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.

Обязательно приступите к изучению системы передачи энергии космос-космос, но только после того, как закончите делать ремонт в своем доме. Тем более, что вам всего-то и осталось, что оценить качество современных деревянных окон и принять решение по их усстановке. Такие окна не только обладают отличными эксплуатационными и шумоизоляционными характеристиками, но и отлично вписываются в любое дизайнерское решение.

---

Возможно также создание энергетической системы, включающей одну, либо несколько энергостанций, обеспечивающих электропитанием (полностью или в период пиковых нагрузок) группировок КА. Так, мощная солнечная или ядерная космическая энергостанция, размещенная на относительно низкой орбите, могла бы снабжать электроэнергией группировку КА, размещенных, например, на ГСО. При этом КА должны быть оснащены буферными аккумуляторными батареями и приемниками излучения от системы беспроводной передачи энергии. Суммарная масса и габариты данного оборудования могут оказаться существенно меньше масс и габаритов автономных энергоустановок КА. При этом снижаются затраты на выведение КА и их эксплуатацию.

 

Однако наиболее ярко преимущества систем с беспроводной передачей энергии могут проявиться в космических транспортных системах. Энергетические установки большой мощности востребованы для создания космических транспортных аппаратов — межорбитальных буксиров (МБ), оснащенных ЭРДУ Важной характеристикой МБ является их удельная масса (отношение массы МБ к электрической мощности ЭРДУ), от которой зависит эффективность выполнения транспортных операций (от данного параметра зависит масса полезного груза, доставляемая на целевую орбиту и оперативность доставки). Удельная масса МБ определится в первую очередь удельной массой его энергетической установки. Использование в транспортной системе элементов беспроводной передачи энергии позволяет снизить удельную массу МБ за счет отсутствия в его составе собственно автономной энергетической установки — масса приемника-преобразователя электромагнитного излучения канала передачи энергии должна быть существенно меньше. Кроме того, располагая сравнительно маломощными энергетическими установками в составе энергостанций, можно получить большую мощность в ЭРДУ буксира за счет приема энергии поочередно от нескольких станций (в период, когда энергостанция не излучает мощность, идет процесс ее накопления). В этом случае удельная масса МБ также снижается за счет отнесения массы элементов конструкции и служебных систем МБ к большему значению электрической мощности, подводимой к ЭРДУ

 

В случае использования ЯЭУ система беспроводной передачи энергии позволяет осуществлять стыковки многоразового МБ с модулями полезной нагрузки непосредственно на низкой околоземной орбите, куда они выводятся PH. Отпадает необходимость доставки полезной нагрузки на радиационно-безопасную орбиту (РБО) межорбитального буксира (высотой 800-1000 км), что сопряжено с дополнительными затратами.

 

Использование принципа беспроводной передачи энергии накладывает также значительно меньшие ограничения на энергомассовые и ресурсные характеристики энергоустановки: космическая энергостанция выводится на рабочую орбиту один раз, что допускает существенно худшие значения удельной массы. Имеется также возможность повысить ресурс энергетической установки за счет массы (многократное резервирование, меньшая энергонапряженность реактора в случае использования ЯЭУ, дополнительная радиационная защита электронного оборудования и т.п.). В принципе возможно техническое обслуживание энергетических станций на их рабочей орбите с заменой критически важных элементов.

 

В РКК «Энергия» была исследована межорбитальная транспортная система на базе технологии беспроводной передачи энергии применительно к задаче доставки грузов на ГСО. Для данной задачи предварительные оценки требуемой дальности передачи энергии позволяют оценить ее максимальное значение в 47000 км. В этом случае для СВЧ-диапазона при частоте излучения 2,45 ГГц диаметр апертуры излучателя может составить 1500 м, а апертуры приемника — 95 м. Для инфракрасного диапазона с длиной волны 0,8 мкм диаметр апертуры излучателя — 4 м, а апертуры приемника — 23 м. Исходя из полученных оценок размеров, предпочтительно использование ИК-диапазона.

 

Характерные значения КПД всего тракта передачи энергии составляют 30-50%, поэтому необходимо включение в состав передающей энергетической станции системы теплоотвода. Рабочий диапазон температур для элементов системы передачи энергии в инфракрасном диапазоне составляет 10-20°С для лазерных диодов и до 60°С для ФЭП. С учетом величины передаваемой мощности (100-1000 кВт) относительно невысокие уровни рабочей температуры приводят к довольно большим требуемым площадям холодильника-излучателя и росту массы системы охлаждения.

