Киловатты из космоса

В мае 2008 года в наукограде Королев Московской области впервые в России прошла Международная научная конференция «Космос для человечества». В ней приняли участие представители научных школ России, Белоруссии, Украины, США, Франции, Китая, Японии, Германии, Австрии, Чехии, Словакии, Казахстана, Канады и других стран. Докладчиками являлись генеральные, главные, ведущие конструкторы ракетно-космической техники, видные теоретики космонавтики и фундаментальных наук, космонавты России, стран Европы, астронавты, генеральные директора ведущих предприятий ракетно-космической отрасли. Как отметил руководитель Федерального космического агентства А.Н.Перминов: «Глобализация космической деятельности диктуется масштабами проблем, встающих перед человечеством, – это сохранение природной среды, обеспечивающее выживание человечества, освоение альтернативных источников энергии, защита от техногенных и природных катастроф». Поэтому не случайно одним из главных и интереснейших направлений на конференции стало направление «Космос и энергия будущего». В докладах были затронуты актуальные вопросы, касающиеся новых энергетических технологий, альтернативных и возобновляемых источников энергии.

Экспертами отмечалось, что создание космической энергетики неизбежно, несмотря на огромные финансовые и материальные затраты, необходимые для ее развития и внедрения. Рост численности населения на Земле и соответственно энергопотребления ведет не только к энергокризису, но и экологической катастрофе. Поэтому актуальным становится ограничение использования углеродного и углеводородного топлива, переход на земные возобновляемые источники энергии (ветра, гидро, приливов, Солнца и т.д.) и атомную энергетику. Космические же электростанции также внесут существенный вклад в решение экологических проблем, позволив снизить тепловую нагрузку на Землю. Кроме того, космическая энергетика вполне может обеспечить 30–40% всего энергопотребления Земли.

СВЧ-излучение: «за» и «против»

Одним из вариантов энергоснабжения Земли из космоса является технология превращения солнечной энергии с помощью солнечных батарей, находящихся на околоземной орбите, в электроэнергию, которая преобразуется в СВЧ-излучение и без проводов передается на землю потребителям. Эта технология рассматривалась в России еще в 1960-х годах. А в 1968 году видный ученый США в области атомной энергии П.Глейзер предложил первый «космический мегапроект» – постройку на геостационарной орбите (ГСО) системы из 60 космических электростанций (СЭС), передающих по 5 млн. кВт СВЧ-радиолучами на наземные приемо-преобразовательные ректенны. Анализ, проведенный аэрокосмическими фирмами США, показал, что такую станцию размером 5х10 км общей массой 3 млн. тонн можно построить за 20 лет. Однако стоимость доставки 1 кг груза на геостационарную орбиту в настоящее время достигает 35–50 тыс. долл. Система же будет самоокупаемой лишь при условии, что доставка деталей станции не будет превышать 100–200 долл. за 1 кг.

В 1991 году концепция энергоснабжения Земли из космоса с использованием низких околоземных орбит была разработана «Исследовательским центром им. М.В.Келдыша». Благодаря последним достижениям космонавтики уже в 2020–2030 годы можно создать 10–30 космических электростанций, каждая из которых будет состоять из десяти космических энергомодулей (мощность модуля 15 МВт). Таким образом, суммарная мощность станций будет равна 1,5–4,5 ГВт, а суммарная мощность у потребителя на Земле – 0,75–2,25 ГВт. В оптимистических планах на 2050–2100 годы конечная мощность у потребителя может увеличиться до 960 ГВт за счет доведения количества станций до 800 единиц. При этом количество модулей в каждой станции будет достигать 40, увеличится также и КПД тонкопленочных солнечных батарей с 10 до 40%.

Однако у этой технологии есть очевидные недостатки. С одной стороны, это выбросы десятков миллионов тонн продуктов сгорания топлива ракет в озоновый слой, а с другой – атмосферу будут пронизывать мощные радиолучи многокилометрового диаметра. Кроме того, необходимо, чтобы электроэнергия из космоса была достаточно дешева. Для этого орбитальная энергосистема должна обслуживать себя максимально самостоятельно, а на станции целенаправленно должны создаваться все новые и новые промышленные производства. Доставка сырья с Земли на станцию опять-таки слишком дорога и экологически небезвредна. Поэтому ресурсы для строительства и дальнейшего развития космической энергосистемы должны быть внеземными.

От фантастики к реальности

Одним из первых использовать для строительства станций ресурсы Луны и пояса астероидов (откуда их доставка обойдется относительно недорого) предложил Джерард О'Нил, профессор Принстонского университета. В 1974 году он опубликовал проект колонизации космоса, в котором было выдвинуто предположение, что к 2074 году большая часть человечества будет жить в космосе, обладая неограниченными ресурсами энергии, пищевыми и материальными средствами, а Земля будет освобождена от промышленности. Но до реализации подобных идей человечеству, судя по всему, еще далеко.

В настоящее время российские ученые предлагают несколько иной вариант решения проблемы энергоснабжения. Речь идет о технологии создания космических платформ с отражателями из все тех же внеземных материалов – в первую очередь железных астероидов. В дальнем космосе осуществляется приповерхностный термоядерный взрыв астероида, затем материал доставляется на орбиту Земли, где строятся платформы с отражателями. Такое «космическое» освещение окажется актуальным для развивающихся стран, где распространены в основном одноэтажные постройки. Полезным оно может оказаться и для Заполярья, для открытых разработок полезных ископаемых, а также для повышения продуктивности при производстве сельскохозяйственных культур и т.п. Общая масса платформ составит приблизительно 5 млн. тонн, площадь отражающей поверхности – 1000 кв. метров. Размеры пятен подсветки около 30 км, а длительность составляет несколько часов до и после захода Солнца в любом месте Земли.