Научная статья на тему 'КОСМИЧЕСКИЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ И СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ РАЙОНОВ ЗАПОЛЯРЬЯ ОТРАЖЁННЫМ С ОРБИТЫ СОЛНЕЧНЫМ СВЕТОМ'

КОСМИЧЕСКИЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ И СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ РАЙОНОВ ЗАПОЛЯРЬЯ ОТРАЖЁННЫМ С ОРБИТЫ СОЛНЕЧНЫМ СВЕТОМ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
168
38
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
космические солнечные электростанции / лазерное излучение / центробежные крупногабаритные космические конструкции / экологическое воздействие на окружающую среду / привязные аэростаты / space solar power plants / laser radiation / centrifugal large-sized space structures / environmental impact / tethered balloons
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Мельников В.М., Мельников В.П., Милованов А.Г.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «КОСМИЧЕСКИЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ И СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ РАЙОНОВ ЗАПОЛЯРЬЯ ОТРАЖЁННЫМ С ОРБИТЫ СОЛНЕЧНЫМ СВЕТОМ»

Мельников В.М.

д.т.н., профессор, академик Российской академии космонавтики, Российский университет дружбы народов; Инженерная академия vitalymelnikov45@yandex.ru Мельников В.П.

д.т.н., профессор, академик Российской академии космонавтики, президент Общественной академии изучения проблем информациологической и прикладной аномалогии Милованов А.Г.

д.т.н., профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ, академик международной академии аэронавтики, гл.н.с. НИИ Космических систем

КОСМИЧЕСКИЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ И СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ РАЙОНОВ ЗАПОЛЯРЬЯ ОТРАЖЁННЫМ С ОРБИТЫ СОЛНЕЧНЫМ СВЕТОМ

Ключевые слова: космические солнечные электростанции, лазерное излучение, центробежные крупногабаритные космические конструкции, экологическое воздействие на окружающую среду, привязные аэростаты.

Keywords: space solar power plants, laser radiation, centrifugal large-sized space structures, environmental impact, tethered balloons.

Введение

В докладе на юбилейной 70 Ассамблее ООН В.В. Путин сказал, что главными проблемами современности являются стабилизация климата и замещение нефти природоохранными технологиями. Космическая техника способна решить обе эти проблемы одновременно путём создания космических солнечных электростанций (КСЭС), транслирующих энергию на Землю. Потребление электроэнергии является основой развития цивилизации (машиностроения, транспорта, добывающих отраслей, бытовых нужд и др.). По этой причине решение проблемы развития и освоения Арктики и континентального шельфа, в которой сейчас заинтересована Россия и многие другие страны, невозможно без энергетики больших мощностей. Для крупномасштабных, добывающих полезные ископаемые производств, расположенных на Дальнем Севере на удалённых от традиционных энергоисточников территориях, потребление электроэнергии от космических солнечных электростанций является оптимальным, поскольку транслирует экологически чистую без токсичной химии и радиации и дешёвую энергию (в 6 раз дешевле её выработки на Земле по японским оценкам1) сразу в район её потребления и не требует затрат, связанных с созданием протяжённых линий электропередач через тайгу и тундру по болотам и вечной мерзлоте. В настоящее время стоимость электроэнергии в таких регионах доходит до 100 руб./кВт час по сравнению с 3 руб./кВт час в среднем по стране, что связано с доставкой дизельного топлива в бочках, которая длится иногда до 2 лет.

Китай в конце 2019 г. объявил о намерениях создать КСЭС к 2035 г.2, ведёт работы по их созданию с 2008 г. После аварии сразу на 3 атомных реакторах в Японии (Фукусима, 2011 г.) принята «Императорская» программа создания КСЭС к 2040 г.3 Создание и масштабное использование КСЭС способно обесценить природные ресурсы (нефть, газ, уран) России и других стран. Если не осуществить разработок КСЭС, направленных на поддержание паритета или возможного лидерства, имеется перспектива завоевания Китаем и Японией мирового энергетического лидерства и опасность потери Россией энергетической безопасности, что открывает возможность давления Японии на Россию в территориальных спорах и снижения международного рейтинга России. Примером аналогичной ситуации является нынешнее состояние российских автомобильной и электронной промышленностей. США активно проводятся работы по созданию КСЭС4. Интерес к проблеме проявляют Евросоюз, Израиль, Канада, Индия, Корея и ряд других стран. Причём в этих странах разработки КСЭС ведутся в рамках государственных программ со значительным финансированием. Американский миллиардер Джефф Безос, состояние которого оценивается в 200 миллиардов долларов,