По мнению сайнсфриков, главное, а может, и единственное занятие представителей так называемой «официальной науки» — замалчивание сенсационных открытий. В реальности учёные не меньше простых смертных склонны из всех возможных объяснений предпочитать наиболее интригующие. Однако лишь до тех пор, пока речь идёт о предположениях — гипотезах. И экспериментальная проверка регулярно подрезает крылья фантазии… Но бывает очень трудно доказать, что в тёмной комнате нет чёрной кошки. Читать дальше>>

В лабораторных установках оптическая накачка применяется сравнительно давно, накоплен большой опыт в использовании различных рабочих тел, организации процессов накачки, генерации излучения и вывода его из установки. Тем не менее, использование этого принципа в мощных лазерах солнечных КСЭС сталкивается с рядом трудностей.

 

Во-первых, полный системный КПД таких энергоизлучающих систем (отношение оптической мощности лазера к падающей на коллектор мощности солнечного излучения) составляет всего 0,5-4%. Следовательно, КСЭС на базе подобных систем должны обладать огромными светособирающими поверхностями. Это не только приводит к большим габаритам и массам конструкции КСЭС, но и трудновыполнимым требованиям к солнечным коллекторам. При использовании принципа прямой солнечной накачки активной среды лазера последние представляют собой концентраторы солнечного излучения с высокими требуемыми степенями концентрации, к точности поверхности которых предъявляются жесткие требования, плохо совместимые с большими габаритами.

 

Во-вторых, обладающие необходимым для эффективной накачки активной среды коэффициентом концентрации солнечного излучения параболоидные концентраторы дают фокальное изображение в виде круга, что затрудняет равномерное возбуждение активной среды в протяженной лазерной трубке-резонаторе, располагаемой перпендикулярно оптической оси отражателя. Отчасти данная проблема может быть решена использованием дополнительных оптических элементов, например, устройства, состоящего из расположенной коаксиально с лазерной трубкой зеркальной трубки с внутренней отражающей поверхностью. Тем не менее, устранить принципиальные ограничения, связанные, например, с малым телесным углом подвода энергии, по всей видимости, не удастся. Поэтому рассматривались варианты накачки лазерных трубок тепловым излучением нагреваемых внутренних стенок полостного приемника.

 

В-третьих, малое значение полного КПД энергоизлучательной системы с прямой солнечной накачкой во многом связано с тем, что для накачки используется лишь узкая полоса солнечного спектра. Поскольку остальная часть спектра в значительной степени будет поглощена конструкционными элементами системы, необходимость их охлаждения может привести к неприемлемо большим мощности и массе системы теплоотвода. Частично эта проблема может быть решена за счет использования концентраторов с селективно-отражающими покрытиями.

 

Схема солнечной двухконтурной энергоизлучательной системы с тепловой накачкой и двумя концентраторами солнечного излучения:

1 — концентраторы; 2 — приемники сконцентрированного излучения;

3 — теплообменник лазерного контура; 4 — газодинамический лазер; 5 — диффузор; 6 — рекуператор лазерного контура; 7 — компрессоры; 8 — теплообменники системы отвода тепла; 9 — насосы циркуляционных контуров; 10 — холодильники-излучатели; 11 — рекуператор энергетического контура; 12 — турбина

 

Солнечные энергоизлучательные системы с тепловой накачкой отличаются тем, что в них энергия солнечного излучения преобразуется в тепловую, которая в дальнейшем используется для возбуждения рабочего тела газодинамических лазеров. В таких системах предлагается использовать два основных контура: машинный энергетический, функционирующий по циклу Брайтона (с регенерацией) или циклу Ренкина, и лазерный. При использовании в энергетическом контуре цикла Брайтона (газотурбинного преобразователя) тепловая энергия раздельно подводится к каждому контуру с помощью систем концентратор-приемник (рис. выше). В системе с циклом Ренкина (паротурбинной установкой) требуется только один приемник-концентратор для подвода энергии в энергетический цикл, а в лазерный контур энергия подводится посредством высокотемпературного компрессора (рис. ниже).

 

Схема солнечной двухконтурной энергоизлучательной системы с тепловой накачкой и одним концентратором солнечного излучения:

1 — концентратор; 2 — приемник-парогенератор; 3 — паровая турбина; 4 — насос;

5 — высокотемпературный компрессор; 6 — газодинамический лазер; 7 — диффузор; 8 — холодильник-излучатель; 9 — радиатор-конденсатор; 10 — рекуператор

---

Работаете в НИИ и разрабатываете проект орбитальной солнечной электростанции, но для его завершения необходимо использовать техническую документацию на иностранном языке, которого вы, к сожалению, не знаете. Именно поэтому я рекомендую вам заказать технический перевод у профессионалов с высоким опытом работы в данной области. Таких специалистов вы всегда сможете найти на сайте livion.ru.

