Флот США склоняется к мнению, что очень скоро получать электричество из космоса можно будет дешевле, чем из сжигаемой нефти.
Большие государства с развитой экономикой, говорящие на индоевропейских языках, всегда — и это правило без исключений — имеют большую армию, которая, как ружьё на стене, обязана начать стрелять. И она, разумеется, стреляет. Не смогли избежать такой закономерности и США, откуда и тяжесть вопроса топливного обеспечения их вооруженных сил. Так, Пентагон не просто крупнейший потребитель нефти на планете, а потребитель с чрезвычайно растущими аппетитами. В 2010 году оборонное ведомство этой страны купило топлива на $13,7 млрд, а уже в 2011-м — на $17,3 млрд. Кроме прочего, Пентагон доставляет топливо на театры боевых действий не сам, а через частные компании, берущие за это $25 за литр.
Один из модулей, разработанных Полом Джаффе, перед очередной серией испытаний в вакуумной камере, которая имитирует космические условия (здесь и ниже иллюстрации John C. Mankins, Jamie Hartma, U.S. Naval Research Laboratory).
Очевидно, впрочем, что сокращение таких расходов необходимо, иначе нынешние планы США по редукции военного бюджета до $490 млрд будет трудно выполнить: по прогнозам американского Минэнерго, уже через 20 лет нефть подорожает в полтора раза. Как избавиться от нефтяной удавки? Отдел научных исследований ВМС США предполагает для этого получать солнечную энергию с космических гелиоэнергетических платформ — с последующей её отправкой на Землю.
Американские исследователи рассчитывают на простой модульный прямоугольный блок, верхняя панель которого содержит фотоэлементы, преобразующие солнечный свет в электричество. Затем его превращают в радиоизлучение, и нижняя панель, функционирующая как передающая антенна, отправляет его точно в нужный земной район. Радиоволны могут показаться неочевидным выбором на фоне, скажем, лазеров, действующих в видимой части диапазона и способных благодаря когерентности передавать энергию с меньшим рассеиванием. Однако за этим решением стоит здравый смысл: если такой энергоисточник является основным, то он должен быть доступен в любую погоду, в то время как плотная облачность заблокирует лазерную передачу, причём в самый неподходящий момент.
Группа космической робототехники в составе Отдела научных исследований ВМС занимается созданием роботов-сборщиков, которые могли бы компоновать такие сэндвич-модули прямо на орбите. Чтобы предприятие имело экономический смысл, понадобится довольно большой квадрат из таких панелей — скажем, со стороной в один километр, что позволит получать сотни мегаватт солнечной энергии.
Второй тип разрабатываемого военными фотоэлементного блока предусматривает выполнение сэндвич-модуля с выставляемыми в космическое пространство охлаждающими боковыми пластинами, своим излучением рассеивающими тепло от солнечного нагрева в окружающее пространство. Так можно избежать падения КПД солнечных батарей за счёт перегрева и повысить долговременную живучесть «километрового» спутника.
Всё это может показаться довольно странным. Зачем переходить к космической гелиоэнергетике, когда Пентагон толком не принялся даже за наземную? Но любая ненефтяная по своему происхождению наземная энергия не всегда будет поставляться в нужное для военных время. Скажем, выработку атомных реакторов (весьма опасных на театре военных действий) трудно варьировать с большой скоростью, а потребление электричества на войне часто резко меняется. Солнце светит только полдня и во многих регионах может быть закрыто облаками, то есть его надо дублировать ТЭЦ, а это сохранение зависимости от топлива. Наконец, квадратный километр солнечных батарей в космосе получит столько энергии, сколько на Земле удастся собрать с десятка квадратных километров, да и перебросить энергию «оттуда» можно очень быстро и почти в любое место. Сделать то же самое в случае стационарных наземных станций вряд ли получится.
Пол Джаффе (Paul Jaffe), инженер из Отдела научных исследований ВМС США, замечает, что идея может показаться безумной, и всё-таки она вполне реализуема. Минбороны США уже убедилось на примере своих станций на Гавайях и в Калифорнии, что солнце экономит огромное количество топлива: стоимость тамошнего «солнечного» киловатт-часа плавает в районе 10 центов, то есть ниже того, что просят в большинстве штатов. Чуть хуже ситуация на передовых базах: американский корпус морской пехоты в Ираке вынужденно сочетал использование мощной экспериментальной гелиоэлектростанции с резервным дизель-генератором. В то же время, по расчётам инженера, при развертывании описанного выше километрового модульного спутника цена его киловатт-часа может упасть до уровня, получаемого на Земле.
В теории первый тип модулей должен быть чуть легче и компактнее...
Чтобы добиться этого, естественный солнечный свет имеет смысл сконцентрировать при помощи вспомогательной системы зеркал, которая будет размещаться за пределами упомянутого квадратного километра. Наземные испытания в вакуумных камерах показали, что разработанные г-ном Джаффе фотоэлементные модули вполне могут перенести концентрацию солнечного света, до десятка раз превышающую естественные значения на околоземной орбите и примерно соответствующие условиям Меркурия.
На передовых театрах боевых действий космическая электроподстанция окажется удобнее альтернатив: она не потребует дорогостоящей автономной инфраструктуры, доставки тысяч тонн топлива, ожидания огромных уязвимых танкеров, без которых войска в самый решительный момент могут оказаться полупарализованными.
Кроме того, стоимость развёртывания космической гелиоэлектростанции вовсе не обязательно должна быть запредельной, подчёркивает разработчик. Нынешние модули, созданные его группой, довольно легки — вчетверо легче на единицу мощности, чем у ближайших конкурентов из Японии.
Передача энергии через атмосферу пока планируется на частоте в 2,45 ГГц, что, по словам Пола Джаффе, позволит устойчиво работать даже в сезон дождей над какой-нибудь тропической страной.
...В то время как второй — лучше охлаждаться, благодаря рассеиванию тепла двумя боковыми пластинами.
Как следует оценивать эту разработку? Сегодня — как довольно сложную в реализации. В мире, где запуск приличной ракеты стоит десятки миллионов долларов и это считается недорогим пуском, создание километрового массива на орбите выглядит мудрёно с чисто финансовых позиций. Однако, учитывая реальные шаги к частично многоразовым космическим аппаратам, ситуация может измениться уже в ближайшее десятилетие. И, быть может, тогда такие проекты будут выглядеть рутиной.
И последнее: стоит ли говорить, что подобные наработки военных довольно быстро станут достоянием гражданских отраслей, тоже озабоченных избавлением от нефтяной зависимости?
Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Communications.
Подготовлено по материалам Отдела научных исследований ВМС США.
Источник: compulenta.computerra.ru.
Рейтинг публикации:
|