1 Sasaki S. SSPS development road map. - https://iafastro.directory/iac/paper/id/3024/abstract-pdf/IAC-09.C3.1.4.brief.pdf?2009-04-15.11:25:02

2 Китай обещает построить космические солнечные электростанции к 2035 г. // Ракетно-космическая техника. 2019. - № 49. -С. 25-26. (http.//www.xinhuanet.com/english/2019-12/02/c_138599015.htm).

3 Сигов А.С., Матюхин В.Ф., Редько И.Я. Космическая энергетика России: время переходить к практике // С.О.К. 2016. -№ 5. - С. 84-87.

4 Glaser P.F. Power from the Sun: its future // Science. 1968. - Vol. 168, November. - P. 857-861; Space-Based Solar Power as an Opportunity for Strategic Security. Phase of Architecture Feasibility Study: Report to the Director / National Security Space Office. 2007. -10 October.

18.02.2020 объявил о создании фонда под названием Bezos Earth Fund с капиталом 10 миллиардов долларов, деятельность которого будет направлена на стабилизацию климата.

В проблеме развития и освоения Арктики и континентального шельфа космические отражатели солнечного света с орбиты обеспечат положительное психологическое воздействие на персонал во время полярной ночи и повышенную урожайность всех культур в полярный день, а также значительную экономию средств на освещение. Эффективность освещения в период полярной ночи Заполярных районов с орбиты отраженным солнечным светом обусловлена следующими обстоятельствами:

- экологической чистотой освещения с орбиты по сравнению с искусственным электрическим освещением, когда используется 1% теплотворной способности углеродного топлива;

- экономической эффективностью, т.к. доставка топлива или прокладка линий электропередач в этих районах связана с большими затратами и экологическими нарушениями;

- безотходностью получения энергии.

В проектном плане такая задача решалась в начале 90-х годов (тема «Лампа») при обосновании возможности освещения городов Заполярья отражённым космическими отражателями с полярной орбиты солнечным светом интенсивностью до 3-10 Лун1.

Центробежные элементы КСЭС и отражателей имеют одинаковую проектно-конструкторскую и технологическую базу и их разработка целесообразна в одной государственной программе.

1. Новые концепции и подходы к созданию космических энергосистем

За последние годы появились новые концепции и подходы к созданию космических энергосистем, отсутствовавшие еще 8-10 лет назад, базирующиеся на новейших научно-технических достижениях в физике и технологии лазеров и создании бескаркасных центробежных космических конструкций, которые могут гарантировать при создании космических солнечных энергосистем значительное снижение финансовых затрат и времени на их реализацию по сравнению с альтернативными проектами прошлых лет. За последние 10 лет произошло кардинальное изменение следующих базовых концепций создания КСЭС:

- СВЧ диапазон генерирования и передачи энергии начинает уступать место лазерному в инфракрасном диапазоне (ИК) длин волн, соответственно меняются системы наведения и управления энергетического луча и космического аппарата в целом;

- концепция одной крупномасштабной (1-10 ГВт) станции заменилась концепцией использования большого количества малых информационно-связанных и сверхточно управляемых космических аппаратов;

- место каркасных крупногабаритных конструкций стремятся занять бескаркасные центробежные.

Лазеры имеют на 5 порядков меньшую расходимость луча по сравнению с СВЧ излучением. Это значит, что с геостационарной орбиты на Землю диаметр пятна от лазера на длине волны 1 мкм составит 36 м, а в СВЧ диапазоне на оптимальной длине волны 10-12 см на частоте f=2,45 ГГц диаметр пятна составит 15-20 км. Массовые характеристики на КСЭС с бескаркасными центробежными плёночными солнечными батареями и полупроводниковыми и волоконными лазерами могут быть уменьшены в 10 раз и более по сравнению с КСЭС с каркасными солнечными батареями и СВЧ системами, уменьшив стоимость выведения на орбиту ракетой-носителем.

Следует отметить, что эффективность (массо-габаритные характеристики, радиационная стойкость и проч.) и КПД элементов КСЭС непрерывно повышаются, как и элементная база в электронике, и могут гарантировать значительное совершенствование КСЭС в перспективе2.

2. Краткая история разработки проектов КСЭС

Работы в области создания КСЭС проводятся с начала космической эры. Первый инженерный проект КСЭС был разработан П. Глейзером в 1968 г. в США3. В проекте была показана целесообразность создания энергетического объекта в космосе на мощность порядка 10 ГВт (потребность среднего региона) и передачи электроэнергии на Землю в СВЧ диапазоне (рис. 1).

Космическая электростанция Глейзера представляла собой платформу размером 5*13 км массой 12,3 тыс. т с фотопреобразователями из кристаллического кремния с КПД 13,7%, передающую энергию 5 ГВт с геостационарной орбиты на Землю СВЧ-лучом. Проект Глейзера инициировал во многих ведущих странах исследования и разработки, направленные на повышение эффективности и снижение стоимости КСЭС.

1 Райкунов Г.Г., Комков В.А., Мельников В.М., Харлов Б.Н. Центробежные бескаркасные крупногабаритные космические конструкции. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 447 с.; Система освещения приполярных районов с помощью космических переотражателей / В.А. Кошелев, В.М. Мельников. Отчет о НИР по теме «Лампа» / НПО «Энергия», № ГРУ46188; инв. № Г68321. - Калини-град (М.о.), 1991. - 157 с.

2 Мельников В.М., Бруевич В.В., Паращук Д.Ю., Харлов Б.Н. Волоконные лазеры с солнечной накачкой, формируемые центробежными силами, как новое направление в создании космических информационно-энергетических систем // Космонавтика и ракетостроение. 2014. - № 6. - С. 104-112; Райкунов Г.Г., Комков В.А., Сысоев В.К., Мельников В.М. Космические солнечные электростанции - проблемы и перспективы. - М.: РУДН, 2017. - 283 с.

3 Glaser P.F. Power from the Sun: its future // Science. 1968. - Vol. 168, November. - P. 857-861.

Рисунок 1. КСЭС П. Глейзера (США, 1968 г.)

Совершенствование схемы КСЭС шло по пути увеличения концентрации излучения и значительного уменьшения каркасной рамы солнечной батареи, а также изменения компоновки с целью исключения из конструкции громоздких тоководов1.

10 октября 2007 г. США вышли с новой концепцией КСЭС (см. рис. 2), представляющей собой 5 километровую конструкцию, в которой 2 группы параболических зеркал через поворотные зеркала концентрируют солнечное излучение на высокотемпературные фотопреобразователи диаметром 500 м из арсенида галлия с КПД 35%, конструктивно объединенные с СВЧ-преобразователем и антенной, транслирующей СВЧ энергию на Землю2. Новая концепция КСЭС позволяла уменьшить площадь дорогих фотопреобразователей и исключить использование тяжелых многокилометровых кабельных тоководов. Вместе с тем, эта концепция не предлагала решений проблемы монтажа многокилометровых конструкций в космосе, вывода тысяч тонн грузов на геостационарную орбиту и создавала новые проблемы по обеспечению управления гигантскими концентраторами солнечного излучения с точностью их наведения на фотоэлектрическую «мишень» не хуже ±1,5 , а также точностью наведения СВЧ-луча на наземную антенну порядка 10-6 радиана и охлаждения мощных электронных СВЧ-преобразователей в безвоздушном пространстве. После нескольких лет проектной проработки специалисты НАСА посчитали этот проект технически нереализуемым и приступили к поиску новых идей.

Рисунок 2. КСЭС по программе США (2007 г.)

С. Сасаки и исследовательская группа из Японского космического агентства представили поэтапную программу создания коммерческой КСЭС3. Предложены три принципиальные схемы КСЭС для будущего коммерческого ис-

1 Обзор проектов КСЭС до 2007 г., а также состояния разработки ключевых СВЧ - элементов приведён в работе: Ванке В.А. СВЧ-электроника - перспективы в космической энергетике // Технология и конструирование в электронной аппаратуре.2007. -№ 6. - С. 12-15.

