что они могут быть технически решены при изготовлении основных ее элементов на Луне из лунных материалов при соответствующей модификации и корректировке масштабов системы. Для этого там должны быть созданы обитаемые лунные базы и максимально автоматизированные и роботизированные производства, включая производство топлива для ракет.

По мнению ученых Сибирского отделения РАН, проект привлекает своей огромной мощностью, а также очень хорошими удельными экономическими показателями. Последние объясняются относительно низкими затратами на космическую (лунную и орбитальную) часть системы — они составляют лишь 13% полных затрат. Достигается это максимальной механизацией и роботизацией работ по добыче лунных материалов и производству элементов системы на Луне. Предполагается, что персонал, находящийся на Луне и орбитах, составит всего около 5 тыс. человек. «Земные» затраты в космическую часть системы будут состоять в соответствующих НИР и ОКР, запуске на Луну и орбиты некоторого минимума материалов и оборудования, необходимых для создания обитаемых баз, налаживания производства и жизнеобеспечения персонала, зарплате персонала и расходах на его периодическую замену. Все остальное, включая изготовление механизмов-роботов и всевозможных конструкций, монтаж элементов, получение топлива для ракет, будет осуществляться непосредственно на Луне.

Хотите быть не гениальным конструктором, разрабатывающим системы передачи энергии космос-космос, а накаченным мачо, на которого заглядываются женщины? В этом случае вам определенно точно следует перейти по ссылке по ссылке. Здесь вы найдете медицинские препараты, которые позволят максимально быстро и эффективно развить вашу мускулатуру!

В нашем примере для существующего технологического уровня в системе передачи энергии для межорбитальной транспортной системы выбран ИК диапазон передачи с использованием лазерных диодов в качестве источника излучения и GaAs ФЭП в качестве преобразователя ИК излучения в электроэнергию. Межорбитальная транспортная система состоит из двух основных элементов — межорбитальных буксиров и энергостанций (ЭС), с которых осуществляется передача энергии на буксир. Минимальная конфигурация транспортной системы включает в себя один МБ и три ЭС, необходимых для обеспечения постоянной видимости хотя бы одной ЭС с любой точки орбиты МБ. Существует функциональное разделение между МБ и ЭС. Конструкция МБ и его агрегатный состав выбраны, исходя из критерия минимизации массы, требуемой для выполнения транспортной операции в заданное время, т.е. тяговооружен-ность МБ должна быть максимальна. Конструкция ЭС и ее агрегатный состав выбраны исходя из критерия обеспечения максимального ресурса и высокого КПД беспроводной передачи энергии.

Учитывая опыт РКК «Энергия» в области разработки межорбитальных буксиров на базе мощных термоэмиссионных ЯЭУ, в качестве источника энергии рассматривалась ЯЭУ электрической мощностью 600 кВт. ЭС совершает только одну транспортную операцию за все время эксплуатации — перелет на рабочую орбиту. В процессе эксплуатации межорбитальной транспортной системы ЭС выполняет только передачу энергии на МБ и необходимую коррекцию собственной орбиты.

Орбита, на которой находятся ЭС, должна выбираться исходя из требования минимизации расстояния, на которое передается энергия, требуемая МБ для выполнения транспортной операции. Для выполнения транспортных операций на ГСО орбита для размещения ЭС должна быть круговой, высотой -20000 км. Ввиду того, что оптимальная по критерию минимума дальности передачи орбита попадает в радиационный пояс Земли, требуются дополнительные исследования для уточнения параметров предложенной орбиты.

В процессе выполнения транспортной операции МБ в каждый момент времени принимает энергию только с одной ЭС. Использование нескольких ЭС в одной системе во многом обусловлена стремлением увеличить мощность на МБ без увеличения проектной мощности ЯЭУ энергостанции. Поэтому в состав каждой ЭС должна входить система ретрансляции ИК-излучения от соседних ЭС (например, зеркала) либо накопитель энергии, аккумулирующий энергию в период, когда станция не ведет передачу на МБ, и отдающий ее в сеансах передачи энергии. Несмотря на большие требуемые емкости накопителя энергии, предварительные оценки показали реализуемость подобного рода накопителей при их приемлемой массе.

Одним из важнейших критериев качества межорбитальной транспортной системы является удельная стоимость выведения полезного груза на ГСО. В общем случае к числу оптимизируемых проектных параметров должны относиться: мощность источника энергии ЭС, количество ЭС в составе системы N_эс, емкость накопителя энергии ЭС (и, соответственно, продолжительность одного сеанса ретрансляции мощности на МБ), количество МБ, удельный импульс ЭРДУ МБ, параметры рабочей орбиты ЭС и др.

В работе с целью выявления принципиальных возможностей транспортных систем на базе беспроводной передачи энергии была рассмотрена система с заданным числом ЭС (N_эс = 3) и одним МБ. МБ совершает рейсы между низкой околоземной орбитой и ГСО. На низкую околоземную орбиту посредством PH выводятся грузовые контейнеры с полезной нагрузкой и запасом рабочего тела на один рейс буксира. ЭС предназначены для выработки энергии и передачи ее на МБ, где она используется в ЭРДУ.

Каждая ЭС включает источник энергии, излучающую (передающую) систему, систему наведения (на межорбитальный буксир), а также систему ретрансляции энергии от других станций (либо накопитель энергии). Источник энергии — ЯЭУ мощностью 600 кВт и массой около 7000 кг. В состав ЭС входит также приборный отсек на раздвижной ферме и ЭРДУ (на базе ДАС) с запасом рабочего тела (висмута) для однократного перевода энергетической станции с РБО на рабочую орбиту, коррекций рабочей орбиты и последующего увода ЭС на орбиту захоронения после исчерпания ресурса. Таким образом, ЭС, по сути, представляет собой одноразовый межорбитальный буксир с излучающей системой и системой наведения в качестве полезного груза. В качестве излучающей системы используется инфракрасный лазер с системами охлаждения и фокусировки излучения.

