Космическая солнечная энергетика

Концепция сбора солнечной энергии в космосе и ее распределения на Земле

Концепция интегрированного симметричного концентратора SPS от NASA

Пошаговая схема получения солнечной энергии из космоса.

Космическая солнечная энергия ( SBSP или SSP ) — это концепция сбора солнечной энергии в космическом пространстве с помощью спутников солнечной энергии (SPS) и ее распределения на Землю . Ее преимущества включают более высокий сбор энергии из-за отсутствия отражения и поглощения атмосферой , возможность очень короткой ночи и лучшую способность ориентироваться лицом к Солнцу. Космические солнечные энергетические системы преобразуют солнечный свет в некоторую другую форму энергии (например, микроволны ), которая может передаваться через атмосферу к приемникам на поверхности Земли.

Солнечные панели на космических аппаратах используются с 1958 года, когда Vanguard I использовал их для питания одного из своих радиопередатчиков; однако указанный выше термин (и аббревиатуры) обычно используются в контексте крупномасштабной передачи энергии для использования на Земле.

Различные предложения SBSP изучались с начала 1970-х годов, ^{[1] [2],} но по состоянию на 2014 год ^[update]ни одно из них не было экономически жизнеспособным с учетом стоимости запуска в космос. Некоторые технологи предлагают снизить стоимость запуска с помощью космического производства или радикально новых технологий запуска в космос, отличных от ракетной техники .

Помимо стоимости, SBSP также вводит несколько технологических препятствий, включая проблему передачи энергии с орбиты. Поскольку провода, простирающиеся от поверхности Земли до орбитального спутника, невозможны при современных технологиях, проекты SBSP обычно включают беспроводную передачу энергии с ее связанной неэффективностью преобразования, а также проблемы землепользования для антенных станций, чтобы получать энергию на поверхности Земли. Собирающий спутник будет преобразовывать солнечную энергию в электрическую энергию, питать микроволновый передатчик или лазерный излучатель и передавать эту энергию на коллектор (или микроволновую ректенну ) на поверхности Земли. Вопреки тому, что появляется в художественной литературе, большинство проектов предлагают плотности энергии пучка, которые не являются вредными, если люди будут непреднамеренно подвергнуты воздействию, например, если луч передающего спутника отклонится от курса. Но неизбежно огромный размер приемных антенн все равно потребует больших участков земли вблизи конечных пользователей. Срок службы космических коллекторов в условиях длительного воздействия космической среды, включая деградацию из-за радиации и микрометеоритных повреждений, также может стать предметом беспокойства для SBSP.

По состоянию на 2020 год SBSP активно реализуется Японией, Китаем ^[3], Россией, Индией, Великобританией ^[4] и США.

В 2008 году Япония приняла Основной закон о космосе, который установил национальную цель в области космической солнечной энергетики. ^[5] У JAXA есть дорожная карта для коммерческой SBSP.

В 2015 году Китайская академия космических технологий (CAST) представила свою дорожную карту на Международной конференции по развитию космоса. В феврале 2019 года Science and Technology Daily (科技日报, Keji Ribao), официальная газета Министерства науки и технологий Китайской Народной Республики , сообщила, что строительство испытательной базы началось в районе Бишань города Чунцин. Вице-президент CAST Ли Мин заявил, что Китай рассчитывает стать первой страной, которая построит работающую космическую солнечную электростанцию ​​с практической ценностью. Сообщалось, что китайские ученые планируют запустить несколько малых и средних космических электростанций в период с 2021 по 2025 год. ^{[6] [7]} В декабре 2019 года информационное агентство Синьхуа сообщило, что Китай планирует запустить 200-тонную станцию ​​SBSP, способную вырабатывать мегаватты (МВт) электроэнергии на Землю к 2035 году. ^[8]

В мае 2020 года Военно-морская исследовательская лаборатория США провела первое испытание генерации солнечной энергии на спутнике. ^[9] В августе 2021 года Калифорнийский технологический институт (Калтех) объявил, что планирует запустить тестовую батарею SBSP к 2023 году, и в то же время сообщил, что Дональд Брен и его жена Бригитта, оба попечители Калтеха, с 2013 года финансируют проект института по космической солнечной энергии, пожертвовав более 100 миллионов долларов. ^{[10] [11]} Команда Калтеха успешно продемонстрировала передачу энергии на Землю в 2023 году. ^[11]

История

Пилотный луч лазера направляет передачу микроволновой энергии на ректенну.

В 1941 году писатель-фантаст Айзек Азимов опубликовал научно-фантастический рассказ « Разум », в котором космическая станция передает энергию, собранную с Солнца, на различные планеты с помощью микроволновых лучей. Концепция SBSP, первоначально известная как спутниковая солнечная энергетическая система (SSPS), была впервые описана в ноябре 1968 года. ^[12] В 1973 году Питеру Глейзеру был выдан патент США номер 3,781,647 на его метод передачи энергии на большие расстояния (например, от SPS до поверхности Земли) с использованием микроволн от очень большой антенны (до одного квадратного километра) на спутнике к гораздо большей, теперь известной как ректенна , на земле. ^[13]

Глейзер тогда был вице-президентом Arthur D. Little , Inc. В 1974 году NASA подписало контракт с ADL на руководство четырьмя другими компаниями в более широком исследовании. Они обнаружили, что, хотя у концепции было несколько серьезных проблем — в основном, стоимость вывода необходимых материалов на орбиту и отсутствие опыта реализации проектов такого масштаба в космосе — она показала себя достаточно многообещающей, чтобы заслуживать дальнейшего изучения и исследования. ^[14]

Разработка и оценка концепции

Художественное представление спутника солнечной энергии на месте. Показана сборка антенны микроволновой передачи. Спутник солнечной энергии должен был быть расположен на геосинхронной орбите, на высоте 35 786 километров (22 236 миль) над поверхностью Земли. НАСА, 1976 год

В период с 1978 по 1986 год Конгресс уполномочил Министерство энергетики (DoE) и НАСА совместно исследовать концепцию. Они организовали Программу разработки и оценки концепции спутниковой энергосистемы. ^{[15] [16]} Исследование остается самым обширным из выполненных на сегодняшний день (бюджет 50 миллионов долларов). ^[17] Было опубликовано несколько отчетов, исследующих инженерную осуществимость такого проекта. Они включают в себя:

• Требования к ресурсам (важнейшие материалы, энергия и земля) ^[18]
• Финансовые/управленческие сценарии ^{[19] [20]}
• Общественное признание ^[21]
• Государственные и местные правила, применяемые к спутниковым энергосистемам, принимающим антенны микроволнового диапазона ^[22]
• Участие студентов ^[23]
• Потенциал лазера для передачи энергии SBSP ^[24]
• Международные соглашения ^{[25] [26]}
• Централизация/Децентрализация ^[27]
• Картографирование зон отчуждения для ректенных сайтов ^[28]
• Экономические и демографические проблемы, связанные с развертыванием ^[29]
• Некоторые вопросы и ответы ^[30]
• Метеорологические эффекты на распространение лазерного луча и лазеры с прямой солнечной накачкой ^[31]
• Эксперимент по работе с общественностью ^[32]
• Техническое резюме и оценка передачи и приема электроэнергии ^[33]
• Космический транспорт ^[34]

Прекращение

Проект не был продолжен из-за смены администрации после выборов в США 1980 года . Управление по оценке технологий пришло к выводу, что «в настоящее время слишком мало известно о технических, экономических и экологических аспектах SPS, чтобы принять обоснованное решение о продолжении его разработки и развертывания. Кроме того, без дополнительных исследований демонстрация SPS или программа проверки системной инженерии были бы высокорискованным предприятием». ^[35]

В 1997 году НАСА провело исследование «Свежий взгляд» для изучения современного состояния осуществимости SBSP. Оценивая «Что изменилось» с момента исследования DOE, НАСА заявило, что «Национальная космическая политика США теперь требует от НАСА значительных инвестиций в технологии (а не в конкретное транспортное средство), чтобы резко снизить стоимость транспортировки ETO [Земля-орбита] . Это, конечно, абсолютное требование космической солнечной энергии». ^[36]

Напротив, Пит Уорден из НАСА утверждал, что космическая солнечная энергия примерно на пять порядков дороже солнечной энергии из пустыни Аризоны, причем основная часть расходов приходится на транспортировку материалов на орбиту. Уорден назвал возможные решения спекулятивными и недоступны в течение ближайших десятилетий. ^[37]

2 ноября 2012 года Китай предложил Индии сотрудничество в космической сфере, в котором упоминается SBSP, «возможно, инициатива по использованию солнечной энергии из космоса, с помощью которой Индия и Китай смогут работать над долгосрочным партнерством при надлежащем финансировании вместе с другими странами, желающими осваивать космос, чтобы доставить солнечную энергию из космоса на Землю». ^[38]

Программа поисковых исследований и технологий

Концепция SPS с интегрированным симметричным концентратором SERT.NASA

В 1999 году НАСА инициировало программу исследований и технологий в области космической солнечной энергетики (SERT) для следующих целей:

• Проведение проектных исследований выбранных концепций демонстрационных полетов.
• Оценить исследования общей осуществимости, конструкции и требований.
• Разрабатывать концептуальные проекты подсистем, использующих передовые технологии SSP для использования в будущих космических и наземных приложениях.
• Разработать предварительный план действий для США (совместно с международными партнерами) по реализации агрессивной технологической инициативы.
• Разработать дорожные карты разработки и демонстрации технологий для важнейших элементов космической солнечной энергетики (КСЭ).

SERT занялся разработкой концепции солнечного энергоспутника (SPS) для будущей гигаваттной космической энергосистемы, которая будет обеспечивать электроэнергией путем преобразования энергии Солнца и передачи ее на поверхность Земли, и предоставил концептуальный путь развития, который будет использовать современные технологии. SERT предложил надувную фотоэлектрическую паутинообразную структуру с линзами-концентраторами или солнечными тепловыми двигателями для преобразования солнечного света в электричество. Программа рассматривала как системы на солнечно-синхронной орбите, так и на геосинхронной орбите . Некоторые выводы SERT:

• Рост мирового спроса на энергию, вероятно, сохранится на протяжении многих десятилетий, что приведет к строительству новых электростанций всех размеров.
• Воздействие этих предприятий на окружающую среду и их влияние на мировые поставки энергии и геополитические отношения могут оказаться проблематичными.
• Возобновляемая энергия — это убедительный подход как с философской, так и с инженерной точки зрения.
• Многие источники возобновляемой энергии ограничены в своей способности обеспечить по доступной цене базовую мощность, необходимую для глобального промышленного развития и процветания, из-за присущих им потребностей в земле и воде.
• На основании проведенного ими исследования по определению концепции концепции космической солнечной энергетики могут быть вновь вынесены на обсуждение.
• Солнечные спутники больше не следует рассматривать как требующие невообразимо больших первоначальных инвестиций в стационарную инфраструктуру, прежде чем можно будет приступить к размещению производительных электростанций.
• Космические солнечные энергосистемы, по-видимому, обладают многими существенными экологическими преимуществами по сравнению с альтернативными подходами.
• Экономическая жизнеспособность космических солнечных энергосистем зависит от многих факторов и успешного развития различных новых технологий (не последним из которых является наличие гораздо более дешевого доступа к космосу, чем было доступно ранее); однако то же самое можно сказать и о многих других вариантах передовых энергетических технологий.
• Космическая солнечная энергетика вполне может стать серьезным кандидатом среди вариантов удовлетворения энергетических потребностей 21-го века. ^[39]
• Для того чтобы SPS была экономически жизнеспособной, необходимы затраты на запуск в диапазоне 100–200 долларов за килограмм полезной нагрузки с низкой околоземной орбиты на геостационарную орбиту . ^[17]

Японское агентство аэрокосмических исследований

В журнале IEEE Spectrum за май 2014 года была опубликована длинная статья «В космосе всегда солнечно» Сусуму Сасаки. ^[40] В статье говорилось: «Это было предметом многих предыдущих исследований и предметом научной фантастики на протяжении десятилетий, но солнечная энергия космического базирования может, наконец, стать реальностью — и в течение 25 лет, согласно предложению исследователей из Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) со штаб-квартирой в Токио ».

JAXA объявило 12 марта 2015 года, что они передали 1,8 киловатт на расстояние 50 метров на небольшой приемник, преобразуя электричество в микроволны, а затем обратно в электричество. Это стандартный план для этого типа энергии. ^{[41] [42]} 12 марта 2015 года Mitsubishi Heavy Industries продемонстрировала передачу 10 киловатт (кВт) энергии на приемник, расположенный на расстоянии 500 метров (м). ^[43]

Преимущества и недостатки

Преимущества

Концепция SBSP привлекательна тем, что космос имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с поверхностью Земли для сбора солнечной энергии:

• В космосе всегда солнечный полдень и полное солнце.
• Собирающие поверхности могли бы получать гораздо более интенсивный солнечный свет из-за отсутствия препятствий, таких как атмосферные газы , облака , пыль и другие погодные явления. Следовательно, интенсивность на орбите составляет приблизительно 144% от максимально достижимой интенсивности на поверхности Земли. ^{[ необходима цитата ]}
• Спутник может быть освещен более 99% времени и находиться в тени Земли максимум 72 минуты за ночь во время весеннего и осеннего равноденствия в местную полночь. ^[44] Орбитальные спутники могут подвергаться постоянно высокому уровню солнечной радиации , как правило, в течение 24 часов в сутки, тогда как солнечные панели на поверхности Земли в настоящее время собирают электроэнергию в среднем 29% дня. ^[45]
• Энергия может быть относительно быстро перенаправлена ​​непосредственно в области, которые в ней больше всего нуждаются. Собирающий спутник, возможно, мог бы направлять энергию по требованию в различные поверхностные точки на основе географической базовой нагрузки или пиковой нагрузки .
• Сокращение вмешательства в жизнь растений и диких животных .
• SBSP не выделяет парниковые газы в отличие от нефтяных, газовых, этаноловых и угольных электростанций. Солнечная энергетика на основе космоса также не зависит от дефицитных ресурсов пресной воды и не конкурирует с ними, в отличие от угольных и атомных электростанций. ^[46]
• SBSP генерирует в сорок раз больше, чем солнечные панели, и не приносит почти ноль процентов опасных отходов в нашу окружающую среду. Он также позволяет производить электроэнергию непрерывно, двадцать четыре часа в сутки, девяносто девять процентов года. ^[47]
• Если бы чистая энергия, получаемая из космической солнечной энергии, составляла всего пять процентов нашего национального потребления энергии, наш углеродный след был бы значительно сокращен. ^[48]

Недостатки

Концепция SBSP также имеет ряд проблем:

• Высокая стоимость запуска спутника в космос. Для 6,5 кг/кВт стоимость размещения спутника-энергетика на геосинхронной орбите (ГСО) не может превышать 200 долл./кг, если стоимость электроэнергии должна быть конкурентоспособной.
• Микроволновая оптика требует гигаваттного масштаба для компенсации рассеивания луча диска Эйри . Обычно диск размером 1 км на геосинхронной орбите, передающий на частоте 2,45 ГГц, распространяется на расстояние до 10 км на расстоянии Земли. ^[49]
• Невозможность ограничить передачу энергии внутри крошечных углов луча. Например, луч в 0,002 градуса (7,2 угловых секунд) требуется, чтобы оставаться в пределах цели приемной антенны в один километр с геостационарной высоты. Самые передовые направленные беспроводные системы передачи энергии по состоянию на 2019 год распространяют свою ширину луча половинной мощности по меньшей мере на 0,9 угловых градусов. ^{[50] [51] [52] [53]}
• Недоступность: Обслуживание наземной солнечной панели относительно простое, но строительство и обслуживание солнечной панели в космосе обычно выполняется телероботами. Помимо стоимости, астронавты, работающие на ГСО, подвергаются неприемлемо высоким опасностям и рискам радиации и стоят примерно в тысячу раз дороже, чем та же задача, выполненная телероботами.
• Космическая среда враждебна; фотоэлектрические панели (если они используются) подвергаются деградации примерно в восемь раз большей, чем на Земле (за исключением орбит, защищенных магнитосферой). ^[54]
• Космический мусор представляет собой серьезную опасность для крупных объектов в космосе, особенно для крупных структур, таких как системы SBSP, проходящих через мусор на высоте менее 2000 км. Еще в 1978 году астрофизик Дональд Дж. Кесслер предупреждал о самораспространяющемся каскаде столкновений во время сборки модулей SPS на НОО, который теперь известен как синдром Кесслера . ^{[55] [56]} Риск столкновений значительно снижен на ГСО, поскольку все спутники движутся в одном направлении с очень близкой к одинаковой скоростью.
• Частота вещания микроволнового нисходящего канала (если он используется) потребует изоляции систем SBSP от других спутников. Пространство GEO уже хорошо используется и потребует координации с ITU-R . ^[57]
• Большой размер и соответствующая стоимость приемной станции на земле. Стоимость была оценена в миллиард долларов за 5 ГВт исследователем SBSP Кейтом Хенсоном .
• Потери энергии во время нескольких фаз преобразования фотонов в электроны, а затем обратно в электроны. ^{[58] [59]}
• Утилизация отработанного тепла в космических энергосистемах изначально сложна, но становится неразрешимой, когда весь космический корабль спроектирован так, чтобы поглощать как можно больше солнечной радиации. Традиционные системы терморегулирования космических аппаратов, такие как радиационные лопасти, могут мешать окклюзии солнечных панелей или передатчикам мощности.
• Расходы на вывод из эксплуатации: Расходы на вывод спутников с орбиты в конце срока их службы , чтобы предотвратить усугубление проблемы орбитального космического мусора из-за столкновений с астероидным, кометным и планетарным мусором ^[60] , вероятно, будут значительными. Хотя будущие расходы на придание Delta-V трудно оценить, величина Delta-V, которая должна быть придана для перевода спутника с ГСО на ГПО, составляет 1472 м/с ² . Если при входе в атмосферу распадающийся спутник выделит опасные химические вещества в атмосферу Земли, то дополнительные расходы на демонтаж спутника и вывод с орбиты экологически опасных компонентов внутри космического аппарата с возможностями приземления должны быть учтены в расходах на вывод из эксплуатации.
• Поскольку эти системы будут находиться в космосе, ими, очевидно, нельзя будет управлять вручную. Исследователям нужно будет создать способ автономного обслуживания этих систем, что может создать некоторые технические проблемы. ^[61]
• Исследования также показали, что рост населения может привести к увеличению заторов и в конечном итоге может привести к образованию орбитального мусора, что было установлено в ходе испытаний, проведенных Китаем со своим спутником. ^[62]

Дизайн

Художественное представление солнечного диска на вершине электрического космического буксира для перемещения с низкой околоземной орбиты на геостационарную .

Солнечная энергетика космического базирования по сути состоит из трех элементов: ^[2]

1. сбор солнечной энергии в космосе с помощью отражателей или надувных зеркал на солнечных элементах или нагревателях для тепловых систем
2. беспроводная передача энергии на Землю через микроволны или лазер
3. прием электроэнергии на Земле через ректенну , микроволновую антенну

Космическая часть не должна будет поддерживать себя против гравитации (кроме относительно слабых приливных напряжений). Ей не нужна защита от земного ветра или погоды, но ей придется справляться с космическими опасностями, такими как микрометеоры и солнечные вспышки . Были изучены два основных метода преобразования: фотоэлектрический (PV) и солнечно-динамический (SD). Большинство анализов SBSP были сосредоточены на фотоэлектрическом преобразовании с использованием солнечных элементов, которые напрямую преобразуют солнечный свет в электричество. Солнечная динамика использует зеркала для концентрации света на котле. Использование солнечной динамики может снизить массу на ватт. Беспроводная передача энергии была предложена на раннем этапе как средство передачи энергии от сбора к поверхности Земли с использованием либо микроволнового, либо лазерного излучения на различных частотах.

Передача микроволновой энергии

Уильям С. Браун продемонстрировал в 1964 году во время программы новостей Уолтера Кронкайта на CBS модель вертолета с микроволновым питанием , который получал всю необходимую для полета энергию от микроволнового луча. В период с 1969 по 1975 год Билл Браун был техническим директором программы JPL Raytheon , которая передавала 30 кВт энергии на расстояние 1 мили (1,6 км) с эффективностью 9,6%. ^{[63] [64]}

Передача микроволновой энергии в десятки киловатт была хорошо доказана существующими испытаниями в Голдстоуне в Калифорнии (1975) ^{[64] [65] [66]} и Гранд-Бассен на острове Реюньон (1997). ^[67]

Сравнение передачи лазерной и микроволновой энергии. Схема NASA

Совсем недавно передача микроволновой энергии была продемонстрирована в сочетании с улавливанием солнечной энергии между вершиной горы в Мауи и островом Гавайи (в 92 милях) группой под руководством Джона К. Манкинса . ^{[68] [69]} Технологические проблемы с точки зрения компоновки массива, конструкции отдельного излучающего элемента и общей эффективности, а также связанные с этим теоретические ограничения в настоящее время являются предметом исследования, как это было продемонстрировано на специальной сессии «Анализ электромагнитных беспроводных систем для передачи солнечной энергии», состоявшейся во время симпозиума IEEE 2010 года по антеннам и распространению. ^[70] В 2013 году был опубликован полезный обзор, охватывающий технологии и проблемы, связанные с передачей микроволновой энергии из космоса на землю. Он включает введение в SPS, текущие исследования и будущие перспективы. ^[71] Кроме того, обзор текущих методологий и технологий проектирования антенных решеток для передачи микроволновой энергии появился в Трудах IEEE. ^[72]

Мощность лазерного луча

Некоторые в NASA рассматривали лазерную передачу энергии как ступеньку к дальнейшей индустриализации космоса. В 1980-х годах исследователи NASA работали над потенциальным использованием лазеров для передачи энергии из космоса в космос, сосредоточившись в первую очередь на разработке лазера на солнечной энергии. В 1989 году было высказано предположение, что энергию можно также с пользой передавать с Земли в космос с помощью лазера. В 1991 году начался проект SELENE (SpacE Laser ENErgy), который включал изучение лазерной передачи энергии для снабжения энергией лунной базы. Программа SELENE представляла собой двухгодичную исследовательскую работу, но стоимость доведения концепции до рабочего состояния была слишком высока, и официальный проект завершился в 1993 году, не достигнув космической демонстрации. ^[73]

Лазерные солнечные спутники

Лазерные солнечные спутники меньше по размеру, что означает, что они должны работать в группе с другими подобными спутниками. У лазерных солнечных спутников есть много плюсов, особенно в отношении их более низкой общей стоимости по сравнению с другими спутниками. Хотя стоимость ниже, чем у других спутников, существуют различные проблемы безопасности и другие опасения относительно этого спутника. ^[74] Лазерные солнечные спутники должны выходить всего на 400 км в космос, но из-за их небольшой генерирующей мощности для создания устойчивого воздействия необходимо будет запустить сотни или тысячи лазерных спутников. Стоимость одного запуска спутника может варьироваться от пятидесяти до четырехсот миллионов долларов. Лазеры могут быть полезны для энергии солнца, собранной в космосе, для возврата обратно на Землю с целью удовлетворения потребностей наземной энергии. ^[75]

Орбитальное местоположение

Главное преимущество размещения космической электростанции на геостационарной орбите заключается в том, что геометрия антенны остается постоянной, и поэтому проще поддерживать антенны выровненными. Другое преимущество заключается в том, что почти непрерывная передача энергии становится доступной сразу же после того, как первая космическая электростанция будет размещена на орбите, LEO требует нескольких спутников, прежде чем они начнут производить почти непрерывную энергию.

Передача мощности с геостационарной орбиты микроволнами сопряжена с трудностями, поскольку требуемые размеры «оптической апертуры» очень велики. Например, исследование NASA SPS 1978 года требовало передающей антенны диаметром 1 км и приемной ректенны диаметром 10 км для микроволнового луча на частоте 2,45 ГГц . Эти размеры можно несколько уменьшить, используя более короткие длины волн, хотя они увеличивают атмосферное поглощение и даже потенциальную блокировку луча дождем или каплями воды. Из-за проклятия истонченной решетки невозможно сделать более узкий луч, объединив лучи нескольких меньших спутников. Большой размер передающей и приемной антенн означает, что минимальный практический уровень мощности для SPS обязательно будет высоким; небольшие системы SPS возможны, но неэкономичны. ^{[ оригинальное исследование? ]}

Группа космических электростанций на низкой околоземной орбите была предложена в качестве предшественника космической солнечной энергетики на геостационарной орбите . ^[76]

Приемник наземного базирования

Наземная ректенна, скорее всего, будет состоять из множества коротких дипольных антенн, соединенных через диоды . Микроволновые передачи со спутника будут приниматься в диполях с эффективностью около 85%. ^[77] С обычной микроволновой антенной эффективность приема лучше, но ее стоимость и сложность также значительно выше. Ректенны, скорее всего, будут иметь несколько километров в поперечнике.

В космических приложениях

Лазерный SBSP также может питать базу или транспортные средства на поверхности Луны или Марса, экономя на массовых затратах на посадку источника питания. Космический корабль или другой спутник также могут питаться теми же средствами. В отчете 2012 года, представленном в НАСА по космической солнечной энергии, автор упоминает, что еще одним потенциальным применением технологии, лежащей в основе космической солнечной энергии, могут быть солнечные электрические двигательные установки, которые могут использоваться для межпланетных исследовательских миссий человека. ^{[78] [79] [80]}

Затраты на запуск

Одной из проблем концепции SBSP является стоимость космических запусков и количество материала, которое необходимо будет запустить.

Большую часть запущенного материала не нужно немедленно доставлять на его конечную орбиту, что повышает вероятность того, что высокоэффективные (но более медленные) двигатели смогут перемещать материал SPS с LEO на GEO по приемлемой стоимости. Примерами служат ионные двигатели или ядерные двигатели . Для начала процесса необходимо будет построить инфраструктуру, включающую солнечные панели, преобразователи и передатчики энергии. Это будет чрезвычайно дорого, а их обслуживание обойдется еще дороже.

Чтобы дать представление о масштабе проблемы, предположим, что масса солнечной панели составляет 20 кг на киловатт (без учета массы опорной конструкции, антенны или какого-либо значительного уменьшения массы любых фокусирующих зеркал), электростанция мощностью 4 ГВт будет весить около 80 000 метрических тонн , ^[81] и все это, в текущих обстоятельствах, будет запущено с Земли. Однако это далеко от современного уровня техники для летающих космических аппаратов, который по состоянию на 2015 год составлял 150 Вт/кг (6,7 кг/кВт) и быстро улучшается. ^[82] Очень легкие конструкции, вероятно, могли бы достичь 1 кг/кВт, ^[83] что означает 4000 метрических тонн для солнечных панелей для той же станции мощностью 4 ГВт. Помимо массы панелей, необходимо добавить накладные расходы (включая разгон до желаемой орбиты и поддержание на месте).

К этим расходам следует добавить воздействие на окружающую среду тяжелых космических запусков, если такие расходы использовать в сравнении с наземным производством энергии. Для сравнения, прямые расходы новой угольной ^[84] или атомной электростанции составляют от 3 до 6 миллиардов долларов за ГВт (не включая полную стоимость для окружающей среды от выбросов CO2 _или хранения отработанного ядерного топлива соответственно).

Строительство из космоса

Из лунных материалов, выведенных на орбиту

Джерард О'Нил , отметив проблему высоких затрат на запуск в начале 1970-х годов, предложил построить SPS на орбите с использованием материалов с Луны . ^[85] Затраты на запуск с Луны потенциально намного ниже, чем с Земли из-за меньшей гравитации и отсутствия атмосферного сопротивления . Это предложение 1970-х годов предполагало тогдашнюю рекламируемую будущую стоимость запуска космического челнока НАСА. Такой подход потребовал бы существенных первоначальных капиталовложений для установки двигателей массы на Луне. ^[86] Тем не менее, 30 апреля 1979 года в Заключительном отчете («Использование лунных ресурсов для космического строительства») подразделения General Dynamics Convair в рамках контракта НАСА NAS9-15560 был сделан вывод о том, что использование лунных ресурсов будет дешевле, чем земных материалов для системы всего из тридцати спутников солнечной энергии мощностью 10 ГВт каждый. ^[87]

В 1980 году, когда стало очевидно, что оценки стоимости запуска космического челнока НАСА были чрезвычайно оптимистичными, О'Нил и др. опубликовали другой путь к производству с использованием лунных материалов с гораздо более низкими начальными затратами. ^[88] Эта концепция SPS 1980-х годов в меньшей степени опиралась на присутствие человека в космосе и в большей степени на частично самовоспроизводящиеся системы на поверхности Луны под дистанционным управлением рабочих, размещенных на Земле. Высокий чистый прирост энергии этого предложения вытекает из гораздо более мелкой гравитационной ямы Луны .

Наличие относительно дешевого источника сырья из космоса уменьшило бы беспокойство по поводу конструкций с низкой массой и привело бы к созданию другого типа СЭС. Низкая стоимость за фунт лунных материалов в видении О'Нила будет поддерживаться использованием лунного материала для производства большего количества объектов на орбите, чем просто спутников солнечной энергии. Передовые методы запуска с Луны могут снизить стоимость строительства спутника солнечной энергии из лунных материалов. Некоторые предлагаемые методы включают в себя лунный двигатель массы и лунный космический лифт , впервые описанные Джеромом Пирсоном. ^[89] Это потребовало бы создания предприятий по добыче кремния и производству солнечных элементов на Луне . ^{[ требуется ссылка ]}

На Луне

Физик доктор Дэвид Крисвелл предполагает, что Луна является оптимальным местом для солнечных электростанций, и продвигает лунную солнечную энергию. ^{[90] [91] [92]} Главным преимуществом, которое он видит, является строительство в основном из локально доступных лунных материалов, с использованием использования ресурсов на месте , с телеуправляемым мобильным заводом и краном для сборки микроволновых отражателей, а также марсоходами для сборки и укладки солнечных батарей, ^[93] что значительно снизит стоимость запуска по сравнению с проектами SBSP. Спутники-ретрансляторы мощности, вращающиеся вокруг Земли и Луны, отражающие микроволновый луч, также являются частью проекта. Демонстрационный проект мощностью 1 ГВт начинается с 50 миллиардов долларов. ^[94] Корпорация Shimizu использует комбинацию лазеров и микроволн для концепции Luna Ring , наряду со спутниками-ретрансляторами мощности. ^{[95] [96]}

С астероида

Также серьезно рассматривалась добыча астероидов . Исследование конструкции НАСА ^[97] оценило 10 000-тонный горнодобывающий корабль (который будет собираться на орбите), который вернет 500 000-тонный фрагмент астероида на геостационарную орбиту. Только около 3 000 тонн горнодобывающего корабля будет традиционной полезной нагрузкой аэрокосмического класса. Остальное будет реактивной массой для двигателя массового привода, который может быть организован так, чтобы использовать отработанные ступени ракеты, используемые для запуска полезной нагрузки. Предполагая, что 100% возвращенного астероида были полезны, и что сам астероидный майнер не может быть использован повторно, это представляет собой почти 95%-ное снижение затрат на запуск. Однако истинные достоинства такого метода будут зависеть от тщательного минерального исследования астероидов-кандидатов; до сих пор у нас есть только оценки их состава. ^[98] Одно из предложений заключается в том, чтобы захватить астероид Апофис на околоземной орбите и превратить его в 150 спутников солнечной энергии мощностью 5 ГВт каждый или в более крупный астероид 1999 AN10, который в 50 раз больше Апофиса и достаточно большой, чтобы построить 7500 спутников солнечной энергии мощностью 5 гигаватт ^[99]

Безопасность

Потенциальное воздействие мощных микроволновых лучей на людей и животных на земле является серьезной проблемой для этих систем. На поверхности Земли предлагаемый микроволновый луч SPSP будет иметь максимальную интенсивность в центре, 23 мВт/см ² . ^[100] Хотя это меньше 1/4 постоянной солнечного излучения , микроволны проникают в ткани гораздо глубже, чем солнечный свет, и на этом уровне превышают действующие пределы воздействия микроволн на рабочем месте, установленные Законом США о безопасности и гигиене труда (OSHA) в 10 мВт/см ^{2 . [ 101]} Исследования показывают , что при 23 мВт/см ² люди испытывают значительный дефицит пространственного обучения и памяти. ^[102] Если диаметр предлагаемой решетки SPSP увеличивается в 2,5 раза, плотность энергии на земле увеличивается до 1 Вт/см ² . ^[a] На этом уровне средняя смертельная доза для мышей составляет 30-60 секунд воздействия микроволн. ^[103] Хотя следует избегать проектирования массива с диаметром в 2,5 раза большим, военный потенциал двойного назначения такой системы совершенно очевиден.

При хорошем дизайне боковых лепестков антенной решетки, вне приемника, может быть меньше долгосрочных уровней OSHA ^[104] , поскольку более 95% энергии луча попадет на ректенну. Однако любое случайное или преднамеренное неправильное наведение спутника может быть смертельным для жизни на Земле в пределах луча.

Воздействие луча можно минимизировать различными способами. На земле, предполагая, что луч направлен правильно, физический доступ должен контролироваться (например, через ограждение). Типичные самолеты, пролетающие через луч, снабжают пассажиров защитной металлической оболочкой (например, клеткой Фарадея ) , которая будет перехватывать микроволны. ^{[ оригинальное исследование? ]} Другие самолеты ( воздушные шары , сверхлегкие и т. д.) могут избегать воздействия, используя контролируемое воздушное пространство, как это в настоящее время делается для военного и другого контролируемого воздушного пространства. Кроме того, ограничением конструкции является то, что микроволновый луч не должен быть настолько интенсивным, чтобы нанести вред диким животным, особенно птицам. Были высказаны предложения разместить ректенны вдали от берега, ^{[105] [106],} но это создает серьезные проблемы, включая коррозию, механические напряжения и биологическое загрязнение.

Обычно предлагаемый подход к обеспечению безотказного нацеливания луча заключается в использовании ретронаправленной фазированной антенной решетки/ректенны. «Пилотный» микроволновый луч, излучаемый из центра ректенны на земле, устанавливает фазовый фронт на передающей антенне. Там схемы в каждой из подрешеток антенны сравнивают фазовый фронт пилотного луча с внутренней фазой часов для управления фазой исходящего сигнала. Если смещение фазы относительно пилота выбрано одинаковым для всех элементов, передаваемый луч должен быть точно центрирован на ректенне и иметь высокую степень фазовой однородности; если пилотный луч потерян по какой-либо причине (например, если передающая антенна отвернута от ректенны), значение управления фазой теряется, и микроволновый пучок мощности автоматически расфокусируется. ^[107] Такая система не будет эффективно фокусировать свой пучок мощности в любом месте, где нет передатчика пилотного луча. Долгосрочные эффекты излучения мощности через ионосферу в виде микроволн еще предстоит изучить.

Хронология

В 20 веке

• 1941: Айзек Азимов опубликовал научно-фантастический рассказ «Разум», в котором космическая станция передает собранную от солнца энергию на различные планеты с помощью микроволновых лучей. «Разум» был опубликован в журнале «Astounding Science Fiction». ^[108]
• 1968: Питер Глейзер представляет концепцию системы «солнечных спутников» с квадратными милями солнечных коллекторов на высокой геосинхронной орбите для сбора и преобразования солнечной энергии в микроволновый луч для передачи полезной энергии на большие приемные антенны ( ректенны ) на Земле для распределения.
• 1973: Питеру Глейзеру выдан патент США под номером 3 781 647 на его метод передачи энергии на большие расстояния с использованием микроволн от большой (один квадратный километр) антенны на спутнике к гораздо большей антенне на земле, теперь известной как ректенна. ^[13]
• 1978–1981: Министерство энергетики США и НАСА всесторонне изучают концепцию солнечной энергетической спутниковой установки (SPS), публикуя проектные и технико-экономические обоснования.
• 1987: Стационарная высокогорная релейная платформа, канадский эксперимент
• 1995–1997: НАСА проводит исследование «Свежий взгляд» на концепции и технологии космической солнечной энергетики (КСП).
• 1998: Исследование определения концепции космической солнечной энергетики (CDS) определяет надежные, коммерчески жизнеспособные концепции SSP, указывая при этом на технические и программные риски.
• 1998: Японское космическое агентство начинает разработку космической солнечной энергетической системы (SSPS), программа которой продолжается и по сей день. ^[109]
• 1999: Начинается программа НАСА по исследованию и технологиям космической солнечной энергии ( SERT, см. ниже ).
• 2000: Джон Мэнкинс из НАСА дает показания в Палате представителей США , заявляя: «Крупномасштабная SSP — это очень сложная интегрированная система систем, которая требует многочисленных существенных достижений в современных технологиях и возможностях. Была разработана технологическая дорожная карта, которая излагает потенциальные пути для достижения всех необходимых достижений — хотя и в течение нескольких десятилетий. ^[17]

В 21 веке

• 2001: NASDA (одно из национальных космических агентств Японии до того, как оно стало частью JAXA ) объявляет о планах проведения дополнительных исследований и создания прототипов путем запуска экспериментального спутника мощностью 10 киловатт и 1 мегаватт. ^{[110] [111]}
• 2003: Исследования ЕКА ^[112]
• 2007: 10 октября 2007 года Управление национальной безопасности США по космосу (NSSO) опубликовало отчет ^[113], в котором говорится, что они намерены собирать солнечную энергию из космоса для использования на Земле, чтобы помочь продолжающимся отношениям США с Ближним Востоком и битве за нефть. Демонстрационная установка может стоить 10 миллиардов долларов, производить 10 мегаватт и быть введена в эксплуатацию через 10 лет. ^[114]
• 2007: В мае 2007 года в Массачусетском технологическом институте США (MIT) проводится семинар для обзора текущего состояния рынка и технологии SBSP. ^[115]
• 2010: Профессора Андреа Масса и Джорджио Франческетти объявляют о проведении специальной сессии «Анализ электромагнитных беспроводных систем для передачи солнечной энергии» на Международном симпозиуме по антеннам и распространению радиоволн Института инженеров по электротехнике и электронике 2010 года . ^[116]
• 2010: Индийская организация космических исследований и Национальное космическое общество США запустили совместный форум для укрепления партнерства в освоении солнечной энергии с помощью космических солнечных коллекторов. Названный Инициативой Калам-NSS в честь бывшего президента Индии доктора А. П. Дж. Абдула Калама , форум заложит основу для программы космической солнечной энергетики, к которой могут присоединиться и другие страны. ^[117]
• 2010: « Небо без границ: космическая солнечная энергия, следующий важный шаг в стратегическом партнерстве Индии и США?», написанная подполковником ВВС США Питером Гарретсоном, была опубликована в Институте оборонных исследований и анализа. ^[118]
• 2012: Китай предложил совместную разработку Индией и Китаем солнечного спутника во время визита бывшего президента Индии доктора А. П. Дж. Абдула Калама . ^[119]
• 2015: Между Caltech и Northrop Grumman Corporation создана инициатива Space Solar Power Initiative (SSPI). По оценкам, $17,5 млн будет выделено на трехлетний проект по разработке космической солнечной энергетической системы.
• 2015: 12 марта 2015 года JAXA объявило, что они передали по беспроводной связи 1,8 кВт на расстояние 50 метров на небольшой приемник, преобразуя электричество в микроволны, а затем обратно в электричество. ^{[41] [42]}
• 2016: Генерал-лейтенант Чжан Юйлинь, заместитель начальника отдела развития вооружений [НОАК] Центральной военной комиссии, предположил, что Китай затем начнет использовать пространство Земля-Луна для промышленного развития. Целью будет строительство космических спутников солнечной энергии, которые будут передавать энергию обратно на Землю. ^[120]
• 2016: Команда, в которую вошли представители Военно-морской исследовательской лаборатории (NRL), Агентства перспективных оборонных проектов (DARPA), Университета авиации ВВС, Объединенного штаба логистики (J-4), Госдепартамента, Makins Aerospace и Northrop Grumman, выиграла общеведомственный конкурс инноваций D3 (дипломатия, развитие, оборона) министра обороны (SECDEF) / государственного секретаря (SECSTATE) / директора USAID с предложением о том, что США должны лидировать в области космической солнечной энергетики. Предложение сопровождалось видео-видением
• 2016: Движение «Граждане за космическую солнечную энергию» превратило предложение D3 в активные петиции на веб-сайте Белого дома «Америка должна возглавить переход к космической энергетике» и Change.org «США должны возглавить переход к космической энергетике», а также следующее видео.
• 2016: Эрик Ларсон и другие из NOAA выпускают статью «Глобальный атмосферный ответ на выбросы от предлагаемой многоразовой космической системы запуска» ^[121] В статье обосновывается, что можно построить до 2 ТВт/год энергетических спутников без недопустимого ущерба для атмосферы. До выхода этой статьи существовали опасения, что NO _x, образующиеся при входе в атмосферу, разрушат слишком много озона.
• 2016: Ян Кэш из SICA Design предлагает новую концепцию CASSIOPeiA (Constant Aperture, Solid State, Integrated, Orbital Phased Array). Список факультетов SPS | Электротехника и вычислительная техника
• 2017: NASA выбирает пять новых исследовательских предложений, ориентированных на инвестиции в космос. Колорадская горная школа фокусируется на «Тенденциях 21-го века в области космической солнечной генерации и хранения энергии».
• 2019: Адитья Бараскар и профессор Тошия Ханада из Лаборатории динамики космических систем Университета Кюсю предложили энергетическую орбиту (E-Orbit), ^[122] небольшую группировку космических солнечных спутников для передачи энергии между спутниками на низкой околоземной орбите. Всего 1600 спутников для передачи 10 киловатт электроэнергии в радиусе 500 км на высоте 900 км. ^[123]
• 2019: Китай создает испытательную базу для SBSP и объявляет о плане запуска рабочей станции SBSP мегаваттного класса массой 200 тонн к 2035 году.
• 2020: Военно-морская исследовательская лаборатория США запускает испытательный спутник. ^[124] Также ВВС США планируют запустить свой проект по демонстрациям и исследованиям космической солнечной энергии (SSPIDR) для испытательного спутника ARACHNE. ^[125] Arachne должен быть запущен в 2024 году. ^[126]
• 2021: Калифорнийский технологический институт объявляет о планах запустить тестовую установку SBSP к 2023 году.
• 2022: Инициатива по космической энергии в Великобритании объявила о запуске первой электростанции в космосе в середине 2040-х годов, чтобы «обеспечить 30 процентов (значительно возросшего) спроса Великобритании на электроэнергию» и «сократить зависимость Великобритании от ископаемого топлива» и иностранных связей. ^[127]
• 2022: Европейское космическое агентство предложило программу под названием SOLARIS для эксплуатации спутников солнечной энергии с 2030 года. ^[128]
• 2023: Демонстрационный аппарат космической солнечной энергии Калтеха (SSPD-1) посылает «обнаруживаемую энергию» на Землю. ^[11]

Нетипичные конфигурации и архитектурные решения

Типичная референтная система систем включает значительное количество (несколько тысяч многогигаваттных систем для обслуживания всех или значительной части энергетических потребностей Земли) отдельных спутников на ГСО. Типичная референтная конструкция отдельного спутника находится в диапазоне 1–10 ГВт и обычно включает плоские или концентрированные солнечные фотоэлектрические элементы (ФЭ) в качестве коллектора / преобразователя энергии. Наиболее типичные конструкции передачи находятся в диапазоне радиочастот 1–10 ГГц (2,45 или 5,8 ГГц), где потери в атмосфере минимальны. Материалы для спутников поставляются и производятся на Земле и, как ожидается, будут транспортироваться на НОО с помощью многоразового запуска ракеты и транспортироваться между НОО и ГСО с помощью химического или электрического двигателя. Подводя итог, можно сказать, что выбор архитектуры таков:

• Местоположение = ГЕО
• Сбор энергии = PV
• Спутник = Монолитная Структура
• Передача = РЧ
• Материалы и производство = Земля
• Установка = RLV на LEO, химикаты на GEO

В референсной системе есть несколько интересных вариантов дизайна:

Альтернативное место сбора энергии: Хотя GEO является наиболее типичным из-за своих преимуществ близости к Земле, упрощенного наведения и отслеживания, очень короткого времени затмения и масштабируемости для многократного удовлетворения всего мирового спроса, были предложены и другие места:

• Солнце Земля L1: Роберт Кеннеди III, Кен Рой и Дэвид Филдс предложили вариант солнцезащитного козырька L1 под названием «Точки Дайсона» ^[129] , где многотераваттный первичный коллектор будет направлять энергию обратно на ряд спутников-приемников LEO с солнечной синхронизацией. Гораздо большее расстояние до Земли требует соответственно большей апертуры передачи.
• Лунная поверхность: Дэвид Крисвелл предложил использовать саму лунную поверхность в качестве среды сбора, передавая энергию на землю через ряд микроволновых отражателей на околоземной орбите. Главным преимуществом этого подхода будет возможность производить солнечные коллекторы на месте без затрат на энергию и сложности запуска. Недостатки включают гораздо большее расстояние, требующее более крупных систем передачи, необходимое «избыточное строительство» для работы в лунную ночь и сложность достаточного производства и наведения спутников-отражателей. ^[130]
• MEO: MEO-системы были предложены для космических утилит и инфраструктур движителей с лучевой мощностью. Например, см. статью Ройса Джонса. ^[131]
• Высокоэллиптические орбиты: орбиты «Молния», «Тундра» или «Квази-Зенит» были предложены в качестве ранних мест для нишевых рынков, требующих меньше энергии для доступа и обеспечивающих хорошую устойчивость. ^[132]
• Солнце-синхронизированная НОО: На этой околополярной орбите спутники прецессируют со скоростью, которая позволяет им всегда быть обращенными к Солнцу, вращаясь вокруг Земли. Это легкодоступная орбита, требующая гораздо меньше энергии, а ее близость к Земле требует меньших (и, следовательно, менее массивных) передающих апертур. Однако недостатки этого подхода включают необходимость постоянного смещения приемных станций или накопления энергии для пакетной передачи. Эта орбита уже переполнена и имеет значительное количество космического мусора.
• Экваториальная НОО: японская программа SPS 2000 предложила ранний демонстрационный образец на экваториальной НОО, в котором несколько участвующих стран экваториального региона могли бы получать некоторую мощность. ^[133]
• Поверхность Земли: Нараян Комерат предложил космическую энергосистему, в которой избыточная энергия из существующей сети или электростанции на одной стороне планеты может передаваться на орбиту, через нее на другой спутник и вниз к приемникам. ^[134]

Сбор энергии: Наиболее типичные конструкции для спутников солнечной энергии включают фотоэлектрические элементы. Они могут быть плоскими (и обычно пассивно охлаждаемыми), концентрированными (и, возможно, активно охлаждаемыми). Однако есть несколько интересных вариантов.

• Солнечная тепловая энергия: Сторонники солнечной тепловой энергии предложили использовать концентрированный нагрев, чтобы вызвать изменение состояния жидкости для извлечения энергии с помощью вращающегося оборудования с последующим охлаждением в радиаторах. Преимущества этого метода могут включать общую массу системы (спорную), устранение деградации из-за повреждения солнечным ветром и устойчивость к радиации. Один из последних проектов тепловых солнечных спутников, разработанный Кейтом Хенсоном и другими, был визуализирован здесь. Концепция тепловой космической солнечной энергии Связанная концепция здесь: Beamed Energy Bootstrapping Предлагаемые радиаторы представляют собой тонкостенную пластиковую трубку, заполненную паром низкого давления (2,4 кПа) и температуры (20 °C).
• Лазер с солнечной накачкой: Япония работает над созданием лазера с солнечной накачкой , в котором солнечный свет напрямую возбуждает лазерную среду, используемую для создания когерентного луча на Землю.
• Stellaser: Гипотетическая концепция очень большого лазера, в котором звезда обеспечивает как энергию генерации, так и лазерную среду, создавая управляемый энергетический луч непревзойденной мощности.
• Распад термоядерного синтеза: эта версия энергоспутника не является «солнечной». Скорее, вакуум космоса рассматривается как «особенность, а не ошибка» традиционного термоядерного синтеза. Согласно Полу Вербосу, ​​после термоядерного синтеза даже нейтральные частицы распадаются на заряженные частицы, которые в достаточно большом объеме допускают прямое преобразование в ток. ^{[ необходима цитата ]}
• Петля солнечного ветра : также называется спутником Дайсона-Харропа . Здесь спутник использует не фотоны от Солнца, а заряженные частицы в солнечном ветре, которые посредством электромагнитной связи генерируют ток в большой петле.
• Прямые зеркала: Ранние концепции прямого зеркального перенаправления света на планету Земля страдали от проблемы, что лучи, исходящие от Солнца, не параллельны, а расширяются от диска, и поэтому размер пятна на Земле довольно большой. Льюис Фраас исследовал массив параболических зеркал для дополнения существующих солнечных батарей. ^[135]

Альтернативная архитектура спутника: Типичный спутник представляет собой монолитную конструкцию, состоящую из структурной фермы, одного или нескольких коллекторов, одного или нескольких передатчиков и иногда первичных и вторичных отражателей. Вся конструкция может быть стабилизирована градиентом гравитации. Альтернативные конструкции включают:

• Рой меньших спутников: Некоторые проекты предлагают рои свободно летающих меньших спутников. Это касается нескольких лазерных проектов и, по-видимому, касается ковров-самолетов CALTECH. ^[136] Для проектов RF инженерным ограничением является проблема прореженной решетки .
• Свободно плавающие компоненты: Solaren предложила альтернативу монолитной структуре, в которой первичный отражатель и передающий отражатель являются свободно плавающими. ^[137]
• Стабилизация вращения: НАСА исследовало концепцию тонкой пленки со стабилизацией вращения.
• Стабилизированная структура фотонного лазерного двигателя (PLT): Янг Бэ предположил, что давление фотонов может заменить сжимающие элементы в больших конструкциях. ^[138]

Передача: Наиболее типичная конструкция для передачи энергии — через антенну RF на частоте ниже 10 ГГц на ректенну на земле. Существуют разногласия относительно преимуществ клистронов, гиротронов, магнетронов и твердотельных тел. Альтернативные подходы к передаче включают:

• Лазер: Лазеры предлагают преимущество гораздо более низкой стоимости и массы для первой мощности, однако существуют разногласия относительно преимуществ эффективности. Лазеры позволяют использовать гораздо меньшие передающие и принимающие апертуры. Однако высококонцентрированный луч имеет проблемы безопасности для глаз, пожарной безопасности и использования в качестве оружия. Сторонники считают, что у них есть ответы на все эти проблемы. Подход на основе лазера должен также найти альтернативные способы борьбы с облаками и осадками.
• Атмосферный волновод: Некоторые предполагают, что можно использовать лазер с коротким импульсом для создания атмосферного волновода, через который могли бы проходить концентрированные микроволны. ^{[139] [140] [141]}
• Ядерный синтез: ускорители частиц, размещенные во внутренней солнечной системе (будь то на орбите или на планете, например, Меркурии ), могли бы использовать солнечную энергию для синтеза ядерного топлива из природных материалов. Хотя это было бы крайне неэффективно с использованием современных технологий (с точки зрения количества энергии, необходимой для производства топлива, по сравнению с количеством энергии, содержащейся в топливе) и вызвало бы очевидные проблемы ядерной безопасности , базовая технология, на которой будет основываться такой подход, используется уже десятилетиями, что делает его, возможно, самым надежным средством передачи энергии, особенно на очень большие расстояния — в частности, из внутренней солнечной системы во внешнюю солнечную систему.

Материалы и производство: Типичные конструкции используют развитую промышленную производственную систему, существующую на Земле, и используют земные материалы как для спутника, так и для топлива. Варианты включают:

• Лунные материалы: существуют конструкции для спутников солнечной энергии, которые получают >99% материалов из лунного реголита с очень небольшими поставками «витаминов» из других мест. Использование материалов с Луны привлекательно, потому что запуск с Луны в теории гораздо менее сложен, чем с Земли. Там нет атмосферы, и поэтому компоненты не нужно плотно упаковывать в аэрооболочку и они выдерживают вибрацию, давление и температурные нагрузки. Запуск может осуществляться с помощью магнитного двигателя массы и полностью обходить требование использовать топливо для запуска. Запуск с Луны на ГСО также требует гораздо меньше энергии, чем из гораздо более глубокого гравитационного колодца Земли. Строительство всех спутников солнечной энергии для полного обеспечения всей необходимой энергией для всей планеты требует менее одной миллионной массы Луны.
• Самовоспроизведение на Луне: НАСА исследовало самовоспроизводящуюся фабрику на Луне в начале 1980-х годов. ^[142] Совсем недавно Джастин Льюис-Уэббер предложил метод видового производства основных элементов ^[143], основанный на проекте Джона Мэнкинса SPS-Alpha. ^{[144] [145]}
• Астероидные материалы: считается, что у некоторых астероидов Delta-V для извлечения материалов даже ниже, чем у Луны, а некоторые представляющие особый интерес материалы, такие как металлы, могут быть более концентрированными или более доступными.
• Производство в космосе/на месте: с появлением аддитивного производства в космосе такие концепции, как SpiderFab, могут позволить массовый запуск сырья для локальной экструзии. ^[146]

Метод установки/транспортировки материала к месту сбора энергии: В референтных проектах компонентный материал запускается с помощью хорошо известных химических ракет (обычно полностью многоразовых систем запуска) на НОО, после чего для его доставки на ГСО используется либо химическая, либо электрическая тяга. Желаемые характеристики для этой системы — очень высокий массовый расход при низкой общей стоимости. Альтернативные концепции включают:

• Запуск лунного химического оборудования: ULA недавно продемонстрировала концепцию полностью многоразового химического посадочного модуля XEUS для перемещения материалов с поверхности Луны на LLO или GEO. ^[147]
• Лунный массовый двигатель : запуск материалов с поверхности Луны с использованием системы, похожей на электромагнитную катапульту авианосца. Неисследованной компактной альтернативой может стать слингатрон.
• Лунный космический лифт : экваториальный или околоэкваториальный кабель простирается до точки Лагранжа и проходит через нее. Сторонники утверждают, что он имеет меньшую массу, чем традиционный массовый двигатель.
• Космический лифт : Лента из чистых углеродных нанотрубок простирается от своего центра тяжести на геостационарной орбите, позволяя альпинистам подниматься на ГСО. Проблемы с этим включают материальную сложность создания ленты такой длины (36 000 км!) с достаточной прочностью, управление столкновениями со спутниками и космическим мусором, а также молниями.
• MEO Skyhook: В рамках исследования AFRL Роджер Ленард предложил MEO Skyhook. Похоже, что стабилизированный градиентом гравитации трос с центром масс на MEO может быть построен из доступных материалов. Нижняя часть Skyhook находится близко к атмосфере на «некеплеровской орбите». Многоразовая ракета может запускаться, чтобы соответствовать высоте и скорости нижней части троса, который находится на некеплеровской орбите (движется намного медленнее типичной орбитальной скорости). Полезная нагрузка передается и поднимается по тросу. Сам трос удерживается от схода с орбиты с помощью электротяги и/или электромагнитных эффектов.
• Запуск MAGLEV / StarTram : У Джона Пауэлла есть концепция системы с очень высоким массовым потоком. В системе первого поколения, встроенной в гору, полезная нагрузка ускоряется через эвакуированную трассу MAGLEV. Небольшая бортовая ракета вращает полезную нагрузку. ^[148]
• Запуск энергии пучка: Кевин Паркин и Escape Dynamics имеют концепции ^[149] для наземного облучения монотопливной ракеты-носителя с использованием РЧ-энергии. РЧ-энергия поглощается и напрямую нагревает топливо, что не отличается от ядерно-термического подхода в стиле NERVA. У LaserMotive есть концепция для подхода на основе лазера.

Галерея

• 
  Лунная база с массовым двигателем (длинная конструкция, которая уходит к горизонту). Концептуальная иллюстрация НАСА
• 
  Художественное представление «саморазвивающейся» роботизированной лунной фабрики.
• 
  Микроволновые отражатели на Луне и дистанционно управляемый роботизированный вездеход и кран для укладки дорожного покрытия.
• 
  «Гусеничный аппарат» перемещается по поверхности Луны, разглаживая и расплавляя верхний слой реголита, а затем размещая элементы кремниевых фотоэлементов непосредственно на поверхности
• 
  Эскиз лунного гусеничного аппарата, который будет использоваться для изготовления лунных солнечных батарей на поверхности Луны.
• Здесь показан массив солнечных коллекторов, преобразующих энергию в микроволновые лучи, направленные на Землю.
• 
  Спутник для получения солнечной энергии, построенный из добытого астероида.

