Актуальная тема

ПЕРСПЕКТИВЫ КОСМИЧЕСКОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ЗЕМЛИ

В недалеком будущем на развитие цивилизации будет влиять ряд новых факторов, которые ранее не обнаруживали себя в явной форме и которые имеют внутренние и внешние причины.
К внутренним причинам относятся: рост численности населения Земли, которое согласно научным прогнозам может достигнуть к концу XXI века 12 млрд человек и приблизиться к предельному значению (15…20 млрд человек). Энергопотребление современной цивилизации постоянно увеличивается. Это касается всех сторон жизни человечества: промышленности, транспорта, сельского хозяйства, обеспечения все более разнообразных потребностей людей; бурное экстенсивное развитие энергетики, базирующейся в основном на углеродном и углеводородном топливе (нефть, газ), и, в особенности, опережающее развитие наземного транспорта приводят к изменению климата. В настоящее время энергопотребление по первичным источникам энергии (уголь, нефть, газ, атомная энергия, гидроэнергетика) составляет 16 ТВт. Если использовать существующие технологии, то при темпах роста 1,5 % в год через 100 лет может приблизиться к 100 ТВт - предельному экологическому значению, которое может выдержать биосфера планеты.
К внешним причинам относятся: регулярное падение на Землю крупных метеоритных и кометных фрагментов. Фрагменты типа "Тунгусский метеорит" (диаметром около 100 м и массой примерно 233 тыс. тонн) падают на Землю с периодичностью один раз в 100 лет. Такая катастрофа создает на площади 60 х 60 км поражающий эффект, аналогичный взрыву боеприпаса с тротиловым эквивалентом 15 Мт (атомная бомба, сброшенная на Хиросиму, имела тротиловый эквивалент 0,02 Мт). Космическое тело, угодившее не так давно в Юпитер, вызвало взрыв, объем облака которого сравним с объемом нашей планеты. "Космическая опасность" - угроза абсолютно реальная и вовсе не исчерпывается опасностью, генерируемой одними странами Земли в отношении других через околоземное космическое пространство. Периодичность изменения положения магнитных полюсов Земли каждые 200 тыс. лет. По прогнозам ученых ближайшая перемена мест Северного и Южного магнитных полюсов произойдет примерно через 2000 лет. Магнитное поле Земли на какой-то период времени исчезнет, и Земля лишится магнитной защиты от ионизирующей радиации, которая обусловлена солнечными вспышками и галактическим излучением. Защита цивилизации от такого катаклизма потребует некоего технического решения, проработкой которого целесообразно заняться уже сегодня.
Всю совокупность сформулированных выше проблем объединяет тот факт, что для их решения человечество нуждается в альтернативных источниках энергии, существенно отличающихся от используемых в настоящее время.