2 Space-Based Solar Power as an Opportunity for Strategic Security. Phase of Architecture Feasibility Study: Report to the Director / National Security Space Office. 2007. - 10 October.

3 Sasaki S. SSPS development road map. - https://iafastro.directory/iac/paper/id/3024/abstract-pdf/IAC-09.C3.1.4.brief.pdf?2009-04-15.11:25:02; Сигов А.С., Матюхин В.Ф., Редько И.Я. Космическая энергетика России: время переходить к практике // С.О.К. 2016. -№ 5. - С. 84-87.

пользования: базовая СВЧ схема, улучшенная СВЧ схема и лазерная схема. Базовая модель представляет собой генерирующую и излучающую панель, подвешенную на 4 тросах и находящуюся в гравитационной стабилизации (рис. 3). Эта схема исследовалась в USEF (Institute for Unmanned Space Experiment Free Flyer). Практическая конфигурация КСЭС состоит из большого числа единичных тросовых панелей, представляющих собой жесткую квадратную панель размером 100x95 м и толщиной 0,1 м, подвешенную за углы на 4 тросах длиной 5-10 км, исходящих из одного контейнера 0 10x15 м. Вес единичной системы порядка 5 т, излучаемая мощность 2,2 МВт. Отработка технологии вывода такой системы на орбиту была уже проведена. Существенными преимуществами японского проекта в сопоставлении с американским являются модульность построения системы и использование гравитационной стабилизации, исключающей необходимость подвоза рабочего тела.

W

iE?

Рисунок 3.

Базовый сегмент японской КСЭС размером 100x95 м и мощностью 2,2 МВт в гравитационной стабилизации

3. Российские предложения

Для успешной конкуренции с Китаем и Японией необходимы принципиально новые решения, отличные от тех, на которых базируются конкуренты, где Россия имеет существенный научно-технический задел. Таким решением является использование космических крупногабаритных бескаркасных формируемых центробежными силами конструкций и волоконных световодов и лазеров, по которым Россия имеет 85% мирового производства, освоенного в 12 странах российским предпринимателем В.П. Гапонцевым (НТО «ИРЭ-Полюс»), личное состояние которого составляет $ 1,3 млрд., готового поддержать разработку при условии государственного интереса. Исследования возможности создания и использования крупногабаритных космических конструкций проводились в СССР с начала 80-х годов. Исследовались каркасные, электростатические, надувные, отверждаемые и центробежные конструкции, в том числе для проблемы освещения районов Заполярья отражённым солнечным светом.

Наиболее перспективными были признаны центробежные конструкции, отличающиеся от аналогов рядом существенных преимуществ, таких, как простота конструкции и её низкая стоимость, возможность укладки в малый объём при транспортировке на орбиту и автоматизированное раскрытие при малых энергозатратах, управление ориентацией в пространстве на гироскопическом принципе без затрат рабочего тела и проч. Был запланирован и осуществлён 04.02.1993 г. уникальный космический эксперимент на транспортно-грузовом корабле (ТГК) «Прогресс» вблизи с орбитальной станцией (ОС) «Мир» (рис. 4). Центробежная конструкция из плёнки майлар была диаметром 20 м и весила 4 кг. В космическом эксперименте (КЭ), носившем название «Знамя 2», было осуществлено раскрытие конструкции из уложенного состояния и переориентация раскрытой конструкции в пространстве с демпфированием возникающих при этом колебаний. Также был осуществлён этап по подсветке Земли отражённым солнечным светом. Солнечный «зайчик» фиксировался космонавтами на заснеженной территории Белоруссии1.

В период 2003-2006 г.г. был выполнен проект 2620 МНТЦ, одобренный независимыми экспертами НАСА, ЕКА, Японии и Кореи, профинансированный правительством США и направленный на разработку центробежных плёночных солнечных батарей2. Сравнительно недавно вышла книга о перспективах создания КСЭС с привлечением

„3

специалистов по волоконной оптике и волоконным лазерам, в том числе с солнечной накачкой .

