Передача энергии из космоса на Землю — шаг вперед для человечества

Измерение цивилизаций во Вселенной

В космологии шкала Кардашёва — метод измерения уровня развития цивилизации. Хотя шкала Кардашева является теоретической, она описывает направление развития цивилизации, связанное с использованием энергии.

Соответственно, базовая космическая цивилизация делится на 3 уровня. Цивилизация I уровня способна эксплуатировать и использовать энергетические ресурсы планеты. Цивилизация II уровня способна разрабатывать и использовать энергетические ресурсы звезды (например, нашего Солнца) или других объектов Солнечной системы.

Моделирует статус трех типов цивилизаций, определяемый по шкале Кардашева. Фото: Вики

Цивилизация третьего уровня гораздо более продвинута, она способна овладеть и использовать энергию целой галактики, как в научно-фантастических фильмах о межгалактических войнах или межгалактических войнах.

Таким образом, если сравнивать с тремя указанными выше уровнями, то человеческая цивилизация находится на уровне I, когда она только использует имеющуюся энергию в или на поверхности Земли. Однако новые достижения в области космической науки и космологии показывают, что мы начинаем двигаться к космической цивилизации второго уровня, когда мы планируем использовать энергию или другие ресурсы из космических объектов.

А в этом году группа профессора электротехники Али Хаджимира из Калифорнийского технологического института (Калтех, Калифорния, США) приблизилась на шаг к плану производства солнечной энергии в космосе и передачи ее обратно на Землю. Этот небольшой шаг, в случае успеха, покажет, что человечество может войти в космическую цивилизацию второго уровня.

Моделирование солнечного энергоспутника CASSIOPeiA британской разработки. Солнечная энергия, собираемая из космоса, будет направляться в выбранную точку на поверхности Земли. Фото: Космическая солнечная энергия

Как получить энергию из космоса?

Профессор электротехники Хаджимир посвятил десятилетие исследованию способов запуска солнечных батарей в космос и передачи энергии обратно на Землю. В январе этого года его команда запустила Maple — прототип космической солнечной батареи длиной 30 сантиметров, оснащенный сверхлегким и гибким передатчиком. Целью этого передатчика является сбор энергии Солнца и передача ее по беспроводной связи в космос. В результате собранного командой количества электроэнергии хватило бы для включения пары светодиодных фонарей.

Однако долгосрочная цель исследователей — выяснить, сможет ли Мейпл передавать эту энергию на Землю. В мае команда решила провести эксперимент, чтобы посмотреть, что произойдет. На крыше кампуса Калифорнийского технологического института в Пасадене, штат Калифорния, Хаджимири и другие ученые приняли сигнал Мэйпла. Хотя количество обнаруженной энергии было слишком малым, чтобы принести какую-либо пользу, им все же удалось успешно передавать энергию по беспроводной сети из космоса.

На самом деле идея получения солнечной энергии в космосе существует с 1941 года, когда писатель-фантаст Айзек Азимов описал ее в коротком рассказе. В последующие десятилетия эту идею изучали такие страны, как США, Китай и Япония, но спустя годы многие отказались от нее.

По сути, генерация солнечной энергии в космосе означает, что люди на Земле могут использовать колоссальную энергию Солнца в космосе, где свет доступен постоянно и не зависит от неблагоприятных погодных условий, таких как облачность, время ночи или времена года.

Существуют различные идеи, как это сделать, но работает это примерно так: на высокогорную орбиту будут выведены спутники диаметром более 1,6 км, работающие на солнечной энергии. Из-за своих огромных размеров спутники будут состоять из сотен тысяч более мелких модулей. «Автономные роботы будут заниматься сборкой спутников в космосе, словно «укладкой кубиков Lego», — объясняет Мартин Солтау, генеральный директор британской компании Space Solar.

Солнечные панели спутника будут собирать солнечную энергию, преобразовывать ее в микроволны и передавать по беспроводной связи на Землю через очень большой передатчик, который может с точностью достигать определенных точек на земле. По словам г-на Солтау, микроволны могут легко проходить сквозь облака и плохую погоду, достигая приемной антенны, сделанной из сетки на Земле. Здесь микроволны будут преобразовываться в электричество и подаваться в сеть.

Микроволны легко проходят сквозь облака и плохую погоду, достигая приемной антенны на Земле. Затем микроволны преобразуются обратно в электричество и подаются в сеть. Фото: ЕКА

Приемная антенна диаметром около 6 км может быть построена на суше или в море. Поскольку эти сетчатые конструкции почти прозрачны, землю под ними можно использовать для солнечных батарей, ферм или других видов деятельности.

Огромный потенциал и огромные проблемы

По оценкам ученых, спутник, собирающий солнечную энергию в космосе, мог бы вырабатывать до 2 гигаватт электроэнергии, что почти равно мощности двух средних атомных электростанций в США.

Однако эта технология сталкивается с серьезным препятствием: стоимость установки электростанций на орбите очень высока. Британский профессор Андервуд заявил CNN, что космические энергетические технологии — это «не научная фантастика», однако самым большим препятствием является огромная стоимость вывода электростанции на орбиту.

Однако за последнее десятилетие ситуация начала меняться, поскольку такие аэрокосмические компании, как SpaceX и Blue Origin, начали разрабатывать многоразовые ракеты. Сегодня стоимость запуска составляет около 1500 долл. США/кг, что примерно в 30 раз ниже, чем в эпоху космических челноков в начале 1980-х годов.

Если эксперимент окажется успешным, идея генерации солнечной энергии в космосе может стать обильным источником энергии для развитых стран с большими потребностями в электроэнергии, но с отсутствием инфраструктуры. Кроме того, этот источник энергии мог бы также обслуживать многие отдаленные арктические города и деревни, которые каждый год на несколько месяцев погружаются в полную темноту, а также поддерживать сообщества, остающиеся без электроэнергии из-за стихийных бедствий или конфликтов.

Хотя между концепцией и коммерциализацией все еще существует большой разрыв, многие страны и компании по всему миру считают, что космическая солнечная энергетика может удовлетворить растущий спрос на чистую электроэнергию, а также помочь справиться с нынешним усугубляющимся климатическим кризисом.

Моделирование работы солнечной электростанции в космосе. Фото: ЕКА

В мае 2020 года Военно-морская исследовательская лаборатория США также запустила модуль на орбитальном испытательном корабле для испытания оборудования для генерации солнечной энергии в условиях космоса. Кроме того, Исследовательская лаборатория ВВС США также планирует запустить в 2025 году небольшой экспериментальный аппарат под названием Arachne. Китайская академия космических технологий также планирует запустить спутник на солнечной батарее на низкую орбиту в 2028 году и на высокую орбиту в 2030 году.

Кроме того, Евросоюз также разрабатывает программу Solaris для определения технической осуществимости использования солнечной энергии в космосе. Тем временем Великобритания провела независимое исследование и пришла к выводу, что генерация солнечной энергии в космосе технически осуществима, при помощи таких проектов, как спутник CASSIOPeiA (длиной 1,7 км, способный вырабатывать 2 гигаватта электроэнергии).

Что касается команды Хаджимири в Калифорнии, то он и его коллеги провели последние полгода, проводя стресс-тесты прототипов, чтобы собрать данные для следующего поколения конструкций. Таким образом, конечной целью Хаджимири является создание серии легких, гибких парусов, которые можно сворачивать, запускать и раскладывать в космосе, при этом миллиарды деталей работают идеально синхронно, доставляя энергию туда, где она необходима.

Источник: https://www.congluan.vn/truyen-nang-luong-tu-khong-gian-ve-trai-dat-buoc-tien-moi-cua-nen-van-minh-nhan-loai-post279006.html