---

Важный этап исследовательских работ в области КСЭС — выбор и обоснование структуры и параметров перспективных систем преобразования солнечной энергии в энергию направленного монохроматического электромагнитного излучения. При этом оценка эффективности преобразования должна проводиться на основе комплексного подхода и рассмотрения единой энергоизлучательной системы, охватывающей все элементы от источника первичной энергии (в данном случае — солнечный коллектор) до элемента, непосредственно генерирующего монохроматическое излучение. Более того, должны учитываться также параметры выходного излучения — его качество (пространственное распределение интенсивности), влияющее на требования к системе фокусировки, а также длина волны, от которой зависят как апертуры излучателя и наземного приемника, так и степень поглощения в атмосфере Земли. При сравнении КСЭС различных типов важно также учитывать вопросы охлаждения излучателей — систему теплоотвода, а также ряд специфических вспомогательных систем, присущих только данному конкретному типу КСЭС (например, систему преобразования электрической мощности для КСЭС с лазерами с электрической накачкой). Игнорирование наличия подобных вспомогательных систем может привести к ошибочным выводам при сравнительном анализе различных проектов КСЭС.

 

При рассмотрении энергоизлучательных систем, в которых осуществляется преобразование солнечного излучения в лазерное, выбор рациональных путей этого преобразования является достаточно сложным из-за существования нескольких принципиально различных способов получения активной среды, генерирующей лазерное излучение, а также вследствие возможности комбинации этих способов.

 

Схема путей преобразования энергии в энергоизлучающих системах

 

В работе многообразные пути преобразования энергии в солнечных энергоизлучательных системах на основе мощных лазеров обобщены и проиллюстрированы схемой, изображенной на рис. выше. Там же рассмотрены соответствующие возможные варианты структур энергоизлучательных систем различных классов и типов.

 

Все энергоизлучательные системы можно подразделить по способу накачки на три основных типа: с оптической, с тепловой накачкой и с электрической накачкой лазера.

 

Рассмотрим основные преимущества и недостатки каждого из этих типов систем, а также соответствующие возможные варианты структур энергоизлучательных систем.

 

Схема солнечной энергоизлучательной системы с прямой оптической накачкой рабочего тела лазера солнечным излучением:

1 — концентратор солнечного излучения; 2 — лазер; 3 — выходящее излучение;

4 — циркуляционный контур; 5 — холодильник-излучатель; 6 — насос

 

Солнечные энергоизлучательные системы с оптической накачкой лазера относятся к классу систем, ближе всего отвечающих по своей структуре целям их создания, поскольку не существует принципиальной необходимости в промежуточных ступенях преобразования в них солнечной энергии (рис. выше).

 

Анализ пригодности различных веществ к использованию в качестве активных сред лазеров таких систем показал, что существуют множество потенциально пригодных молекулярных соединений. Однако, наибольший интерес (с точки зрения КПД преобразования, требований к плотности потока излучения накачки и длины волны излучения лазера) представляют вещества, накачка и излучение которых относятся к ИК части спектра — СО, СO₂, N₂O. Интерес представляет также соединение CF₃J, накачка которого осуществляется видимым светом, а длина волны излучения (1,315 мкм) лежит в ИК-диапазоне.

 

Идея непосредственного преобразования солнечного излучения в лазерное наиболее просто реализуется в системах с прямой оптической накачкой, где сконцентрированный поток солнечных лучей направляется на активную среду, ограниченную прозрачной оболочкой.

Ко встрече с братьями по разуму люди начали готовиться задолго до наступления космической эры. Впервые вопрос о населённости других небесных тел встал в начале XVII века, когда Галилео Галилей рассмотрел на Луне горы. Мистический серебристый диск на небе обернулся миром, похожим на Землю! С этого момента населёнными стали считаться все планеты нашей системы, Солнце, а иногда и звёзды. Вывод о существовании инопланетян был сделан на основании логического умозаключения: если среди лунных гор никто не живёт, то зачем они там нужны? Читать дальше>>

Ранние проекты КСЭС отличались сравнительно большой мощностью единичной станции при огромных габаритах и массах. Однако более предпочтительным представляется развертывание системы энергоснабжения Земли из космоса на основе большого количества КСЭС умеренной мощности, что позволяет реализовать проект поэтапно.

 

Космическая система энергоснабжения Земли умеренной мощности, разработанная в ИЦ им. Келдыша, включает космический и наземный сегменты. В состав космического сегмента входит система орбитальных КСЭС, использующих солнечную энергию в качестве первичного источника мощности, которая транслируется наземному потребителю посредством СВЧ-излучения. Наземный сегмент состоит из приемных пунктов, включающих антенны для приема СВЧ-излучения (ректенны) и преобразователи энергии СВЧ-излучения в электроэнергию, используемую потребителями. Срок функционирования системы может составить 20-30 лет.

