Тема освоения космоса получила новый толчок в развитии за последние годы. Планы Илона Маска по освоению Марса сильно всколыхнули общественность. Но чтобы эффективно осваивать космическое пространство, строить марсианские колонии, необходимо обеспечить корабли мощным бесперебойным источником энергии. Как же реализовать получение большого количества энергии с минимальными материальными затратами? Ведь отправка в космос огромного количества топливных ресурсов просто на просто невозможна, ввиду колоссальных затрат на их транспортировку. Рассмотрим основные известные способы получения энергии в космосе:
1)Постройка большого солнечного спутника.
2)Компактный ядерный реактор.
3)Солнечные панели
Возможность постройки большого солнечного спутника была рассмотрена еще в 1970 годах, когда разразился энергетический кризис. Еще тогда США выделили бюджет космическому агентству NASA и компании Boeing для того, чтобы они оценили целесообразность реализации данного проекта. Проект назывался Solar Power Satellite. По расчетам, которые были произведены, спутник бы вырабатывал 5000 мегаватт энергии. Но для доставки на планету предполагалось преобразовать выработанную энергию в форму, удобную для передачи (лазерный луч), и передавать на поверхность в «концентрированном» виде.
Рисунок 1- Схематическое изображение которое показывает разницу в количестве лучей, попадающих на земную солнечную станцию проходя через атмосферу (слева) и на космическую станцию (справа)[1]
На Земле данная программа была закрыта ввиду того, что возникали очень большие потери при передаче энергии в атмосфере. При выработке в 5000 мегаватт до Земли бы доходило лишь 2000. Так как мы рассматриваем способ получения энергии в космосе и планируем потреблять ее там же либо на Марсе, на котором атмосфера имеет меньшую плотность, то данные расчеты для этого не ставят крест на этой программе, и возможно она еще получит свое развитие.
Возможность использования компактного ядерного реактора для космических кораблей рассматривалась учеными с момента освоения мирного атома. Источник энергии, для которого необходимо маленькое количество топлива, на котором он работал бы длительный промежуток времени, был очень привлекательным для ученых. Первый компактный реактор SNAP начал разрабатываться уже в 1960 годах. Он выдавал всего лишь около 500-650 Вт электрической мощности. Но из-за того, что это были лишь первые шаги на пути развития компактных ядерных реакторов, то неизбежно возникли проблемы при его использовании. Реактор проработал всего 43 дня, и работа сопровождалась многочисленными высоковольтными пробоями. Из-за этого была нарушена работа бортовой электроники. Несмотря на не совсем удачное начало, разработка не остановилась. Были спроектированы опытные модели такие как: Ромашка (1964г., 800 ВТ), Бук (1970г., 3кВт), Топаз (1987г., 5-6,6 кВт), Енисей (1992г., 4,5-5,5 кВт).
Современная разработка реактора Kilopower проводилась в Исследовательском центре Гленна, США с 2015 года. Он разрабатывался с ресурсом работы около 10 лет и выходной мощностью 10 кВт. Главным образом данный реактор проектировался для освоения поверхности Марса.
Хотя разработка ядерных реакторов ведется полным ходом, стоит все-таки подумать над безопасностью. Чтобы при любой аварийной ситуации мирный атом не стал ядерной бомбой.
Рисунок 2 -Внешний вид компактного реактора Kilopower
Использование солнечных панелей для получения энергии в космосе нашло широкое распространение ввиду того, что это является довольно надежным и неограниченным источником энергии. Сама идея получения энергии при помощи солнечных батарей в условиях космоса появилась более полувека назад. В наше время все космические станции работают исключительно за счет солнечной энергии.
Рисунок 3- Международная космическая станция (МКС)
Как видно с рисунка 3, на крупнейшей космической станции есть довольно большие солнечные панели для выработки электроэнергии. В сложенном состоянии они занимают минимум места, а при раскладке позволяют получить требуемую мощность. Но все ли так хорошо, как кажется на первый взгляд? Ведь солнечные панели со временем могут деградировать. Произойти это может по нескольким факторам:
1)Из-за метеорной эрозии, это когда у солнечных панелей уменьшаются оптические свойства поверхности фотоэлектрических преобразователей;
2)Из-за термических ударов. Не секрет, что в космосе очень суровые условия. Экстремально низкие и высокие температуры вызывают сильное охлаждение на затенённых участках и сильный нагрев на освещенных, что в итоге вызывает разрушение креплений отдельных элементов панели, соединенных между собой;
3)Сильное радиационное воздействие, которое может понизить так называемый фотоЭДС. Это ЭДС, которая возникает в полупроводнике при поглощении в нем электромагнитного излучения. Его снижение особенно заметно при Солнечных вспышках.
Не стоит забывать, что для работы солнечных панелей на борту корабля должны быть установлены аккумуляторные батареи. Современные аккумуляторы, которые применяются в космической технике, имеют в своем составе никель и кадмий, это обеспечивает их наибольшее число циклов заряд-разряд. Так же немаловажными факторами при выборе является габариты, широкий диапазон температур, возможность заряжаться от низких токов, а также высокие электрические характеристики.
Все это вызывает сложности при использовании солнечных панелей для получения энергии в космосе. И тем не менее, на данный момент это является самым эффективным способом получения энергии в космосе при текущем уровне технологий.
Подведем итоги. Мы рассмотрели основные способы получения энергии в суровых условиях космоса. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Технический прогресс не стоит на месте, со временем способы получения энергии будут совершенствоваться исходя из будущих условий жизни наших потомков.
Список литературы:
- Elektroenergiya iz kosmosa — solnechnye kosmicheskie elektrostancii / V. A. Vanke // MGU 5 dekabrya 2007. «ZHurnal radioelektroniki» ISSN 1684—1719 N 12, 2007 URL: http://jre.cplire.ru/jre/dec07/1/text.html (data obrashcheniya 01.02.2020)
- YAdernye energeticheskie ustanovki v kosmose / P.A.Karasev // Agentstvo PRoAtom (1 iyunya 2007). URL: http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=995 (data obrashcheniya 01.02.2020)
- Kosmicheskie solnechnye moduli / Solnechnaya energiya. URL: https://ekobatarei.ru/transport/kosmicheskie-solnechnye-moduli (data obrashcheniya 01.02.2020)