1 Результаты работ изложены в книгах: Melnikov V. M., Koshelev V. A. Large Space Structures Formed by Centrifugal Forces. -Amsterdam, 1998. - 157 p.; Райкунов Г.Г., Комков В. А., Мельников В.М., Харлов Б.Н. Центробежные бескаркасные крупногабаритные космические конструкции. - М.:ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 447 с.

Результаты работ изложены в книгах: Райкунов Г.Г., Комков В.А., Мельников В.М., Харлов Б.Н. Центробежные бескаркасные крупногабаритные космические конструкции. - М.:ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 447 с.: Комков В.А., Мельников В.М., Харлов Б.Н. Формируемые центробежными силами солнечные батареи. - М.: Черос, 2007. - 188 с.

3

Райкунов Г.Г., Комков В.А., Сысоев В.К., Мельников В.М. Космические солнечные электростанции - проблемы и перспективы. - М.: РУДН, 2017. - 283 с.

а)

Рисунок 4.

Космический эксперимент «Знамя 2», съёмка с борта ОС «Мир»: а) центробежная конструкция на ТГК «Прогресс» в полёте над океаном; б) фото отражателя на фоне

космического пространства

4. Возможность приёма потока энергии и отражённого с орбиты солнечного света

в высокоширотных районах России

Приём энергии от КСЭС привязными аэростатами выше облачности рассматривается для исключения потерь на непрозрачность атмосферы. Основной сложностью при этом является террористическая и грозовая опасность. Привязной трос (что проще), а также сам аэростат могут быть уничтожены «Дроном» или простейшим ракетным комплексом. Фирма Вестингауз для сотовой связи над Европой в основном по этой причине отказалась от использования привязных аэростатов.

Рисунок 5.

Спектр оптического пропускания атмосферы, спектральные характеристики ФЭП

и линии излучения лазеров

Целесообразно отказаться от использования привязных аэростатов и осуществить прямую трансляцию и приём энергии на Земле, создав для этого лазеры, работающие в окнах прозрачности атмосферы. На рис. 5 показаны спектр оптического пропускания атмосферы, диапазоны поглощения гетероструктурных фотопреобразователей и линии излучения высокоэффективных волоконных лазеров. Для лазерного канала передачи энергии, в отличие от СВЧ, имеется проблема влияния атмосферы: аэрозоли и турбулентность. Критичными являются потери на наземных приёмных СБ с КПД 40-60% и потери в нижних слоях атмосферы в канале с диаметром 40-50 м. Из рис. 5 видно, что при смещении линии излучения высокоэффективных волоконных лазеров в 1,3 мкм (также 3,8 и 9 мкм) происходит попада-

ние в зону прозрачности атмосферы, что указывает на путь повышения эффективности лазерного способа передачи энергии. Принципиально возможно локальное просветление атмосферы в сильную облачность, грозу, снегопад1.

При расположении КСЭС на наиболее привлекательной геостационарной орбите (рис. 6), при использовании СВЧ диапазона длин волн большой размер диаметра приёмной антенны (15-20 км) практически исключает возможность приёма потока энергии в высокоширотных районах Земли, где расположены Арктика и континентальный шельф России. Энергетический луч от КСЭС близок в этом случае к параллели к поверхности Земли. Создание стены высотой 20 километров или привязного аэростата аналогичного размера не реально. В лазерной концепции проблема высокоширотного приёма энергии может быть решена путём создания требуемой по площади приёмной системы на стене высотного сооружения (стена дома в 15 этажей), что не составляет сложностей для сегодняшнего строительства.

Принципиально возможно использование полярных орбит. При этом необходимо создание системы космических станций, попеременно проходящих в перигеи полярной орбиты над снабжаемым электроэнергией регионом. В этом случае высота перигея может быть значительно ниже геостационарный орбиты и луч диаметром 10-15 м на поверхности Земли будет «светить» с орбиты в направлении, близком к перпендикуляру к поверхности Земли2.

Рисунок 6.

