Космический навес или солнцезащитный козырек — это зонтик , который отклоняет или иным образом уменьшает часть солнечного излучения, предотвращая его попадание на космический корабль или планету и тем самым уменьшая его инсоляцию , что приводит к снижению нагрева. Свет можно отклонить разными способами. Идея создания солнцезащитного козырька как метода климатической инженерии возникла в 1923, 1929, 1957 и 1978 годах физиком Германом Обертом . [1] [2] [3] [4] Космические зеркала на орбите вокруг Земли диаметром от 100 до 300 км, спроектированные Германом Обертом, предназначены для фокусировки солнечного света на отдельных участках поверхности Земли или отклонения его в космоса таким образом, чтобы солнечная радиация ослаблялась специально контролируемым образом для отдельных регионов земной поверхности. Другая концепция космического солнцезащитного козырька, впервые предложенная в 1989 году, предполагает размещение большого затемняющего диска или технологии аналогичного назначения между Землей и Солнцем.
Солнцезащитный козырек представляет особый интерес как метод климатической инженерии для смягчения глобального потепления посредством управления солнечной радиацией . Повышенный интерес к таким проектам отражает обеспокоенность тем, что согласованное на международном уровне сокращение выбросов углекислого газа может оказаться недостаточным для сдерживания изменения климата. [5] [6] Зонты также можно использовать для производства солнечной энергии в космосе , действуя как спутники солнечной энергии . Предлагаемые конструкции абажуров включают в себя цельный абажур и абажур, состоящий из множества мелких предметов. Большинство таких предложений предполагают наличие блокирующего элемента в точке Лагранжа L1 Солнца-Земли .
Современные предложения основаны на той или иной форме распределенного солнцезащитного козырька, состоящего из легких прозрачных элементов или надувных «космических пузырей», изготовленных в космосе для снижения стоимости запуска массивных объектов в космос. [7] [8]
Один предложенный солнцезащитный козырек будет состоять из 16 триллионов маленьких дисков в точке Лагранжа Солнце-Земля L1 , в 1,5 миллионах километров от Земли и между ней и Солнцем. Предполагается, что каждый диск будет иметь диаметр 0,6 метра и толщину около 5 микрометров. Масса каждого диска составит около грамма, что в сумме составит почти 20 миллионов тонн. [9] Такой группы небольших солнцезащитных козырьков, которые блокируют 2% солнечного света, отклоняя его в космос, было бы достаточно, чтобы остановить глобальное потепление. [10] Если бы 100 тонн дисков запускались на низкую околоземную орбиту каждый день, для запуска их всех потребовалось бы 550 лет.
Предполагается, что отдельные автономные флаеры, образующие облако солнцезащитных зонтов, не отражают солнечный свет, а представляют собой прозрачные линзы, слегка отклоняющие свет, чтобы он не падал на Землю. Это сводит к минимуму воздействие давления солнечной радиации на блоки, требуя меньше усилий для удержания их на месте в точке L1. Оптический прототип был построен Роджером Энджелом при финансовой поддержке NIAC . [11]
Остающееся солнечное давление и тот факт, что точка L1 находится в состоянии нестабильного равновесия , легко нарушаемого колебанием Земли из-за гравитационного воздействия Луны, требует, чтобы небольшие автономные летательные аппараты были способны маневрировать, чтобы удерживать позицию. Предлагаемое решение — разместить на поверхности флаеров вращающиеся зеркала. Используя давление солнечного излучения на зеркала как солнечные паруса и наклоняя их в нужном направлении, летательный аппарат сможет изменять свою скорость и направление, чтобы оставаться на месте. [12]
Такая группа зонтов должна будет занять площадь около 3,8 миллиона квадратных километров, если ее разместить в точке L1. [12]
Потребуются годы, чтобы вывести на орбиту достаточное количество дисков , чтобы добиться какого-либо эффекта. Это означает длительное время выполнения . Роджер Энджел из Университета Аризоны [9] представил идею солнцезащитного козырька в Национальной академии наук США в апреле 2006 года и выиграл грант Института передовых концепций НАСА для дальнейших исследований в июле 2006 года. стоимость превышает 130 миллиардов долларов США в течение 20 лет с расчетным сроком службы 50-100 лет. [13] Таким образом, профессор Энджел пришел к выводу, что «зонтик не является заменой развитию возобновляемых источников энергии , единственного постоянного решения. Подобный огромный уровень технологических инноваций и финансовых инвестиций может гарантировать это. Но если планета попадет в резкий климатический кризис это можно исправить только охлаждением, было бы хорошо иметь готовые решения по затенению». [12] [14]
Более поздняя конструкция была предложена Оливией Борге и Андреасом М. Хайном в 2022 году: распределенный солнцезащитный козырек массой порядка 100 000 тонн, состоящий из ультратонких полимерных пленок и нанотрубок SiO2. [7] По оценкам автора, для запуска такой массы потребуется 399 ежегодных запусков космического корабля, такого как SpaceX Starship, в течение 10 лет. [7]
Концепция MIT Senseable City Lab 2022 года предлагает использовать тонкопленочные структуры («космические пузыри»), изготовленные в космическом пространстве, для решения проблемы вывода необходимой массы в космос. [15] Ученые Массачусетского технологического института во главе с Карло Ратти полагают, что отклонение 1,8 процента солнечной радиации может полностью обратить вспять изменение климата. Полный набор надувных пузырей будет размером примерно с Бразилию и будет включать в себя систему управления, позволяющую регулировать расстояние от Солнца и оптимизировать его эффекты. [16] Оболочка тонкопленочных пузырьков будет изготовлена из кремния , испытанного в условиях космического пространства при давлении 0,0028 атм и температуре -50 градусов по Цельсию. [16] Они планируют исследовать материалы с низким давлением пара для быстрого надувания пузырьков, такие как расплав на основе кремния или ионная жидкость, армированная графеном. [16]
Некоторые авторы предложили рассеивать свет до того, как он достигнет Земли, поместив в космос очень большую линзу, возможно, в точку L1 между Землей и Солнцем. Этот план был предложен в 1989 году Дж. Т. Эрли. [17] Его проект включал изготовление большого стеклянного оккультиста (2000 км) из лунного материала и размещение его в точке L1. Проблемы включали большое количество материала, необходимого для изготовления диска, а также энергию для запуска его на орбиту. [6]
В 2004 году физик и писатель-фантаст Грегори Бенфорд подсчитал, что вогнутая вращающаяся линза Френеля диаметром 1000 километров и толщиной всего несколько миллиметров, плавающая в космосе в точке L 1 , уменьшит количество солнечной энергии, достигающей Земли, примерно на 0,5% до 1%. [18]
Стоимость такого объектива оспаривается. На съезде научной фантастики в 2004 году Бенфорд подсчитал, что первоначальная стоимость проекта составит около 10 миллиардов долларов США , а также еще 10 миллиардов долларов на вспомогательные расходы в течение всего срока его эксплуатации. [18]
Подобный подход предполагает размещение в космосе очень большой дифракционной решетки (тонкой проволочной сетки), возможно, в точке L1 между Землей и Солнцем. Предложение о дифракционной сетке массой 3000 тонн было сделано в 1997 году Эдвардом Теллером , Лоуэллом Вудом и Родериком Хайдом [19], хотя в 2002 году эти же авторы выступали за блокирование солнечного излучения в стратосфере, а не на орбите, учитывая нынешние космические запуски. технологии. [20]
Инфракрасный телескоп космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) имеет многослойный солнцезащитный козырек, защищающий телескоп от холода.
Для космических кораблей, приближающихся к Солнцу, солнцезащитный козырек обычно называют тепловым экраном. Известные космические корабли [конструкции] с теплозащитными экранами включают:
