Gondoljon arra, amit tud a tiszta energiaforrásokról. Mi a legzöldebb?
A víz-, geotermikus, a szél- és a napenergia valószínűleg minden eszébe jut. Környezetbarát, bár lehetnek is, mindegyiknek jelentős korláta van annak, hogy mennyi energiát tud előállítani és hol lehet felhasználni. A napkollektorok igazán hűvös előrehaladása ellenére a napelemek csak energiát termelhetnek, miközben süt a nap.
A megoldás tehát nyilvánvaló. Menj oda, ahol a nap soha nem áll: az űrben.
Ez a tudósok, kutatók és vállalkozók elképzelése mind az Egyesült Államokban, mind Japánban, Kínában és Európában. Bár ezt a koncepciót legalább az 1970-es évek óta kibaszották, többször átvizsgálták és elhagyták, mert az összes alkatrész felraktározása és az emberek összeszerelése lehetetlennek tűnt drága. Csak a szuperkisméretű, tömeggyártású műholdak és az újrafelhasználható erősítő rakéták megjelenésével kezdhetnek sokkal nehezebb pillantást vetni arra, hogy az űr napenergia valósággá váljon.
Több tucatnyi tucatnyi ötlet létezik egy űralapú napenergia-gyűjtő rendszer felépítésére, de az alapvető lényeg valami hasonló: indítson el és robotosan szereljen össze több száz vagy ezer azonos méretű modult geoszinkron pályán. Az egyik rész tükrökből áll, amelyek visszaverik és koncentrálják a napfényt olyan napelemekre, amelyek az energiát villamos energiává alakítják. Az átalakítók ezt az elektromos áramot alacsony intenzitású mikrohullámúvá alakítják, amelyet nagy, kör alakú vevőkészülékekre sugároznak a földön. Ezek az antennák visszaállítják a mikrohullámokat villamos energiává, amely betáplálható a meglévő hálózatba.
John Mankins, aki 25 évet töltött a NASA-ban és a Caltech sugárhajtómű-laboratóriumában, 2011-ben a NASA Speciális Koncepciói Intézetének támogatásban részesült az űri napenergia-erőmű koncepciójának részletesebb finomítása érdekében. Hangsúlyozza, hogy az űrsugár valósággá tételéhez szükséges technológia és a mérnöki munka már létezik, de mint minden drága új ötlet esetében, ez a zöld háttértől és a gondolattól függ.
"Ez nem olyan, mint a fúzió - nincs új fizika." - mondja Mankins, hivatkozva az ITER-re, a 35 nemzet közötti fúziós reaktor építésére irányuló együttműködésére Franciaországban. - Nincs titkos szósz. Pénzügyi akadályt jelent az elemek fejlesztése és az ehhez szükséges új architektúra bemutatása. ”
Mankins és mások úgy becsülik, hogy az űrben működő napenergia-erőmű összes alkatrészének fejlesztése, építése, elindítása és összeszerelése összköltsége 4 és 5 milliárd dollár között van - ez a töredék a kínai Three Gorges gát 28 milliárd dolláros árcédulájának. Mankins becslései szerint egy teljes méretű alkatrészekkel rendelkező, működőképes modell 100 millió dollár lenne. Összehasonlításképpen: a Tennessee-völgy hivatalának nemrégiben befejezett Watts Bar-atomerőműve 43 évet vett igénybe, az indítástól a dadogó befejezésig, és 4, 7 milliárd dollárba került.
Kritikus szempontból, hogy amit a fogyasztók fizetnének - a kilowattóra árát -, ugyanabban a gördülőparkban kell lennie, mint a szén, földgáz és nukleáris energiatermeléssel előállított szokásos energiaforrásoknak, amelyek ára 3 és 12 cent / kilowattóra között lehet. A vízenergia megdöbbentően olcsó lehet, kevesebb mint egy cent / kilowattóra-nál - de csak akkor, ha szerencséje van egy olyan régióban élni, ahol bőséges, nagy folyású folyók vannak, például Kanada és Wisconsin egyes részein. A geotermikus energia is nagyon gazdaságos, 3 cent / kilovatt-óra bejelentkezéskor jelentkezik, de meg kell kérdeznie az izlandiakat, hogy mennyire tetszik az energiaszámlák. És a szélenergia-képviselők tavaly meghökkenték a hírt, hogy ennek a megújuló erőforrásnak a költségei 2, 5 cent / kilowattóra zuhantak.
Gary Spirnak, a kaliforniai Solaren energiavállalat vezérigazgatója feltétlenül elengedhetetlen, hogy a költségeket alacsony kettős számjegyű vagy akár cent cent / kilowattóra alatt számoljuk.
A Spirnak vállalatát napenergia-szolgáltatóként engedélyezték Kaliforniában, és korábban már szállított egyezményeket a Pacific Gas and Electric-szel, de üzleti modellje teljes mértékben azon alapul, hogy energiájukat az űrben betakarított napenergiából termelik. A Solaren egy vagy több közüzemmel folytatott új megállapodásokról tárgyal. A cég szabadalmaival rendelkezik az Egyesült Államokban a tervezéshez, valamint Európában, Oroszországban, Kínában, Japánban és Kanadában, és a következő évben valamikor a finanszírozás első fordulóját biztosította alkotóelemeinek technológiájának laboratóriumi alapú bemutatására. A Spirnak azt reméli, hogy meggyőzi a befektetőket, hogy támogassanak egy 250 megavatos teljesítményű kísérleti erőművet a fejlesztési és tesztelési szakasz végére, talán öt éven belül.
Két nappali szerkezetre van szükség a napenergia működéséhez. Először olyan szilárdtestű erősítők, amelyek hatékonyan konvertálják az összegyűjtött napfényből származó villamos energiát rádiófrekvenciás hullámokká, és a vevők a földön, amelyek az RF hullámokat visszaverik villamos energiává.
Paul Jaffe tartja a Haditengerészeti Kutatólaboratórium nyilvántartásba vett, szabadalmaztatott, napenergiájú "lépés" átalakító modulját egy hővákuum-tesztkamra előtt. (Paul Jaffe) 
Space Solar prototípus: Ezt a napfény-mikrohullámú átalakító modult az űrsugár számára az elsőként tesztelték űrszerű körülmények között. Az űrrobotikát ezrek összegyűjtésére használnák, hogy létrehozzák az űrsugár-műholdas adóját. (Paul Jaffe) 
Az NRL űrsugár-konverziós modul prototípusait ebben a termikus vákuumban és a szoláris megvilágítási tesztüzemben tesztelték. (Paul Jaffe) Paul Jaffe, a washingtoni haditengerészeti kutatólaboratórium mérnöke a gyűjtőmodul két prototípusán dolgozott, amelyet „szendvics” -nek nevez, mivel a napkollektor, az energiaátalakító és a rádiófrekvencia-sugárzó mind össze van csapva - Négy hüvelyk vastag csempe. Az egyes modulok súlya végül meghatározza a földön elosztott villamos energia árképzését; A kilókilogrammonkénti wattban kifejezve Jaffe szerint az alapvető csempetervezés körülbelül 6 watt / kg volt.
Figyelembe véve ezt az energiateljesítményt, egy 20 éves napenergia-erőmű élettartamát, 2500 dollár kilónkénti bevezetési költségét és maguk az alkatrészek eltérő költségszintjét, a Jaffe kiszámítja, hogy ha a tömeg csökkent, és a teljesítménye 500 watt / kilo-ra nőne, 3 cent / kWh-nak felel meg.
"Ha nagyon egyszerű dolgokat hajtunk végre a tömeg csökkentése érdekében, a 100 watt / kg tartományba kerülünk, és az 1000 watt / kg nem őrült" - mondja. "Nagyon jó hatékonyságot érhet el a kereskedelemben már elérhető jelenlegi napenergia-technológiával, és ezeket a nagyon hatékony, könnyű rádiófrekvencia-átalakítókat minden nap hordjuk körül."
A rádiófrekvenciaváltók a mobiltelefonok működésének oka - a telefonok alapvetően dicsőített rádiótelefonok, amelyek jeleit a jelrelé-állomások hálózata segíti. A telefon átalakítói a rádióhullámokat olyan adatokká alakítják át, amelyeket értünk - audio - és fordítva. Ez a technológia központi szerepet játszik a Caltech világűr-napenergia-kutatásában, az ottani tudósok és mérnökök, valamint Northrop Grumman közreműködésével.
Spirnak szerint Solaren munkájának legfontosabb lendülete az elmúlt hónapokban éppen ez volt - modulok súlyának csökkentése. Noha az újrafelhasználható rakéták még tovább csökkentenék az általános termelési költségeket, Spirnak nem tartja vissza a lélegzetét a közeljövőben; azt tervezi, hogy a hagyományos nehéz emelő járműveket használja Solaren alkatrészeinek az űrbe juttatására.
"Nagyon sok időt töltöttünk könyörtelenül azzal, hogy kihúzzuk a súlyt a rendszerből" - mondja Spirnak. "Csomagolhatunk egyes nagy elemeket egyszeri hordozórakétákba, néhány érdekes origami tulajdonsággal", bár a teljes rendszer űrbe történő szállításához több szuper nehéz rakétaindítóra lesz szükség.
Jaffe szerint az egyetlen leggyakoribb kérdés, amelyet felvet, amikor az űrsugárról beszél, nem az, hogy meg lehet-e csinálni, hanem meg kell-e tenni, hanem az, hogy mennyire veszélyes az űrből származó energianyaláb. Hát nem sürgetik a madarak és repülőgépek az égen, amikor áthaladnak a sugáron?
"Ha egy napsütéses délutánon 15 percig ül, akkor nem égett meg" - magyarázza. „Rádióink, tévék és telefonjaink nem főznek minket, és mindegyik ugyanazon a frekvencián van, mint amit javasolunk. Az IEEE [Villamos- és Elektronikai Mérnökök Intézete] már meghatározza a biztonsági korlátokat [a mikrohullámú átvitelnél], tehát egy olyan rendszert tervez, amely megbizonyosodik arról, hogy az energia nagy területen oszlik-e meg. Véletlenül nem válik halálává.
A legjobb költség-súly arány, méretarányosság és egy átlagos atomerőmű összehasonlítható villamosenergia-termelési kapacitásának (1–2 gigawatt) elérése érdekében az űrben lévő bármely napenergia-gyűjtő tömbnek kb. Kilométer átmérőjűnek kell lennie.
A földön lévő gyűjtő vevőknek ennek megfelelően nagynak kell lenniük - ahhoz, hogy egy űrben működő napenergia-üzem körülbelül egy gigawatt energiát termeljen, egy kilométeres (0, 62 mérföldes) napkollektor az energiát egy 3, 5 széles kilométerre (2 mérföld) továbbítja. ) vevő a földön. Ehhez kb. 900 hektáros területre lenne szükség. Hasonlítsa össze ezt a kaliforniai Solar Star napelem-üzemmel, amely jelenleg az Egyesült Államok legnagyobb napelemes közműve, amely 3200 hektárral foglalkozik.
A rádiófrekvenciás energiaátvitelnek van egy jelentős hátránya: a „biztonságos” hullámhosszok, amelyek ugyanakkor semmi esetre sem törik vissza az esőt, már túlzsúfoltak, eltömődnek a rendszeres rádióátvitel révén, valamint a katonai, ipari és műholdas használat során.
Az űrsugár-kritikusok, köztük a Tesla Elon Musk kiemelkedő véleménye szerint a gazdaságos hatékonysági hatékonyság egyszerűen nem érhető el a szükséges erő átalakításának és átalakításának köszönhetően.
Jaffe reméli, hogy a fúzióval kapcsolatos régi repedés nem lesz igaz az űrsugárzásra: „Az elmúlt 60 évben tíz év volt” - nevetett.
Mankins hangsúlyozza, hogy ha a globális népesség előrejelzése szerint a század végére 11, 3 milliárdra robbant fel, és a fejlődő világ szinte mindegyikét reprezentálnák, az űrsugár megkérdezi mind az állami szervezetek, mind a magánpartnerek komoly beruházásait. Szerinte bőséges tiszta energiára van szükség az alapvető emberi igények kielégítéséhez, valamint a biztos környezeti pusztítás kezeléséhez, ha az összes energia hagyományos forrásokból származik.
"Ha az energiaforrások keveréke radikálisan nem változik, akkor semmi esetre sem juthatunk el a szén-semlegeshez" - mondja Mankins. "Azt sem mondhatja el, hogy Kínában 800 millió ember él a szomorú szegénységgel. Nemcsak a mai széndioxid-felhasználást kell ellensúlyozni, hanem várakozni kell a 70 évre és arra, hogy miként ellensúlyozzuk a mai felhasználást. Nagyon nagy megoldásokra van szükségünk. ”
