Использование космических аппаратов для беспроводной передачи солнечной энергии на Землю

Опыт Соединенных Штатов Америки по передаче энергии

Проект SSPIDR, результаты эксперимента по передаче энергии лазером. В 2019 г. стали известны планы ВВС США по проведению исследований и разработке оборудования

1 Электричество и магнетизм // Элементарный учебник физики / под ред. Г. С. Ландсберга. М. : Физматлит, 2016. Т. 2.

для беспроводной передачи энергии с космических аппаратов1. Проект, получивший название SSPIDR (Space Solar power incremental demonstrations and research), предусматривает создание космического аппарата, оборудованного высокоэффективными солнечными панелями. Вырабатываемая солнечными панелями электрическая энергия будет преобразовываться в электромагнитные колебания СВЧ-диапазона и передаваться на Землю.

Проект по передаче энергии с использованием аппарата PRAM. В 2020 г. в печати появилось сообщение[1] [2] о проведении США эксперимента по беспроводной передаче энергии Солнца на Землю с использованием аппарата PRAM. Аппарат PRAM (photovoltaic radio-frequency antenna module, фотовольтаичекий высокочастотный антенный модуль) преобразует солнечную энергию в электрическую при помощи солнечной панели, выполненной в виде круговой панели радиусом 30 см. Поученная солнечной панелью энергия преобразуется в электромагнитные колебания СВЧ-диапазона и передается принимающему устройству на Земле. Целью эксперимента является изучение процесса преобразования энергии, изучение тепловых процессов, оценка эффективности передачи.

Эксперимент ВМС США по передаче энергии с помощью лазеров. Научно-исследовательская лаборатория ВМС США завершила вторую фазу испытаний системы по беспроводной передаче энергии с использованием для этого лазеров[3]. Солнечная энергия преобразовывалась при помощи солнечных панелей, установленных на летательном аппарате, в электрическую энергию. В проведенном эксперименте энергия передавалась с космического аппарата на Землю с использованием лазерного излучения инфракрасного диапазона частот. Энергия мощностью 400 Вт была передана на расстояние 325 м. В дальнейшем планируется вместо космического аппарата, на котором устанавливаются солнечные панели, использовать беспилотные летательные аппараты (БГТЛА), сначала небольших размеров типа небольших дронов, а затем крупные БПЛА самолетного типа.

Одним из проектов Space-Based Solar Power представляет систему из нескольких спутников, вращающихся синхронно относительно Земли. При помощи системы планируется передавать на Землю полученную от Солнца энергию с использованием для этого микроволн. К достоинствам системы, состоящей из нескольких спутников, относятся следующие:

  • — расположение спутников на разных орбитах обеспечивает непрерывное облучение солнечных батарей, что позволяет непрерывно в течение суток передавать энергию на Землю;
  • — повышается надежность системы.

Планы ВВС США по развитию глобальной науки и технологий. При разработке собственных устройств по энергоснабжению космических и летательных аппаратов России следует учитывать опыт других стран. Многие из запланированных ВВС США проектов актуальны для нашей страны и в настоящее время.

В 2013 г. ВВС США был опубликован итоговый доклад по развитию глобальной науки и технологий1. Ниже перечислены некоторые из опубликованных планов, относящиеся к развитию космической энергетики.

США следует вплотную заняться снабжением и хранением энергии, существенно повысить максимально возможную плотности хранения энергии, изменить подход к развертыванию энергии в воздушном и космическом пространствах.

Следует провести разработку энергетических наносистем, провести исследования по аккумулированию энергии, повышающие автономность беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), перенять технологии адаптивного хранения энергии.

Разработка беспилотных летательных аппаратов получит значительное развитие в ближайшее десятилетие.

США должны двигаться в направлении использования частот V- и W-диапазонов РЛС . V-диапазон использует частоты 40—75 ГГц, длина радиоволн 7,5—4 мм. Главные преимущества V-диапазона: уменьшаются размеры и увеличивается мощность наземных антенн клиентских устройств. Размеры

1 Глобальные горизонты. Развитие глобальной науки и технологий : Итоговый доклад Военно-воздушных сил США / пер. с англ. НПП «Лазерные системы». 2013.

можно уменьшить в 2—4 раза по сравнению с нынешними Ки- диапазоном (диаметр тарелки около 1—2 м) и Ка-диапазоном (диаметр тарелки около 0,75 м). W-диапазон с частотами 75— 110 ГГц (длина волны 2,7—4,0 мм) в настоящее время используется автоматическими транспортными средствами, высокоточными исследованиями погодных явлений.

К прорывным технологиям относятся разукрупненные системы и (или) распределенные спутники. Это спутники, дополняющие имеющуюся небольшую группировку крупных высокоэффективных спутников для обеспечения большей устойчивости к внешним воздействиям, снижения уязвимости, а также сбалансирования производительности и экономической эффективности.

Следует повысить запуски малых/недорогих КА. Запуски таких КА, разрабатываемых коммерческими фирмами, формируют новую парадигму доступа в космическое пространство, эффективно эксплуатируя малые космические платформы.

Развитие новых технологий, таких как аддитивное производство в космосе (делающее возможными проведение на орбите строительных и ремонтных работ) в сочетании с модульной и открытой архитектурой КА, может способствовать реализации запусков недорогих спутников и многофункциональных реконфигурируемых космических систем.

Автономные космические системы, а также наземные системы управления революционно изменят космическую деятельность, однако наибольший импульс будет вызван возрастающей мощностью спутниковых систем и их живучестью, способностью выполнять с безопасного космического расстояния задачи, традиционные для воздушных сил.

Требуется совершенствование оружия направленной энергии (высокомощных лазерных и микроволновых комплексов), которое сможет нарушить или прекратить проведение операций в воздушном, космическом и киберпространствах.

США могут революционно изменить архитектуру своей космической группировки, модульно размещая полезную нагрузку на запускаемых более малых, доступных спутниках, распределенных по малым группировкам.

К новым технологиям относятся перестраиваемые модули для стыковки и обслуживания КА, реактивные двигатели на углеродных нанотрубках.

  • [1] URL: https://warspot.ru/15852-elektrichestvo-iz-kosmosa (дата обращения: 09.12.2020).
  • [2] URL: https://www.renwex.ru/ru/media/news/index.php?id4=13759 (датаобращения: 09.12.2020).
  • [3] URL: https://www.armiya.az/ru/news/152222 (дата обращения:09.12.2020).
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >