Измерение цивилизаций во Вселенной
В космологии шкала Кардашёва — это метод измерения уровня развития цивилизации. Хотя она носит теоретический характер, она описывает направление развития цивилизации, связанное с использованием энергии.
Соответственно, базовая космическая цивилизация делится на три уровня. Цивилизация уровня I способна разрабатывать и использовать энергетические ресурсы планеты. Цивилизация уровня II способна разрабатывать и использовать энергетические ресурсы звезды (например, нашего Солнца) или других объектов Солнечной системы.
Моделирование состояния трёх типов цивилизаций по шкале Кардашёва. Фото: Wiki
Цивилизация третьего уровня гораздо более развита, она способна овладеть и использовать энергию целой галактики, как в научно-фантастических фильмах о межгалактических войнах или межгалактических войнах.
Таким образом, если сравнить три упомянутых выше уровня, то человеческая цивилизация находится на уровне I, когда она только использует доступную энергию на поверхности Земли. Однако новые достижения в области космоса и космической науки показывают, что мы начинаем двигаться ко II уровню космической цивилизации, когда у нас есть планы использовать энергию или другие ресурсы космических объектов.
А в этом году группа профессора электротехники Али Хаджимира из Калифорнийского технологического института (Калтех, Калифорния, США) приблизилась к плану производства солнечной энергии в космосе и ее передачи на Землю. Этот небольшой шаг, в случае успеха, покажет, что человечество способно войти в космическую цивилизацию второго уровня.
Моделирование работы разработанного в Великобритании спутника солнечной энергии CASSIOPeiA. Солнечная энергия, собранная из космоса, будет направляться в выбранную точку на поверхности Земли. Фото: Space Solar
Как получить энергию из космоса?
Профессор электротехники Хаджимир посвятил десятилетие исследованиям способов запуска солнечных батарей в космос и передачи энергии обратно на Землю. В январе его команда запустила Maple – 30-сантиметровый прототип космической солнечной батареи, оснащённый сверхлёгким гибким передатчиком. Передатчик предназначен для сбора энергии Солнца и её беспроводной передачи в космос. Полученной электроэнергии достаточно для питания пары светодиодных светильников.
Но у исследователей есть долгосрочная цель: проверить, сможет ли Maple передавать эту энергию на Землю. В мае команда решила провести эксперимент, чтобы посмотреть, что из этого получится. На крыше кампуса Калифорнийского технологического института в Пасадене, штат Калифорния, Хаджимири и другие учёные приняли сигнал Maple. Хотя количество обнаруженной энергии было слишком малым, чтобы быть полезным, им всё же удалось передать энергию по беспроводной связи из космоса.
Фактически, идея получения солнечной энергии в космосе возникла ещё в 1941 году, когда писатель-фантаст Айзек Азимов описал её в рассказе. В последующие десятилетия такие страны, как США, Китай и Япония, изучали эту идею, но со временем отказались от неё.
По своей сути, производство солнечной энергии в космосе означает, что люди на Земле могут использовать огромную энергию Солнца в космосе, где свет доступен постоянно и не зависит от неблагоприятных погодных условий, таких как облачность, время суток или времена года.
Существует множество идей, как это можно реализовать, но общая идея такова: спутники диаметром более мили, работающие на солнечной энергии, будут выводиться на высокие орбиты. Из-за своих огромных размеров спутники будут состоять из сотен тысяч более мелких модулей. Автономные роботы затем будут собирать спутники в космосе, словно «кирпичики Lego», объясняет Мартин Солтау, генеральный директор британской компании Space Solar.
Солнечные панели спутника будут собирать солнечную энергию, преобразовывать её в микроволны и передавать их по беспроводной связи на Землю через очень большой передатчик, способный точно достигать определённых точек на поверхности. Микроволны легко проникают сквозь облака и непогоду и достигают приёмной антенны, сделанной из сетки, на Земле, где они преобразуются в электричество и подаются в сеть, сообщил Солтау.
Микроволны легко проникают сквозь облака и непогоду, достигая приёмной антенны на Земле. Затем они преобразуются обратно в электричество и подаются в сеть. Изображение: ЕКА
Приёмные антенны диаметром около 6 километров могут быть установлены как на суше, так и на море. Поскольку эти сетчатые конструкции практически прозрачны, землю под ними можно использовать для солнечных панелей, ферм или других целей.
Огромный потенциал и огромные проблемы
По оценкам ученых, спутник, собирающий солнечную энергию в космосе, мог бы обеспечить выработку до 2 гигаватт электроэнергии, что почти равно мощности двух средних атомных электростанций в США.
Однако эта технология сталкивается с серьёзным препятствием: стоимость установки электростанции 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 аэрокосмические компании, такие как SpaceX и Blue Origin, начали разрабатывать многоразовые ракеты. Стоимость запуска сегодня составляет около 1500 долларов за килограмм, что примерно в 30 раз ниже, чем в эпоху космических челноков в начале 1980-х годов.
В случае успеха идея генерации солнечной энергии в космосе может стать мощным источником энергии для развитых стран с большими потребностями в электроэнергии, но с отсутствием инфраструктуры. Она также могла бы обеспечить энергией отдалённые арктические города и посёлки, которые месяцами каждый год находятся в полной темноте, а также населённые пункты, лишённые электричества 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 солнечного спутника в космосе. Фото: ЕКА
В мае 2020 года Военно-морская исследовательская лаборатория США также запустила модуль на орбитальном испытательном аппарате для испытания оборудования солнечной энергетики в условиях космоса. Кроме того, Исследовательская лаборатория ВВС США планирует запустить в 2025 году небольшой испытательный аппарат под названием Arachne. Китайская академия космических технологий также планирует запустить спутник с солнечной батареей на низкую орбиту в 2028 году и на высокую орбиту в 2030 году.
Кроме того, Европейский союз разрабатывает программу Solaris для определения технической возможности использования солнечной энергии в космосе. Тем временем, Великобритания провела независимое исследование и пришла к выводу, что генерация солнечной энергии в космосе технически осуществима, например, с помощью спутников CASSIOPeiA (длиной 1,7 км, мощностью 2 гигаватта).
Что касается команды Хаджимири в Калифорнии, то последние полгода он и его коллеги проводили стресс-тесты прототипов, чтобы собрать данные для следующего поколения конструкций. Конечная цель Хаджимири — создание серии лёгких и гибких парусов, которые можно сворачивать, запускать и раскладывать в космосе. Миллиарды компонентов будут работать идеально синхронно, обеспечивая подачу энергии туда, где она необходима.
Источник
Комментарий (0)