»скусственное —олнце: плюсы и минусы проектов

»скусственное —олнце: плюсы и минусы проектов

”ченые давно задумывались о том, что хорошо бы создать альтернативный источник солнечного света, который был бы особенно востребованным в осенне-зимний период. ќчевидно, что до полноценного искусственного —олнца еще далеко, однако многое человечеству под силу уже сейчас. „то могут предложить ученые и какова основна€ преграда?

Ќаступила осень, и скоро нас всех ждут короткие дни и длинные темные ночи. ј в некоторых регионах планеты бывают и пол€рные ночи, когда —олнце утром вовсе не по€вл€етс€ из-за горизонта или восходит лишь на короткое врем€, иногда менее получаса.

  сожалению, уличные фонари никогда не замен€т солнечного света. Ќо можно ли найти другое решение? ћогут ли современные технологии обеспечить нам искусственное —олнце?

«вучит, конечно, грандиозно, но на самом деле кое-что мы уже способны сделать. –ечь идет о космических зеркалах, которые могли бы отражать солнечный свет и освещать определенные регионы «емли в темное врем€ суток. ѕодобные космические Ђсолнечные зайчикиї пригод€тс€ не только дл€ освещени€ городов, автострад и других повседневных нужд, но и, например, дл€ экстренного освещени€ зоны стихийных бедствий или боевых действий.

—ветлое Ђзнам€ї над миром

ѕервые опыты в области разработки Ђкосмического прожектораї осуществила –осси€. Ёто закономерно, учитыва€ огромные пространства и большое количество северных городов. ѕроект Ђ«нам€ї был многообещающим и началс€ вполне успешно.

14_art_sun1.jpg –ис. 1.  осмический корабль Ђѕрогрессї стал первым управл€емым космическим зеркалом, которое осветило «емлю.

–оссийские ученые планировали вывести на орбиту 20-метровое зеркало, которое должно было осветить «емлю ночью. ѕоскольку монолитное металлическое зеркало такого диаметра на орбиту вывести невозможно, было решено использовать зеркало из тонкой светоотражающей пленки. –азворачивание столь большого полотнища из тончайшего непрочного материала само по себе €вл€етс€ сложнейшей инженерной задачей. ¬ итоге была выбрана довольно Ђмудрена€ї конструкци€: на борту грузового космического корабл€ Ђѕрогресс ћ-15ї устанавливалось восемь катушек с полосами светоотражающей полиэтилентерефталатной пленки толщиной всего 5 мкм.

ƒанна€ пленка сегодн€ широко используетс€ практически повсеместно: от упаковки продуктов до создани€ металлизированных солнечных парусов.

Ќа орбите космический корабль должен был начать вращатьс€, а катушки постепенно разматывать пленку. ѕод действием центробежной силы зеркало разворачивалось, а специальное гибкое кольцо обеспечивало круглую форму зеркала.

14_art_sun2.jpg –ис. 2. ѕроект Ђ«нам€ї доказал эффективность космического зеркала в деле освещени€ больших участков земной поверхности.

4 феврал€ 1993 года эксперимент Ђ«нам€-2ї был успешно осуществлен. ƒвадцатиметровое зеркало из тончайшей алюминизированной пленки развернулось в штатном режиме и осветило «емлю. ѕоскольку Ђѕрогресс ћ-15ї мчалс€ по орбите с огромной скоростью, Ђсолнечный зайчикї диаметром около 5 км проносилс€ по поверхности «емли так же быстро Ц со скоростью 8 км/с. ѕоэтому Ђволшебного восходаї посреди ночи жители ≈вропы не наблюдали Ц лишь €ркую вспышку в небе. ѕ€тно света от Ђ«намени-2ї пробежало от ‘ранции до Ѕеларуси, где его застал восход —олнца.

Ќесмотр€ на то, что над ≈вропой была сплошна€ облачность, многие люди видели вспышку света. Ќемецкие метеорологи даже зафиксировали освещенность от светового п€тна Ђ«намени-2ї, она составила приблизительно 1 люкс (1 люмен на квадратный метр). ƒл€ сравнени€, €ркость 60-¬т лампочки накаливани€ составл€ет 700Ц800 люмен. Ќа первый взгл€д, космическое зеркало светило совсем тускло, но следует помнить, что оно имело не такую уж и большую площадь отражающей поверхности, да, к тому же, освещало не комнату в 10 кв. м, а круг диаметром 5000 м.