На межорбитальном буксире установлен приемник-преобразователь энергии, ЭРДУ, а также ряд служебных систем, превращающих буксир в автономный КА, включая систему сближения и стыковки с грузовыми контейнерами на низкой околоземной орбите.

Система развертывается и функционирует следующим образом. Сначала осуществляется выведение на рабочую орбиту энергетических станций. Каждая энергетическая станция выводится на низкую околоземную орбиту PH типа «Протон», а затем переводится на РБО посредством одноразового разгонного блока типа «Фрегат». На РБО осуществляется запуск ЯЭУ, и ЭС посредством ЭРДУ выводится на рабочую орбиту. После развертывания группировки ЭС отдельным запуском на низкую околоземную орбиту выводится многоразовый МБ. Полезный груз, доставляемый на ГСО, а также рабочее тело для ЭРДУ МБ на один рейс выводятся в составе грузового контейнера на низкую околоземную орбиту, где к нему стыкуется МБ. Затем МБ, получающий энергию от ЭС, осуществляет перелет на ГСО и обеспечивает выведение полезного груза в их расчетные точки стояния, после чего возвращается на низкую орбиту.

Схема функционирования транспортной системы из трех ЭС и одного МБ: НОО — низкая околоземная орбита; ГСО — геостационарная орбита;
ГК — грузовой контейнер; МБ — межорбитальный буксир; ЭС — энергетическая станция; КА — космический аппарат; ПГ — полезный груз; 1 — выведение ГК с ПГ на НОО; 2 — стыковка ГК и МБ; 3 — перелет МБ с ГК на ГСО; 4 — разведение КА (полезный груз) по точкам стояния посредством МБ; 5 — возвращение МБ с ГСО
на НОО за новым ГК

Принципиальная схема системы представлена на рис. выше.

С точки зрения эффективности выполнения транспортных операций основополагающее значение имеют две характеристики — полный КПД передачи энергии от бортового источника ЭС до ЭРДУ межорбитального буксира (η_Σ) и удельная масса многоразового межорбитального буксира (γ_мб), равная отношению его сухой (без рабочего тела на перелет и полезного груза) массы к мощности, подводимой к ЭРДУ. Было показано, что даже при относительно низких энергомассовых характеристиках системы передачи энергии (при полном КПД 15-20%) может быть достигнута удельная стоимость транспортировки полезного груза, меньшая, чем при использовании буксиров с ЯЭРДУ (на 10-20%). Имеется достаточно широкая область значений η_Σ и γ_мб, при которых удельная стоимость транспортировки может быть снижена, по сравнению с буксирами на основе ЯЭРДУ, на 20% и более.

Считаете, что в космосе сокрыто множество тайн, разгадка которых сможет приоткрыть завесу тайны над вашим прошлым и будущим. Тогда рекомендую вам купить руны, позволяющие обуздать энергию космоса и использовать ее в своих целях. Подробности на magic-kniga.ru!

Технология беспроводной передачи энергии, используемая в КСЭС, может также с успехом применяться и в других программах, где требуется транслировать энергию с одного КА на другой.

Основными причинами, которыми может быть обусловлена целесообразность использования принципов беспроводной передачи электроэнергии в той или иной энергетической космической системе (несмотря на неизбежные потери электрической мощности в канале передачи) являются следующие:

—    невозможность либо нецелесообразность использования ядерной или солнечной энергетической установки большой мощности в составе КА в силу особенностей его целевого назначения и/или условий функционирования при большой потребной мощности системы электропитания;

—    необходимость энергоснабжения нескольких пространственно разделенных потребителей от одной космической энергостанции;

—    неприемлемо высокая удельная масса и/или относительно небольшой ресурс энергетической установки, приводящие к целесообразности разделения источника энергии и потребителя;

—    возможность повышения эффективности КА за счет покрытия пиковых электропотреблений посредством беспроводной передачи энергии без увеличения проектной мощности автономных энергоустановок КА.

Каждая из указанных причин может быть проиллюстрирована конкретными примерами. Использование энергетической установки большой мощности практически невозможно в составе долгоживущего низкоорбитального КА с высотой орбиты 200-300 км, так как ЯЭУ не может быть использована из соображений радиационной безопасности, а солнечные батареи большой площади будут создавать слишком большое аэродинамической сопротивление, ведущее либо к быстрому сходу КА с орбиты, либо неприемлемо большому расходу топлива на ее поддержание. В этом случае может оказаться целесообразным энергоснабжение КА обеспечивать энергетической станцией, расположенной на более высокой орбите. При этом площадь приемника излучения должна быть значительно меньше площади солнечных батарей, обеспечивающих аналогичную мощность.

Другим примером может служить КА для проведения экспериментов в условиях микрогравитации. Потребный уровень микроускорений может быть столь низким, что становится невозможным размещение на борту энергоустановок с движущимися частями (например, ориентируемых солнечных батарей), а выбор орбиты (например, орбита международной космической станции высотой 350-400 км) может исключить использование ЯЭУ, а высокая потребная мощность и большой ресурс — электрохимические генераторы и химические источники тока. Одним из возможных путей решения проблемы является передача энергии от находящейся поблизости (но механически не связанной с КА) энергетической станции.

В ряде случаев представляет интерес энергоснабжение нескольких пространственно разделенных потребителей от одной энергостанции. Примером может служить сеть малых исследовательских зондов на поверхности Луны (либо других тел Солнечной системы), оснащенных в качестве источников электропитания буферными аккумуляторными батареями, периодически подзаряжаемыми от энергетической станции, размещенной на орбите.

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»).