Энергоснабжение высокоширотных регионов с геостационарной орбиты от КСЭС

Аналогичная используемой для создания КСЭС проектно-конструкторская база может быть взята для создания центробежных отражателей для освещения районов Заполярья отражённым с орбиты солнечным светом. Вопрос экспериментально отрабатывался в КЭ «Знамя 2» (рис. 4). В экологическом аспекте есть опасность при освещении с орбиты нарушения веками сложившихся условий для флоры и фауны. Однако из-за малой расходимости солнечных лучей освещаемый район может быть сильно локализован (рис. 7).

Рисунок 7.

Освещение районов Земли с орбиты отраженным солнечным светом

1 Уйбо В.И. О новых методах управления осадками (противоградовая служба, борьба с засухой, тушение лесных пожаров, снижение критических уровней приземного озона и пр.) // Научно-практическая конференция «Экологические угрозы и национальная безопасность России», Москва, Академия МНЭПУ. 14-16 сентября 2016 г.

2 Райкунов Г.Г., Комков В.А., Мельников В.М., Харлов Б.Н. Центробежные бескаркасные крупногабаритные космические конструкции. - М.:ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 447 с.; Система освещения приполярных районов с помощью космических переотражателей / В.А. Кошелев, В.М. Мельников. Отчет о НИР по теме «Лампа» / НПО «Энергия», № ГРУ46188; инв. № Г68321. - Калини-град (М.о.), 1991. - 157 с.

5. Конструктивный облик КСЭС и космического отражателя

Выбор рационального проектно - конструкторского облика энергоустановок большого масштаба является важнейшим этапом обеспечения их эксплуатационной надёжности. Приведённый на рис. 4 КА может быть прототипом как единичного модуля будущей КСЭС, так и отражателя солнечного света, при этом используется приобретённый при его создании научно-технический задел. На рис. 8 приведена принципиальная схема компоновки единичного модуля центробежной КСЭС на волоконных лазерах с солнечной накачкой. В реальной схеме густота волоконных лазеров и диаметр охватываемого ими пространства значительно больше для набора требуемой мощности. Принципиальным преимуществом этой схемы является отсутствие солнечных батарей, и, следовательно, цикла преобразования солнечной энергии в электрическую на солнечных батареях, и цикла преобразования этой электрической энергии в лазерную на твёрдотельных лазерах. Солнечная накачка сразу запитывает лазер1. При этом не только исключаются два цикла преобразования с сопутствующими потерями, но и сильно упрощается конструкция и более чем в 10 раз снижаются её массовые характеристики. В работе2 указаны пути создания эффективных волоконных лазеров с солнечной накачкой. Вырисовываются направления совершенствования КСЭС в перспективе. Это повышение эффективности солнечной накачки лазеров (снижение порога генерации и смещение длины волны в окно прозрачности атмосферы) и подавление колебаний платформы с вращающимися конструкциями.

Рисунок 8.

Схема единичного модуля КСЭС с волоконными лазерами с солнечной накачкой: 1 - волоконный лазер; 2 - штанга, раскрываемая из чечевицеобразного профиля; 3 - приборный контейнер, 4 - центробежная солнечная батарея для собственных нужд, играющая роль маховика

противовращения, 5 - лазерный луч.

К сожалению, из-за отсутствия целенаправленного финансирования разработок по волоконным лазерам с солнечной накачкой в России, представленная на рис. 8 наиболее интересная схема не может быть реализована из-за отсутствия таких лазеров с достаточной эффективностью. Такие лазеры разрабатываются последние два десятилетия в Турине (Италия)3. Однако о последних достижениях не сообщается. В сложившейся ситуации на первом этапе разработок КСЭС может быть использована схема с плёночными солнечными батареями, запитывающими твердотельные лазеры по поверхности батареи и соединёнными со световодами или волоконными лазерами, сводящими лазерную энергию к центру системы и оптикой направляющими её к наземному потребителю. Для такой схемы нет принципиальных ограничений по элементной базе.

В работе МИРЭА4 указано на новые приборы, разработанные инженерами в Georgia Institute of Technology (США) на основе углеродных нанотрубок. На базе нанотрубок возможно создание как эффективных солнечных батарей, так и лазера с солнечной накачкой с КПД до 50%. В перспективе возможна разработка КСЭС на новой элементной базе.

Космический отражатель в КЭ «Знамя 2» (см. рис. 4) создавался как модель солнечного паруса и не требовал высоких отражающих свойств. На рис. 4 (б) видна волнистость металлизированной плёнки, возникшая на разрезной

1 Boetti N. e.a. Solar pumping of solid state laser for space mission: a novel approach. - www.polito.it.articles; Мельников В.М., Бруевич В.В., Паращук Д.Ю., Харлов Б.Н. Волоконные лазеры с солнечной накачкой, формируемые центробежными силами, как новое направление в создании космических информационно-энергетических систем // Космонавтика и ракетостроение. 2014. - № 6. -С. 104-112.

Райкунов Г.Г., Комков В.А., Сысоев В.К., Мельников В.М. Космические солнечные электростанции - проблемы и перспективы. - М.: РУДН, 2017. - 283 с.

3 Boetti N. e.a. Solar pumping of solid state laser for space mission: a novel approach. - www.polito.it.articles

4 Сигов А.С., Матюхин В.Ф., Редько И.Я. Концепция поэтапного развития распределённой энергетики с использованием космических солнечных электростанций // С.О.К. 2016. - № 10. - С. 66-73.

конструкции отражателя из-за отсутствия тангенциальных напряжений. Волнистость может быть устранена путём использования цельного (не разрезного) полотнища отражателя, способ укладки и агрегат раскрытия которого приведены в работе1.

Заключение

Преимущества использования КСЭС в развитии и освоении Арктики и континентального шельфа по сравнению с тепловыми, атомными и гидроэлектростанциями, заключаются в трансляции экологически чистой без токсичной химии и радиации и дешёвой энергии непосредственно в район её потребления без затрат на линии электропередач в северных условиях. Эффективные проектно-конструкторские решения на базе центробежных бескаркасных конструкций и полупроводниковых или волоконных лазеров с солнечной накачкой обеспечат низкую стоимость системы, её простоту и высокую надёжность, высокий КПД и слабое влияние на экологию окружающей среды, которые могут обеспечить паритет России в создании КСЭС с Китаем, Японией, США и другими странами и обеспечение энергетической безопасности России.

Китай в конце 2019 г. объявил о намерениях создать КСЭС к 2035 г. После аварии сразу на 3 атомных реакторах в Японии (Фукусима, 2011 г.) принята «Императорская» программа создания КСЭС к 2040 г. Американский миллиардер Джефф Безос 18.02.2020 объявил о создании фонда по названием Bezos Earth Fund с капиталом 10 миллиардов долларов, деятельность которого будет направлена на стабилизацию климата. Использование КСЭС способно обесценить природные ресурсы (нефть, газ, уран) России и других стран, поскольку вырабатываемая в космосе и транслируемая на Землю энергия оценивается японцами в 6 раз дешевле её выработки на Земле. Если не осуществить разработок КСЭС, направленных на поддержание паритета или возможного лидерства, имеется перспектива завоевания Китаем и Японией мирового энергетического рынка и опасность потери Россией энергетической безопасности и серьёзными экономическим и политическим кризисами.

Эффективность освещения Заполярных районов с орбиты отраженным солнечным светом обусловлена психологическим воздействием на персонал благодаря организации солнечного освещения в период полярной ночи и экономией электроэнергии на освещение. Центробежные элементы КСЭС и отражатели имеют одинаковую проектно-конструкторскую и технологическую базу. По этой причине их создание целесообразно в рамках одной государственной программы. В целом создание таких систем способствует стабилизации климата и замещению нефти и при широком их использовании решает эти проблемы.

В проводимую в последние годы в РФ государственную программу освоения Арктики и континентального шельфа жизненно важно включить создание КСЭС и отражателей. В уже принятой программе освоения Луны оптимальное энергоснабжение лунных станций может быть осуществлено космическими окололунными солнечными электростанциями. При этом будет создана научно-техническая база для земных КСЭС, энергоснабжения космических аппаратов и других приложений дистанционной передачи энергии.

1 Райкунов Г.Г., Комков В.А., Мельников В.М., Харлов Б.Н. Центробежные бескаркасные крупногабаритные космические конструкции. - М.:ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 447 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.