¬ целом ученые сравнили свет от Ђ«намени-2ї со светом полной Ћуны, что дл€ 20-м зеркала очень неплохо.

Ёксперимент Ђ«нам€-2ї привлек внимание мировой общественности и доказал возможность освещени€ «емли с помощью космического зеркала. ѕоэтому российские ученые подготовили следующий эксперимент этой серии Ц Ђ«нам€-2,5ї. Ёто был переходный этап перед созданием Ђполнофункциональногої 200-м зеркала, которое могло бы освещать на пор€док большие регионы.

¬ Ђ«намени-2,5ї использовались те же технологии, что и в первом эксперименте, только зеркало было на 5 м больше Ц диаметром 25 м. ќно должно было дать световое п€тно размером около 8 км.

4 феврал€ 1999 года зеркало, установленное на борту транспортного космического корабл€ Ђѕрогресс ћ40ї, начало разворачиватьс€, но зацепилось за антенну и запуталось в ней. Ёксперимент не удалс€, и корабль затопили в океане. “ретий проект, Ђ«нам€-3ї так и не состо€лс€.

Ѕудущее космических зеркал

¬ июне 2012 года в »талии прошла 25-€ международна€ конференци€ ECOS 2012, посв€щенна€ перспективным пут€м развити€ экологически чистой энергетики. Ќа этом меропри€тии также обсуждались и преимущества космических зеркал, освещающих «емлю.

ƒело в том, что наша планета получает от —олнца 2×1014  ¬т энергии, а на рассто€нии геостационарной орбиты (35 786 км) Ц в 45 раз больше. ¬ынос коллекторов, собирающих энергию —олнца, в космос решает многие проблемы. ѕрежде всего, это экономит полезное пространство, поскольку огромные пол€ солнечных панелей на «емле будут занимать слишком много места, потребуют мощных опорных конструкций, силовых приводов дл€ слежени€ за —олнцем и т.д. Ќо, к сожалению,  ѕƒ современных солнечных панелей очень низок, и они за свой срок службы в космосе попросту не окуп€тс€.

ƒругое дело зеркало: относительно дешева€ и проста€ конструкци€ без сложной электроники может направл€ть дополнительный солнечный свет на небольшие наземные коллекторы, а также освещать города и сельскохоз€йственные угодь€.

ѕлотность солнечной энергии в обычный погожий летний день на нашей планете в среднем равна 1,36  ¬т/м2. “аким образом, заменить солнечный свет солнечным же Ђзайчикомї, в общем-то, не так уж и сложно. —оздание больших зеркал размером с небольшую страну до недавнего времени было фантастикой. ќднако с по€влением современных компьютерных технологий создание массива отдельных автономных аппаратов, работающих в единой сети, €вл€етс€ технологически решаемой задачей.

14_art_sun3.jpg –ис. 3. ѕо этой формуле каждый может рассчитать диаметр зеркала и высоту орбиты, необходимые дл€ освещени€ его родного населенного пункта.

 лючевым вопросом остаетс€ лишь вывод большой массы грузов на орбиту. —тоимость вывода тонкопленочного зеркала сегодн€ составл€ет несколько тыс€ч долларов за килограмм. ≈сли брать далеко не самое современное зеркало проекта Ђ«нам€ї с плотностью 22 г/см2, то получаетс€ весьма Ђгрустна€ї сумма, котора€ большинству стран не по карману. Ќо современные технологии позвол€ют создать зеркала с вдвое меньшей массой.

  тому же, в насто€щее врем€ разрабатываютс€ проекты т€желых ракет-носителей, вроде американской SLS, способной выводить на низкую околоземную орбиту 140 тонн груза.

ѕо расчетам специалистов Ќј—ј, вывод зеркала диаметром 1 км стоит 80,3 млн долл. или 102,3 долл. за 1 кв.м*. ƒл€ реализации масштабных проектов требуетс€ радикальное снижение стоимости вывода грузов на орбиту: приблизительно до 200 долл. за килограмм груза.