 

Рассматривалась концепция построения системы энергоснабжения Земли на основе группировки КСЭС, размещенных на низких околоземных орбитах. Был проведен анализ эффективности и определен выбор орбитального построения системы, сформированы требования к характеристикам КСЭС и параметрам всей системы энергоснабжения в целом по критерию обеспечения минимальных удельных капиталовложений и удельной себестоимости электроэнергии.

 

Рассматривались варианты солнечных батарей с ФЭП на основе аморфного кремния (αSi) с установочной мощностью 5 и 10 МВт, обеспечивающие выработку электроэнергии с напряжением на выходе 110 В. При удельной мощности солнечных батарей 100 Вт/м² в конце двадцатилетнего срока эксплуатации для мощности 5 МВт площадь батарей должна составлять 50х10³м² (2 панели с габаритами 160×160 м). Увеличение установочной мощности с 5 до 15 МВт при неизменной площади предполагается за счет повышения КПД ФЭП с 10% до 30% и, соответственно, удельной мощности до 300 Вт/м². При удельной массе солнечных батарей 0,67-2 кг/кВт (в зависимости от КПД) и удельной поверхности 0,2 кг/м² масса солнечных батарей для мощности 5-15 МВт составит 10т.

 

Для преобразования напряжения солнечных батарей с 110 В до 20 кВ и для преобразования электроэнергии в СВЧ-излучение КСЭС должны иметь преобразователь напряжения постоянного тока и преобразователь электроэнергии в СВЧ-излучение с КПД 0,97 и 0,8, соответственно, и удельными массами 1 кг/кВт и 0,2-0,5 кг/кВт соответственно (в сумме 1,2-1,5 кг/кВт). Масса преобразователей мощности на КСЭС мощностью 5-15 МВт и принятых удельных характеристик составит 7,5-18 т соответственно.

 

Для передачи энергии на Землю посредством СВЧ-излучения в состав КСЭС входит антенна с длиной волны λ порядка 3 см, которая обеспечивает прохождение луча через атмосферу с наименьшими потерями (КПД тракта передачи энергии — 0,9). Диаметр антенны D_ант связан с длиной волны λ и углом расходимости луча δ зависимостью:

D_ант =K_антxλ/δ

 

При удельной массе антенны 0,25 кг/м² (0,67-2 кг/кВт в зависимости от установочной мощности КСЭС) масса антенны 10т. Для крепления блоков, составляющих КСЭС, используется несущая ферма с удельной массой 0,33-0,6 кг/кВт.

 

Схема развертывания и обслуживания системы энергоснабжения Земли из космоса предполагает выведение КСЭС или составляющих ее блоков многоразовыми, либо частично многоразовыми PH на опорную орбиту с последующим довыведением их посредством межорбитальных буксиров с ЭРДУ на аргоне на орбиту сборки и обслуживания высотой порядка 450 км. Буксир может быть использован также для транспортировки КСЭС обратно на орбиту обслуживания для ремонта и восстановления в случае аварийной ситуации. Доставка КСЭС мощностью 5-15 МВт и массой 40-55 т на рабочую орбиту высотой 1700 км потребует затрат характеристической скорости на уровне -1250 м/с и использования ЭРДУ электрической мощностью 1,5 МВт с удельным импульсом -7000 с и запасом рабочего тела ~1т.

 

Суммарная масса КСЭС установочной мощностью солнечных батарей 5-15 МВт с учетом ЭРДУ с рабочим телом и запаса на неучтенные составляющие (10-15% от массы КСЭС в целом) может составить 55-60 т.

 

Наземный сегмент системы энергоснабжения Земли из космоса включает пункты приема энергии с КСЭС, в состав которых входят антенны
приема (ректенны), системы обратного преобразования СВЧ-излучения в электроэнергию и трансформаторы, обеспечивающие необходимое для потребителей напряжение. КПД ректенны (при параметре распределения плотности мощности по апертуре равном 1,5) равен 0,88, а суммарный КПД преобразователей принят равным 0,83.

Замок Нойшванштайн

Эксцентричность — черта, характерная для многих богатых людей. Одни постоянно подшучивают над своими гостями, другие издеваются над прислугой, а кое-кто запирается в одной комнате и двадцать лет живёт впроголодь, засыхая на горах злата-серебра. У некоторых богатых самодуров есть одно совершенно безобидное хобби, которое заслуживает отдельного исследования. Существуют богачи, одержимые идеей построить что-то невероятное, выделяющееся из общей массы зданий и сооружений. Порой это странное хобби занимает всё их свободное время и даже сводит их в могилу. Итак, перед нами — безумные строители! Читать дальше>>