Смотрите также

• Портал возобновляемой энергии
• Портал космического пространства

• Динамика положения и управление  – Процесс управления ориентацией аэрокосмического аппаратаPages displaying short descriptions of redirect targets
• Уравнение передачи Фрииса  – Формула в телекоммуникационной технике для расчета характеристик антенны
• Будущее развитие энергетики  – Методы производства энергииPages displaying short descriptions of redirect targets
• Поддержание орбитальной станции  – Маневры, выполняемые для поддержания определенной орбиты.
• Проект Земля (сериал)  – телесериалPages displaying wikidata descriptions as a fallback
• Solaris SBSP  – космический проект солнечной энергетикиPages displaying short descriptions of redirect targets
• Космическое зеркало (климатическая инженерия)  – искусственные спутники, предназначенные для изменения количества солнечной радиации, воздействующей на Землю.
• Знамя  – Российские эксперименты с орбитальным зеркалом в 1990-х годах

Примечания

1. Увеличение диаметра решетки пространства в 2,5 раза увеличивает количество элементов решетки в 6,25 раза, что увеличивает общую передаваемую мощность на этот коэффициент. Кроме того, для когерентного микроволнового луча площадь пятна на земле уменьшается в 6,25 раза, поэтому плотность мощности на земле увеличивается в 6,25 ² = 40 раз. Это увеличивает предлагаемые 23 Вт/см ² до примерно 1 Вт/см ²

Ссылки

Национальное космическое общество ведет обширную библиотеку по космической солнечной энергетике (Архивировано 14 апреля 2018 г. на Wayback Machine) , содержащую все основные исторические документы и исследования, связанные с космической солнечной энергетикой, а также основные новостные статьи (Архивировано 29 мая 2016 г. на Wayback Machine ).

1. "Космическая солнечная энергия". ESA –Advanced Concepts Team . 15 апреля 2013 г. Получено 23 августа 2015 г.
2. "Космическая солнечная энергия". Министерство энергетики США (DOE) . 6 марта 2014 г.
3. Эрик Розенбаум; Донован Руссо (17 марта 2019 г.). «Китай планирует использовать солнечную энергию в космосе, от чего NASA отказалось десятилетия назад». CNBC.com . Получено 19 марта 2019 г.
4. "Правительство Великобритании поручило провести исследование космических солнечных электростанций". gov.uk (Пресс-релиз). Космическое агентство Великобритании. 14 ноября 2020 г. Получено 30 ноября 2020 г.
5. "Basic Plan for Space Policy" (PDF) . 2 июня 2009 г. . Получено 21 мая 2016 г. .
6. "我国有望率先建成空间太阳能电站-科技新闻-中国科技网首页" . www.stdaily.com . Проверено 18 августа 2021 г.
7. Нидхэм, Кирсти (2019-02-15). «Раскрыты планы первой китайской солнечной электростанции в космосе». The Sydney Morning Herald . Получено 2021-08-18 .
8. "Китай построит космическую солнечную электростанцию ​​к 2035 году - Xinhua | English.news.cn". www.xinhuanet.com . Архивировано из оригинала 2 декабря 2019 года . Получено 2021-08-18 .
9. «Эксперимент по использованию солнечной энергии запущен исследовательской лабораторией ВМС на космическом самолете X-37B». Forbes . 27 мая 2020 г.
10. "Caltech Announces Breakthrough $100 Million Gift to Funding Space-based Solar Power Project". Калифорнийский технологический институт . 3 августа 2021 г. Получено 18 августа 2021 г.
11. "In a First, Caltech's Space Solar Power Demonstrator Wirelessly Transmits Power in Space". Калифорнийский технологический институт . 1 июня 2023 г. Получено 01.06.2023 .
12. Glaser, PE (1968). «Энергия от Солнца: ее будущее». Science . 162 (3856): 857–61. Bibcode :1968Sci...162..857G. doi :10.1126/science.162.3856.857. PMID  17769070.
13. Glaser, Peter E. (25 декабря 1973 г.). «Метод и устройство для преобразования солнечного излучения в электрическую энергию». Патент США 3,781,647 .
14. Glaser, PE , Maynard, OE, Mockovciak, J., и Ralph, E. L, Arthur D. Little, Inc., «Исследование целесообразности спутниковой солнечной электростанции», NASA CR-2357, NTIS N74-17784, февраль 1974 г.
15. "Satellite Power System Concept Development and Evaluation Program July 1977 - August 1980. DOE/ET-0034, February 1978. 62 страницы" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2017-03-13 . Получено 2009-02-20 .
16. "Satellite Power System Concept Development and Evaluation Program Reference System Report. DOE/ER-0023, October 1978. 322" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2017-03-13 . Получено 2009-02-20 .
17. Заявление Джона К. Мэнкинса, архив 2014-04-19 в Wayback Machine Подкомитет по космосу и аэронавтике Комитета по науке Палаты представителей США, 7 сентября 2000 г.
18. "Требования к ресурсам спутниковой энергосистемы (SPS) (критические материалы, энергия и земля). HCP/R-4024-02, октябрь 1978 г." (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-08 . Получено 2009-02-20 .
19. "Satellite Power System (SPS) Financial/Management Scenarios. Подготовлено J. Peter Vajk. HCP/R-4024-03, October 1978. 69 pages" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-08 . Получено 2009-02-20 .
20. "Satellite Power System (SPS) Financial/Management Scenarios. Подготовлено Herbert E. Kierulff. HCP/R-4024-13, October 1978. 66 страниц" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-08 . Получено 2009-02-20 .
21. "Спутниковая система питания (SPS) Общественное принятие. HCP/R-4024-04, октябрь 1978 г. 85 страниц" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-08 . Получено 2009-02-20 .
22. "Спутниковая система питания (SPS) Государственные и местные правила, применяемые к спутниковым системам питания микроволновых приемных антенн. HCP/R-4024-05, октябрь 1978 г. 92 страницы" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-08 . Получено 2009-02-20 .
23. "Satellite Power System (SPS) Student Participation. HCP/R-4024-06, October 1978. 97 pages" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-08 . Получено 2009-02-20 .
24. "Потенциал лазера для передачи энергии SPS. HCP/R-4024-07, октябрь 1978 г. 112 страниц" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-08 . Получено 2009-02-20 .
25. "Спутниковые энергетические системы (SPS) Международные соглашения. Подготовлено Карлом К. Кристолом. HCP-R-4024-08, октябрь 1978 г. 283 страницы" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-08 . Получено 2009-02-20 .
26. "Satellite Power System (SPS) International Agreements. Подготовлено Stephen Grove. HCP/R-4024-12, October 1978. 86 pages" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-08 . Получено 2009-02-20 .
27. "Satellite Power System (SPS) Centralization/Decentralization. HCP/R-4024-09, October 1978. 67 pages" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-08 . Получено 2009-02-20 .
28. "Спутниковая система питания (SPS) Картографирование зон отчуждения для ректенных площадок. HCP-R-4024-10, октябрь 1978 г. 117 страниц" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2014-02-24 . Получено 2009-02-20 .
29. "Экономические и демографические проблемы, связанные с развертыванием спутниковой энергосистемы (SPS). ANL/EES-TM-23, октябрь 1978 г. 71 страница" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-08 . Получено 2009-02-20 .
30. "Некоторые вопросы и ответы о спутниковой энергосистеме (SPS). DOE/ER-0049/1, январь 1980 г. 47 страниц" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-08 . Получено 2009-02-20 .
31. "Исследования лазеров для спутниковых энергосистем (SPS): метеорологические эффекты на распространение лазерного луча и лазеры с прямой солнечной накачкой для SPS. Отчет подрядчика NASA 3347, ноябрь 1980 г. 143 страницы" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-08 . Получено 2009-02-20 .
32. "Эксперимент по информированию общественности о спутниковой энергосистеме (SPS). DOE/ER-10041-T11, декабрь 1980 г. 67 страниц" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-08 . Получено 2009-02-20 .
33. http://www.nss.org/settlement/ssp/library/1981NASASPS-PowerTransmissionAndReception.pdf Архивировано 08.12.2013 в Wayback Machine «Программа разработки и оценки концепции спутниковой энергосистемы: Техническое резюме и оценка передачи и приема энергии» Справочная публикация NASA 1076, июль 1981 г. 281 страница.
34. "Программа разработки и оценки концепции спутниковой энергосистемы: космический транспорт. Технический меморандум NASA 58238, ноябрь 1981 г. 260 страниц" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-08 . Получено 2009-02-20 .
35. "Solar Power Satellites. Office of Technology Assessment, August 1981. 297 pages" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-08 . Получено 2009-02-20 .
36. "Свежий взгляд на космическую солнечную энергетику: новые архитектуры, концепции и технологии. Джон К. Манкинс. Международная астронавтическая федерация IAF-97-R.2.03. 12 страниц" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2017-10-26 . Получено 2009-02-20 .
37. "Доктор Пит Уорден на thespaceshow". thespaceshow.com. 23 марта 2009 г. Архивировано из оригинала 7 июля 2012 г.
38. "Китай предлагает космическое сотрудничество с Индией". The Times of India . 2012-11-02. Архивировано из оригинала 2013-05-23.
39. Развитие технологий космических солнечных спутников в исследовательском центре Гленна — обзор. Джеймс Э. Дуденхофер и Патрик Дж. Джордж, исследовательский центр Гленна НАСА , Кливленд, Огайо.
40. «Как Япония планирует построить орбитальную солнечную ферму». 24 апреля 2014 г.
41. Tarantola, Andrew (12 марта 2015 г.). «Ученые добиваются успехов в передаче солнечной энергии из космоса» (PDF) . Engadget . Том 162, № 3856. С. 857–861.
42. "Японские ученые-космонавты совершили прорыв в области беспроводной энергии". www.thenews.com.pk .
43. "MHI успешно завершила наземные демонстрационные испытания технологии беспроводной передачи энергии для SSPS". 12 марта 2015 г. Архивировано из оригинала 15 марта 2015 г. Получено 20 марта 2015 г.
44. Спутники солнечной энергии . Вашингтон, округ Колумбия: Конгресс США, Управление по оценке технологий. Август 1981 г. стр. 66. LCCN  81600129.
45. полюсах Земли может осуществляться 24 часа в сутки, но на полюсах требуются очень небольшие грузы.
46. "Информация о космической солнечной энергии: Безграничная чистая энергия из космоса – NSS". 11 августа 2017 г. Получено 2024-05-03 .
47. «Космическая солнечная энергия — наше будущее? (2024) | GreenMatch». GreenMatch.co.uk . Получено 2024-05-03 .
48. Стейтц, Дэвид (19.01.2024). «Исследование НАСА: возможна чистая передача солнечной энергии из космоса». SpaceNews . Получено 03.05.2024 .
49. "Обзор космической солнечной энергетики". esa.int . 2022-08-08 . Получено 2024-04-03 .
50. Шен, Г.; Лю, И.; Сан, Г.; Чжэн, Т.; Чжоу, С.; Ван, А. (2019). «Подавление уровня боковых лепестков плоской антенной решетки при беспроводной передаче энергии». IEEE Access . 7 : 6958–6970. Bibcode : 2019IEEEA...7.6958S. doi : 10.1109/ACCESS.2018.2890436 . ISSN  2169-3536.
51. Ван, Вэнь-Цинь (2019). «Фокусировка решетки с ретронаправленным частотным разнесением для беспроводной передачи информации и мощности». Журнал IEEE по избранным областям в коммуникациях . 37 (1): 61–73. doi : 10.1109/JSAC.2018.2872360. ISSN  0733-8716. S2CID  56594774.
52. Shinohara, Naoki (июнь 2013 г.). «Технологии управления лучом с высокоэффективной фазированной решеткой для передачи микроволновой энергии в Японии». Труды IEEE . 101 (6): 1448–1463. doi : 10.1109/JPROC.2013.2253062 . hdl : 2433/174333 . S2CID  9091936.
53. Фартукзаде, Махди (7 марта 2019 г.). «О зависимости диаграмм направленности, создаваемых произвольными антенными решетками, от времени: обсуждения необоснованных ожиданий от частотно-разнесенных решеток». arXiv : 1903.03508 [physics.class-ph]. Библиотечный код : 2019arXiv190303508F
54. В космосе панели подвергаются быстрой эрозии под воздействием высокоэнергетических частиц, «Деградация солнечных панелей», архив 2011-09-29 на Wayback Machine , тогда как на Земле коммерческие панели деградируют со скоростью около 0,25% в год. «Тестирование тридцатилетнего фотоэлектрического модуля»
55. "Синдром Кесслера". 2009-03-08. Архивировано из оригинала 2018-06-22 . Получено 2010-05-26 .
56. Танеи, Лука (август 2024 г.). «Спутник солнечной энергии и меняющееся восприятие НАСА околоземного пространства, 1976–1982 гг.». Quest: История космических полетов . 31 (3): 9–24.
57. Мацумото, Хироси (2009). «Космический солнечный спутник/станция и политика» (PDF) . EMC'09/Киото . Архивировано из оригинала (PDF) 8 августа 2019 г. . Получено 7 августа 2021 г. .
58. "Илон Маск о SpaceX, Tesla и многом другом". Popular Mechanics . 2012-10-04 . Получено 2023-06-15 .
59. Свон, Филип (2019). «Беспроводная технология передачи энергии на расстояние — стратегия развития экосистемы». Семинар IEEE PELS 2019 года по новым технологиям: беспроводная передача энергии (WoW) . IEEE. стр. 99–104. doi :10.1109/WoW45936.2019.9030683. ISBN 978-1-5386-7514-4. S2CID  212703930. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
60. Золенский, Майкл; Блэнд, Фил; Браун, Питер; Холлидей, Ян (2006-07-01), «Поток внеземных материалов», Метеориты и ранняя Солнечная система II , Издательство Университета Аризоны, стр. 869–888, doi :10.2307/j.ctv1v7zdmm.46 , получено 15 июня 2023 г.
61. "Новые обновления исследования NASA по космической солнечной энергии - NASA". 2024-01-11 . Получено 2024-05-06 .
62. Кейтон г-н, Джеффри Л. (2015-01-04). «Космическая солнечная энергетика: техническая, экономическая и эксплуатационная оценка». Военный колледж армии США .
63. Dickenson, RM (1 сентября 1975 г.). Evaluation of a Microwave High-Power Reception-Conversion Array for Wireless Power Transmission (JPL Technical Memorandum 33-741) . NASA Jet Propulsion Laboratory. стр. 8–24 . Получено 2 июня 2019 г. Из -за небольшого размера решетки относительно трубчатого пучка антенны диаметром 26 м только около 11,3% выходного сигнала передатчика клистрона падает на решетку (см. рис. 12) и, таким образом, доступно для сбора и преобразования в выходной сигнал постоянного тока.
64. Brown, WC (1984). «История передачи энергии радиоволнами». Труды IEEE по теории и технике микроволн . 32 (9): 1230–1242. Bibcode : 1984ITMTT..32.1230B. doi : 10.1109/TMTT.1984.1132833. S2CID  73648082.
65. "Беспроводная передача энергии 34 кВт на расстояние 1 мили при эффективности 82,5%, Голдстоун, 1975". 13 марта 2008 г. Архивировано из оригинала 19 декабря 2021 г. – через YouTube.
66. «Беспроводная передача энергии для солнечной спутниковой энергии (SPS) (второй черновик Н. Шинохары), семинар по космической солнечной энергии, Технологический институт Джорджии» (PDF) .
67. БЕСПРОВОДНАЯ ТРАНСПОРТИРОВКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ «ОТ ТОЧКИ К ТОЧКЕ» НА ОСТРОВЕ РЕЮНЬОН Архивировано 23 октября 2005 г. на 48-м Международном астронавтическом конгрессе Wayback Machine , Турин, Италия, 6–10 октября 1997 г. – IAF-97-R.4.08 JD Lan Sun Luk, A. Celeste, P. Romanacce, L. Chane Kuang Sang, JC Gatina – Университет Реюньона – Факультет естественных наук и технологий.
68. БЕСПРОВОДНАЯ ТРАНСПОРТИРОВКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ «ОТ ТОЧКИ К ТОЧКЕ» НА ГАВАЙЯХ Архивировано 20 июня 2010 г. на Wayback Machine .
69. Исследователи передают «космическую» солнечную энергию на Гавайи. Лоретта Идальго, 12 сентября 2008 г.
70. "2010 APS/URSI". 26 июля 2009 г. Архивировано из оригинала 2009-07-26.
71. Сасаки, Сусуму; Танака, Кодзи; Маки, Кен-Ичиро (2013). «Технологии передачи микроволновой энергии для спутников солнечной энергии». Труды IEEE . 101 (6): 1438. doi :10.1109/JPROC.2013.2246851. S2CID  23479022.
72. Масса, Андреа; Оливери, Джакомо; Виани, Федерико; Рокка, Паоло (2013). «Конструкции массивов для беспроводной передачи энергии на большие расстояния: современные и инновационные решения». Труды IEEE . 101 (6): 1464. doi :10.1109/JPROC.2013.2245491. S2CID  2990114.
73. Участие Гленна в лазерной энергетической передаче энергии — обзор. Архивировано 17 ноября 2006 г. в исследовательском центре имени Гленна Wayback Machine NASA.
74. "Космическая солнечная энергия". Energy.gov . Получено 2024-03-12 .
75. Коэн, Ариэль. «Как космические лазеры вскоре смогут передавать чистую энергию на Землю». Forbes . Получено 03.05.2024 .
76. Комерат, Н. М.; Бёхлер, Н. (октябрь 2006 г.). Космическая энергосеть . Валенсия, Испания: 57-й конгресс Международной астронавтической федерации. IAC-C3.4.06.
77. "CommSpacTransSec38.html". www.hq.nasa.gov .
78. Мэнкинс, Джон. "SPS-ALPHA: Первый практический спутник солнечной энергии с произвольно большой фазированной решеткой" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 23 мая 2013 г. . Получено 24 апреля 2014 г. .
79. "Second Beamed Space-Power Workshop" (PDF) . Nasa. 1989. стр. около страницы 290. Архивировано из оригинала (PDF) 2012-04-02 . Получено 2011-11-08 .
80. Генри В. Брандхорст-младший (27 октября 2010 г.). «Варианты передачи энергии с Луны» (PDF) . Брандхорст . Группа FISO. Архивировано из оригинала (PDF) 9 декабря 2013 г. . Получено 5 января 2012 г. .
81. "Космическая солнечная энергетика". energy.gov .
82. «Солнечная энергия и хранение энергии для планетарных миссий» (PDF) . 25 августа 2015 г.
83. "Case For Space Based Solar Power Development". Август 2003 г. Получено 14 марта 2006 г.
84. "2006_program_update" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2007-01-10.
85. О'Нил, Джерард К. , «Высокий рубеж, человеческие колонии в космосе», ISBN 0-688-03133-1 , стр. 57 
86. «Колонизация космоса — в стиле 70-х!». 11 декабря 2009 г. Архивировано из оригинала 19 декабря 2021 г. — через YouTube.
87. General Dynamics Convair Division (1979). Использование лунных ресурсов для космического строительства (PDF) . GDC-ASP79-001.
88. О'Нил, Джерард К.; Дриггерс, Г.; О'Лири, Б. (1980). «Новые пути к производству в космосе». Астронавтика и аэронавтика . 18 : 46–51. Bibcode : 1980AsAer..18...46G.Описано несколько сценариев развития промышленности в космосе. Один сценарий предполагает наличие производственного объекта с экипажем из трех человек, полностью на поверхности Луны. Другой сценарий предполагает полностью автоматизированный производственный объект, дистанционно контролируемый с Земли, с возможностью периодических визитов ремонтных бригад. Третий случай предполагает наличие пилотируемого объекта на Луне для эксплуатации пусковой установки с приводом от масс для транспортировки лунных материалов в точку сбора в космосе и для копирования приводов от масс.
89. Пирсон, Джером; Юджин Левин, Джон Олдсон и Гарри Уайкс (2005). Лунные космические лифты для фазы I разработки цислунарного пространства. Заключительный технический отчет (PDF).
90. «UH Mobile — Космические центры в UH нацелены на следующие 50 лет исследований».
91. "Criswell - Publications and Abstracts". Архивировано из оригинала 2010-06-22.
92. Дэвид Уормфлэш (29 марта 2017 г.). «Излучение солнечной энергии с Луны может решить энергетический кризис Земли». Wired UK . Condé Nast . Получено 27 февраля 2018 г.
93. "Lunar Solar Cell Manufacturing" (PDF) . www.cam.uh.edu . Архивировано из оригинала (PDF) 22 июня 2010 г. . Получено 12 января 2022 г. .
94. ДЭВИД Р. КРИСВЕЛ. ЛУННАЯ СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА: ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, РАЗРАБОТКИ И ДЕМОНСТРАЦИЯ (PDF) . 18-й конгресс, Буэнос-Айрес, октябрь 2001 г. Всемирный энергетический совет. Архивировано из оригинала (PDF) 26 марта 2012 г. Получено 12 января 2022 г. – через www.moonbase-italia.org.
95. "Концепция кольца Луны". Виртуальный институт исследований солнечной системы .
96. "Lunar Solar Power Generation, "LUNA RING", Concept and Technology" (PDF) . Японо-американская программа по науке, технологиям и космическим приложениям. 2009. Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-08.
97. Космические ресурсы, NASA SP-509, том 1.
98. "Извлечение астероидных материалов". Архивировано из оригинала 2010-05-31.
99. Стивен Д. Кови (май 2011 г.). «Технологии захвата астероидов на околоземную орбиту». Архивировано из оригинала 2011-12-12 . Получено 2012-01-29 .
100. Хэнли., ГМ. . "Исследование определения концепции систем питания спутников (SPS)" (PDF) . NASA CR 3317, сентябрь 1980 г. .
101. Интерпретация стандартов радиочастотного и микроволнового излучения в Общей промышленности (29 CFR 1910) 1910 Подраздел G, Охрана труда и контроль окружающей среды 1910.97, Неионизирующее излучение.
102. Чжи, Вэй-Цзя; Ван, Ли-Фэн; Ху, Сян-Цзюнь (2017). «Последние достижения в области воздействия микроволнового излучения на мозг». Военно-медицинские исследования . 4 (1): 29. doi : 10.1186/s40779-017-0139-0 . ISSN  2054-9369. PMC 5607572. PMID 29502514  . 
103. "Defense Technical Information Center". apps.dtic.mil . Получено 31 марта 2024 г. .
104. 2081 Обнадеживающий взгляд на будущее человечества, Джерард К. О'Нил , ISBN 0-671-24257-1 , стр. 182-183 
105. "Исследование оффшорной ректенны для солнечной энергии" (PDF) . Заключительный отчет Rice Univ . 1980. Bibcode : 1980ruht.reptT.....
106. Freeman, JW; et al. (1980). "Возможность использования ректенн на море". В NASA, Washington the Final Proc. of the Solar Power Satellite Program Rev. P 348-351 (SEE N82-22676 13-44) : 348. Bibcode : 1980spsp.nasa..348F. hdl : 2060/19820014867.
107. Гупта, С.; Фуско, В.Ф. (1997). «Автоматический активный антенный приемник с управляемым лучом». 1997 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest . Том 2. С. 599–602. doi :10.1109/MWSYM.1997.602864. ISBN 978-0-7803-3814-2. S2CID  21796252.
108. "Reason". Goodreads . Получено 29.02.2024 .
109. "Введение в исследования: о SSPS". JAXA . Получено 25 ноября 2022 г.
110. "Вспышки споров по поводу планов использования солнечной энергии в космосе". Space.com . 2 декабря 2009 г.
111. Презентация соответствующей технической базы с диаграммами: http://www.spacefuture.com/archive/conceptual_study_of_a_solar_power_satellite_sps_2000.shtml
112. "История исследований SPS". Архивировано из оригинала 2012-10-22.
113. "National Security Space Office Interim Assessment Phase 0 Architecture Feasibility Study, 10 октября 2007 г." (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 25 октября 2007 г. . Получено 20 октября 2007 г. .
114. «Еще раз доказываем необходимость использования солнечной энергии в космосе». thespacereview.com. 28 ноября 2011 г.
115. Земное производство энергии на основе космической солнечной энергии: осуществимая концепция или фантастика? Дата: 14–16 мая 2007 г.; Местонахождение: Массачусетский технологический институт, Кембридж, Массачусетс
116. Список специальных сессий, Международный симпозиум IEEE по антеннам и распространению радиоволн, 20 апреля 2010 г.
117. Mridul Chadha (10 ноября 2010 г.), США и Индия запускают космическую солнечную энергетическую инициативу, заархивировано из оригинала 31 июля 2012 г.
118. "Небо без границ: космическая солнечная энергетика — следующий важный шаг в стратегическом партнерстве Индии и США? | Институт оборонных исследований и анализа". www.idsa.in . Получено 21.05.2016 .
119. PTI (2 ноября 2012 г.), «США и Китай предлагают сотрудничество в космосе с Индией», The Times of India , архивировано из оригинала 23 мая 2013 г.
120. "Эксплуатация пространства Земля-Луна: амбиции Китая после космической станции". Агентство новостей Синьхуа . Архивировано из оригинала 8 марта 2016 года . Получено 21 мая 2016 года .
121. Larson, Erik JL; Portmann, Robert W.; Rosenlof, Karen H.; Fahey, David W.; Daniel, John S.; Ross, Martin N. (2017). «Глобальная реакция атмосферы на выбросы от предлагаемой многоразовой космической системы запуска». Earth's Future . 5 (1): 37–48. Bibcode :2017EaFut...5...37L. doi : 10.1002/2016EF000399 .
122. "Energy Orbit". 6-й симпозиум по космической солнечной энергетике (SSPS) (онлайн) . 4 декабря 2020 г.
123. "Спутниковая беспроводная система передачи энергии для малой космической солнечной электростанции". 26-я сессия Азиатско-Тихоокеанского регионального форума космических агентств (APRSAF-26) . 26 ноября 2019 г.
124. «Naval Research Laboratory Conducts First Test of Solar Power Satellite Hardware in Orbit» (Военно-морская исследовательская лаборатория проводит первые испытания оборудования для спутниковой солнечной энергии на орбите). www.navy.mil (пресс-релиз). US Naval Research Laboratory Public Affairs. 18 мая 2020 г. Архивировано из оригинала 19 мая 2020 г. Получено 19 мая 2020 г.
125. "Космическая передача энергии". Исследовательская лаборатория ВВС . Архивировано из оригинала 2021-04-28 . Получено 2021-04-28 .
126. Дэвид, Леонард (8 апреля 2021 г.). «Космическая солнечная энергия проходит ключевое испытание на борту загадочного космического самолета X-37B американских военных». Space.com .
127. "Великобритания запустит первую электростанцию ​​в КОСМОСЕ – безграничная зеленая энергия для сокращения иностранных связей". Space Energy Initiative . 21 марта 2022 г. Получено 18 апреля 2022 г.
128. Foust, Jeff (2022-08-19). "ESA запросит финансирование для исследования космической солнечной энергетики". SpaceNews . Получено 2023-10-29 .
129. Кеннеди, Роберт Г.; Рой, Кеннет И.; Филдс, Дэвид Э. (2013). «Точки Дайсона: Изменение солнечной постоянной на переменную с помощью фотоэлектрических световых парусов». Acta Astronautica . 82 (2): 225–37. Bibcode : 2013AcAau..82..225K. doi : 10.1016/j.actaastro.2012.10.022.
130. "Lunarsolarpower". Архивировано из оригинала 2016-05-26 . Получено 2016-05-23 .
131. Ройс Джонс. "Система транспортировки энергии в космосе с помощью лучевого излучения для колонизации ближнего космоса" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2016-06-10 . Получено 2016-05-22 .
132. http://www.sspi.gatech.edu/welsom_isdc_reed.pdf Предложение Кевина Рида по QGSO (слайд 25)
133. «Космическое будущее — SPS 2000 — демонстратор SPS».
134. Комерат, Нараянан. «Космическая энергосеть: синергия между политикой в ​​области космоса, энергетики и безопасности» (PDF) . Georgia Tech . Получено 4 декабря 2022 г. .
135. Льюис М. Фраас. Самонаводящиеся зеркальные спутники для получения солнечной энергии из космоса (PDF) . Семинар SSP Орландо, Флорида, декабрь 2015 г. Архивировано из оригинала (PDF) 01.07.2016 . Получено 23.05.2016 .
136. Силберг, Боб (6 апреля 2016 г.). «Осветят ли мир летающие ковры-самолеты?». НАСА.
137. "Космический контроль штормов". 17 апреля 2009 г.
138. Bae, Young (2007), "Полет формирования фотонного троса (PTFF) для распределенных и фракционированных космических архитектур", Конференция и выставка AIAA SPACE 2007 , Американский институт аэронавтики и астронавтики, doi :10.2514/6.2007-6084, ISBN 978-1-62410-016-1, получено 2022-05-10
139. Фридман, Д. Клинт (май 2009 г.). «Присоединение электромагнитной (ЭМ) волны к нитям лазерной плазмы» (PDF) .
140. Tzortzakis, Stelios; Couairon, Arnaud (26 февраля 2014 г.). «Волновод из горячего воздуха». Physics . 7 : 21. Bibcode :2014PhyOJ...7...21C. doi : 10.1103/Physics.7.21 .
141. "События - "Долгоживущий атмосферный волновод в следе лазерных нитей"". phys.technion.ac.il . Архивировано из оригинала 2017-02-16.
142. Концепции воспроизводящихся систем: Самовоспроизводящаяся лунная фабрика и демонстрация (Отчет). NASA. 1 ноября 1982 г. Получено 31 января 2023 г.
143. Льюис-Вебер, Джастин (2016). «Лунная самовоспроизводящаяся солнечная фабрика». New Space . 4 (1): 53–62. Bibcode : 2016NewSp...4...53L. doi : 10.1089/space.2015.0041.
144. «Инновации АРТЕМИС».
145. "NASA.gov" (PDF) .
146. "Tethers Unlimited. SpiderFab Additive Manufacturing and Assembly On-Orbit". Архивировано из оригинала 2016-05-19 . Получено 2016-05-23 .
147. Джордж Сауэрс (15 декабря 2015 г.). «Транспортная архитектура для окололунного пространства» (PDF) . United Launch Alliance. Архивировано из оригинала (PDF) 2016-05-07 . Получено 2016-05-23 .
148. "Startram - Проект Startram" . Стартрам .
149. Паркин, Кевин LG (2006). Микроволновый тепловой двигатель и его применение к проблеме запуска (PhD). Калифорнийский технологический институт. doi :10.7907/T337-T709.