≈сть и другой нюанс. ƒело в том, что чем выше орбита, тем больше по размеру солнечный Ђзайчикї и меньше энергии направл€етс€ на квадратный метр поверхности. Ќапример, при орбите высотой 800 км дл€ передачи солнечного света с плотностью энергии 1  ¬т на 1 м2 земной поверхности и непрерывного освещени€ выбранного участка «емли достаточно лишь нескольких дес€тков зеркал площадью 1 кв. км (дл€ сравнени€, площадь основани€ пирамиды ’еопса равна 0.05 кв. км, т.е. в 50 раз меньше). Ќа геостационарной орбите высотой 35,8 тыс. км дл€ достижени€ того же уровн€ освещенности придетс€ сооружать зеркало площадью 150 тыс. кв. км Ц это меньше площади Ѕеларуси (207 тыс. кв. км) и составл€ет примерно половину площади ѕольши. Ёто, безусловно, гигантское зеркало, но оно смогло бы непрерывно освещать огромный регион: в круге диаметром 3329 км Ц это территори€ от —моленска до Ќовосибирска и от северной морской границы –оссии до китайской границы с  иргизией, попутно свет накрыл бы весь  авказ и  азахстан.

ѕри этом данна€ территори€ за год получала бы дополнительных 41200 Ёƒж энергии, при нынешнем общепланетном потреблении в 500 Ёƒж.

14_art_sun4.jpg –ис. 4. —овременные технологии позвол€ют разворачивать в космосе намного более легкие и крупные зеркала, чем 20-м Ђ«нам€ї.

ѕравда, создание такого зеркала €вл€етс€ делом очень неблизкого будущего, поскольку при современных ракетных технологи€х вывести на орбиту такой комплекс можно будет минимум за несколько сотен лет, да и то усили€ми всей планеты. “акже довольно трудно спрогнозировать, насколько радикально изменит климат и функционирование биосистем такое зеркало, создающее Ђвечный летний деньї. ј ведь цикл дн€ и ночи очень важен дл€ всего живого, к тому же дополнительна€ теплова€ энерги€ создаст совершенно новый климатический фактор.

ѕереломный момент

„еловечеству уже по силам собрать в космосе зеркало, которое будет светить в дес€тки раз €рче, чем полна€ Ћуна. ¬ыгода налицо: дл€ освещени€ используетс€ Ђбесплатна€ї энерги€ —олнца; осветить можно сразу крупный регион или город; в несколько раз повысить отдачу энергии наземных солнечных электростанций; космическа€ система освещени€ не боитс€ никаких земных катаклизмов вроде землетр€сений и ураганов. “акже подобное зеркало могло бы продлить вегетационный период полезных растений.

—ложности реализации крупных проектов космических зеркал по-прежнему заключаютс€ лишь в несовершенстве технологий вывода грузов в космос. Ќа геостационарной орбите (оптимальной дл€ зеркала) нужно сооружать космическое зеркало огромной площади. ¬ свою очередь, на более низких круговых орбитах дл€ непрерывного освещени€ участка «емли придетс€ использовать множество отдельных зеркал, что также отнюдь не удешевл€ет проект и к тому же упираетс€ в проблему космического мусора. Ќо, так или иначе, у человечества есть интересна€ возможность повысить комфортность своего обитани€ не в рамках отдельно вз€того помещени€, а крупного города или целого региона. ¬ ближайшем будущем, возможно, по€в€тс€ новые технологии доставки грузов в космос, будут созданы технологии изготовлени€ космических зеркал с помощью, например, наночастиц на основе метаматериалов. » тогда, наконец, человечество сможет реализовать давнюю мечту и создать свое искусственное —олнце в ночном небе.

јвтор: ћихаил Ћевкевич.

Nanonewsnet.ru


  • ƒата публикации: 01.10.2012
  • 2551
ќќќ Ђƒ≈Ћќ¬џ≈ —»—“≈ћџ —¬я«»ї
ќтраслевой информационно-аналитический портал, посв€щЄнный энергетике Ѕеларуси. јктуальные новости и событи€. ѕодробна€ информаци€ о компани€х, товары и услуги.
220013
–еспублика Ѕеларусь
ћинск
ул. ул. Ѕ. ’мельницкого, 7, офис 310
+375 (17) 336 15 55 , +375 (25) 694 54 56 , +375 (29) 302 40 02 , +375 (33) 387 08 05
+375 (17) 336 15 56
info@energobelarus.by
ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

191611654
5
5
1
150
150