Поиски экологически чистой энергетики приводят к пониманию необходимости переноса производства наиболее энергоемких и экологически опасных материалов, и в том числе выработки электроэнергии, в космос с дистанционной передачей ее на Землю. О такой перспективе говорил еще в 1928 г. Константин Эдуардович Циолковский в работе "Будущее Земли и человечества": "Солнечная энергия - главное, только мы не умеем ею пользоваться…Только наше невежество заставляет нас пользоваться ископаемым топливом".
Разрабатываемая в России концепция глобальной космической системы производства энергии опирается на следующие принципы: глобальное, региональное, местное энергообеспечение является общепланетной социально-политической проблемой; управление экологической безопасностью должно осуществляться на основе космического мониторинга с использованием "зеленых" тарифов за энергию, которые должны учитывать социальную значимость энергоносителя; государства должны наладить поддержку развития возобновляемых источников энергии (гидротехника, солнечные и ветровые генераторы, приливные морские электростанции) с оптимизацией регионального и местного состава таких источников энергии; долю электроэнергии, производимой на атомных станциях, необходимо оптимизировать; следует определить оптимальное сочетание энергетики наземного и космического базирования; для выработки, аккумулирования, передачи энергии и устранения негативных последствий роста энергообеспечения населения следует использовать авиационно-космические технологии (как наиболее развитые).
Система освещения с орбиты приполярных городов Земли полярной ночью была рассмотрена в Техническом предложении, разработанном в 1992 г. Центром Келдыша и РКК "Энергия" им. Королева. Ее предлагалось использовать для освещения Норильска, а также других городов в период с ноября по февраль, начиная с 8 часов утра до 16 часов местного времени.
Освещение производится отраженным солнечным светом с помощью плоского тонкопленочного рефлектора, вращающегося на околоземной орбите. Эффективность метода обусловлена многими факторами, и в первую очередь благотворным психологическим воздействием на население при организации солнечного освещения полярной ночью. Освещение орбитальным источником отличается гораздо большей экологической чистотой по сравнению с электрическим освещением, так как последнее полезно использует примерно 1 % энергии (в основном углеводородного топлива).
Указанный метод освещения целесообразно применять и для определенных районов моря. В результате возрастут рыбные запасы. Благодаря дополнительной подсветке может быть достигнуто существенное повышение продуктивности сельских хозяйств в северных широтах.
На втором этапе развития системы космического энергоснабжения предполагается организовать на орбите преобразование энергии светового излучения Солнца в СВЧ-энергию, которая затем по узконаправленному лучу "сбрасывается" на Землю. Этот способ передачи энергии сопряжен с определенной экологической опасностью. Избежать ее можно, если СВЧ-излучение с длиной волны 0,5 см передавать с помощью параболической антенны на приемную антенну (ректенну), расположенную на высоте 10 км на привязном аэростате. СВЧ-излучение с указанной длиной волны беспрепятственно проходит через верхние слои атмосферы, но на высотах менее 10 км оно резонансно поглощается молекулами кислорода.
К концу XXI века реально создать космический сегмент энергетики суммарной принимаемой мощностью на Земле на уровне 4 ТВт. Это составит 8 % от всех мощностей по первичным энергоносителям с учетом внедрения в наземную энергетику новых технологий. Реальность проекта зависит от трех факторов: числа оборудованных космодромов; численности и эффективности ракет-носителей; оптимальной модульности космической электростанции.
В настоящее время на Земле действует 22 космодрома. Реально рассчитывать, что к 2030 г., когда начнется развертывание космического сегмента энергетики, их станет 24.
В отношении флота ракет-носителей следует отметить, что разрабатываемые в настоящее время технологии позволят создать к 2015-2020 гг. двухступенчатую ракету-носитель РН-35. Она будет иметь первую ступень многократного использования и грузоподъемность 35 т. Стоимость выведения килограмма грузов таким носителем составит примерно $1000, а надежность ракеты-носителя должна быть доведена до 0,9995. К 2030 г. на ее основе планируется создать ракету-носитель РН-70 грузоподъемностью 70 т (стоимость 1 кг - $300…500). Применение ракет позволит выводить на опорную орбиту космическую электростанцию с суммарной электрической мощностью солнечных батарей 15 МВт, созданной на основе модуля мощностью 6 МВт.
Учитывая, что для подготовки повторного старта ракеты-носителя многократного применения потребуется около одной недели, получается, что одна стартовая позиция может обеспечить 52 пуска в год. Если разместить на космодроме пять стартовых позиций, то каждый космодром должен иметь, как минимум, пять ракет-носителей типа РН-70. Таким образом, к концу XXI века мировой флот ракет-носителей многократного применения должен иметь примерно 120 ракет-носителей типа РН-70, что представляется реальным. Для сравнения: мировой парк самолетов Boeing 747 со стартовой массой 320…378 т насчитывает около 1000 машин.
Даже с преодолением сложнейших задач, все равно остаются две проблемы, решение которых можно искать только совместными усилиями промышленно развитых стран.
Первая проблема связана с заметной экологической нагрузкой на биосферу, создаваемой примерно 6000 пусками ракет-носителей в год. Ее следует сопоставлять с экологической опасностью, порождаемой традиционными технологиями в энергетике и на транспорте.
Вторая проблема связана с необходимостью расширения списка стран, использующих современные космические технологии, при осуществлении непрерывного приема и транспортировки переданной из космоса энергии.
Применение новой техники в глобальном масштабе невозможно без согласованной деятельности науки и промышленности различных стран.