Внешние ссылки

• Европейское космическое агентство (ЕКА) – Группа передовых концепций, космическая солнечная энергетика
• Уильям Мэнесс о том, почему альтернативная энергия и электросети не являются хорошими партнерами, и о своих планах по передаче солнечной энергии из космоса. в журнале Seed
• Миру нужна энергия из космоса Космические солнечные технологии являются ключом к энергетическому и экологическому будущему мира, пишет Питер Э. Глейзер , пионер этой технологии.
• Переосмысление солнечной энергетической спутниковой системы», NASA 2004–212743, отчет Джеффри А. Лэндиса из Исследовательского центра имени Гленна в NASA
• Планы Японии по созданию солнечной электростанции в космосе. Правительство Японии надеется собрать космическую солнечную батарею к 2040 году.
• Космическая Энергия, Inc. - Космическая Энергия, Inc.
• Что случилось со спутниками солнечной энергии? Статья, в которой рассматриваются препятствия на пути развертывания спутника солнечной энергии.
• Солнечный энергетический спутник из лунных и астероидных материалов Архивировано 2020-09-25 в Wayback Machine Содержит обзор технологических и политических разработок, необходимых для строительства и использования многогигаваттного энергетического спутника. Также дает некоторую перспективу экономии средств, достигнутой за счет использования внеземных материалов при строительстве спутника.
• Возрождение космической солнечной энергетики? Джефф Фауст, понедельник, 13 августа 2007 г. Сообщается о возобновлении институционального интереса к SSP и об отсутствии такого интереса в последние десятилетия.
• «Концептуальное исследование спутника солнечной энергии, SPS 2000» Макото Нагатомо, Сусуму Сасаки и Ёсихиро Наруо
• Исследователи передают «космическую» солнечную энергию на Гавайи ( Wired Science)
• [1] Архивировано 14 апреля 2018 г. в Wayback Machine Библиотека космических солнечных батарей Национального космического общества
• Будущее энергетики по требованию? Специальная сессия на фестивале делле Читта Импреса 2010 года с участием Джона Манкинса (Artemis Innovation Management Solutions LLC, США), Нобуюки Кайя ( Университет Кобе , Япония), Серджио Гарриббы ( Министерство экономического развития , Италия), Лоренцо Фиори ( Finmeccanica Group, Италия), Андреа Масса ( Университет Тренто , Италия) и Винченцо Джервазио (Национальный совет экономики и промышленности, Италия). Белая книга - История развития СПС Международный союз радионауки 2007
• Международный конкурс дизайна SunSat
• Моделирование приема АМ-сигнала с антенны, питающей две индуктивные нагрузки и заряжающей аккумулятор.
• Де Ла Гарса, Алехандро (1 июня 2023 г.). «Ученые только что стали на шаг ближе к научно-фантастической реальности строительства солнечных электростанций в космосе». Time . Архивировано из оригинала 5 июня 2023 г. . Получено 5 июня 2023 г. .
• Солнечная энергия из космоса 5-минутное видео о космических солнечных электростанциях от Европейского космического агентства
• Powering the Planet — 20-минутное потоковое видео от The Futures Channel, в котором дается краткая информация о космической солнечной энергии.
• Космическая солнечная энергия NewSpace 2010 Панель, 72 минуты
• Космическая солнечная энергетика и космические энергетические системы SSI – Космическое производство 14 панелей – 2010 – 27 мин.
• DVD NASA в 16 частях. Исследуем новые рубежи для будущих энергетических потребностей
• Пресс-конференция по космической солнечной энергии 12 сентября 2008 г. (71 минута) ^{[ необходимо разъяснение ] [ кто? ]} Национальное космическое общество
• BBC One - Bang Goes the Theory, Серия 6, Эпизод 5, Передача энергии без проводов BBC/Lighthouse DEV Демонстрация безопасной для глаз лазерной передачи энергии