|
КОНЦЕПЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЙ ОРБИТАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА
В.А.Кошелев, Г.Л.Лиознов, А.А.Расновский, В.А.Симоненко
1. Устойчивое развитие является развитием, которое удовлетворяет потребности настоящего времени,
но которое не ставит под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои собственные
потребности (определение Всемирной комиссии по окружающей среде и развитию). Это гуманистическое
определение подразумевает устойчивое развитие в глобальном масштабе, в отличие от концепции
"золотого миллиарда", практическим выражением которой является финансовая глобализация.
2. К главнейшим проблемам обеспечения перехода к устойчивому развитию относятся проблемы,
связанные с энергоснабжением Земли, а именно:
– потепление климата, вызванное, в основном, выбросами СО2 из энергетических установок,
сжигающих углеродсодержащие ископаемые топлива – газ, нефть и особенно уголь (34); это уже
проявляется в росте числа и масштабов катастроф и приносимого ими ущерба
– ограниченные ресурсы ископаемых углеродсодержащих топлив, особенно нефти и газа, необходимых
также в качестве сырья для химической промышленности,
– резкая неравномерность энергоснабжения развитых и развивающихся стран (39).
3. С самого начала разработки концепции устойчивого развития Римский клуб называл экологически
безопасное энергоснабжение Земли главной задачей человечества в ХХI веке. Сценарии структурного
реформирования мировой энергетики в целях устойчивого развития (разработанные экспертами ООН без
учета возможностей ракетно-космической техники) предполагают, что уже в первой половине ХХI века
необходимо существенно переориентировать мировую энергетику на ВИЭ – возобновляемые источники
энергии - солнечные и биомассу в примерной пропорции 1,5:1 и довести уровень их суммарного
использования к середине века до 25-35%, а к концу века до 55-70% от общего производства, которое,
по некоторым прогнозам, возрастет в течение века почти вдвое.
Потенциальные возможности РКТ позволяют расширить и ускорить применение ВИЭ.
4. Поступление солнечной энергии на Землю более, чем в 10000 раз пре-восходит современные потребности
человечества, однако она весьма рассеяна: среднесуточный уровень – 0,243 кВт/кв.м
В то же время в околоземном космическом пространстве вне тени Земли поток солнечной энергии
непрерывен во времени и составляет 1,36 кВт/кв.м. Размещение преобразователей солнечной энергии
на орбитах спутников Земли в противоположность их наземному размещению дает не только существенную
экономию их рабочих площадей, но и значительно более благоприятные технологические возможности
концентрации и распределения энергии по потребителям на поверхности Земли.
Проблема выбора наземного или космического сценария размещения преобразователей солнечной энергии –
задача технико-экономического анализа. Пока такого анализа не проведено, авторы настоящего
сообщения предлагают рассмотреть наиболее привлекательный, по их мнению, космический сценарий.
5. Единственным экономически проработанным орбитальным мегапроектом на сегодня является
предложенная около 35 лет назад П.Глейзером система из 60 солнечных космических электростанций
(СКЭС). Каждая СКЭС представляет собой платформу размером 5x10км, покрытую солнечными батареями
и передающую энергию мощностью 5 млн кВт с геостационарной орбиты на Землю СВЧ-радиолучом.
При общей массе системы 3 млн. т (удельная масса платформ 1 кг/кв.м, что эквивалентно алюминиевой
пластине толщиной 0,37 мм), которая сооружается доставкой с Земли всех элементов конструкции,
система может окупиться за 20 лет при условии, что удельная стоимость доставки грузов с Земли
на рабочую орбиту составит 100 USD/кг. Если учесть, что это в сотни раз ниже современного уровня,
то очевидна экономическая проблематичность такого проекта.
|
|
Кроме того, передача на Землю таких потоков энергии в форме СВЧ-излучения, требующая
многокилометровых приемных антенн, вызывает опасе-ния возникновения со временем серьезной
экологической угрозы, что потребует проведения специальных обширных и длительных исследований.
6. Основой предлагаемой нами концепции орбитальной системы энерго-снабжения, названной
"космической энергоиндустриальной системой" (КЭИС) являются два принципа:
А. Использование для сооружения КЭИС внеземных материалов;
Б. Передача энергии на Землю в виде отраженного солнечного света, концентрируемого на заданных
участках поверхности Земли – на первых стадиях создания КЭИС.
7. Для реализации первого принципа особенно привлекательным источником внеземных материалов
являются малые тела Солнечной системы – астероиды (в первую очередь – из группы АСЗ –
сближающихся с Землей) и кометы (49). Примерно 5% процентов астероидов – железоникелевые,
т.е., будучи переведенными на геоцентрическую орбиту, обеспечат прекрасную основу для
производства в космосе конструкционных материалов и изделий для последующего монтажа
сооружений КЭИС.
8. Для указанной цели пригодными полагаются небольшие астероиды массой на уровне 10 млн т.
(диаметр сферы около 130м). Анализ показал, что коррекция орбиты такого астероида для перевода
его с пролетной траектории относительно Земли на геоцентрическую орбиту при средней величине
торможения 10км/с не может быть осуществлена ни теперь, ни в обозримом будущем никакими
известными техническими средствами, кроме воздействия на астероид ядерными взрывами.
9. Изменение кинетической энергии астероида в описанном случае составляет 1018Дж или 120Мт ТНТ.
Сопоставляя эту величину с энергетическим потенциалом ядерных боеголовок ракет, подлежащим
ликвидации по договорам, - 6 Гт ТНТ (суммарно у России и США), можно сделать впечатляющий
и для многих неожиданный вывод, что современное общество уже теперь располагает энергетическими
ресурсами для начала программы создания КЭИС из внеземных материалов.
10. При этом подлежащие ликвидации по тем же договорам межконтинентальные баллистические
ракеты (МБР) могут обеспечить выведение всего этого ядерного энергопотенциала на околоземные
орбиты (48) – после необходимой доработки ядерных боеголовок (ЯБГ) и превращения их в
компоненты ядерных взрывных устройств (ЯВУ) для дальнейшего воздействия на астероиды.
11. Второй основополагающий принцип КЭИС на первой стадии – передача энергии на Землю в форме
отраженного солнечного света с помощью фасеточной системы поворотных зеркал, размещенных на
платформах, обусловлен,
– во-первых, экологической безопасностью,
– во-вторых, технологической доступностью в условиях организации производства зеркал в
открытом космосе,
– в-третьих, отсутствием сложной наземной инфраструктуры, как в случае СВЧ-передачи энергии,
– в-четвертых, возможностями последовательного наращивания эффективного применения для решения
актуальных задач общества (в том числе социально значимых, особенно для развивающихся стран),
а именно:
а) при инсоляции 1 Вт/кв.м (100 люкс) - ночное освещение территорий городов, а также открытых
разработок полезных ископаемых, зон крупных катастроф,
б) при инсоляции 20-50 Вт/кв.м – повышение продуктивности, улучшение условий выращивания
сельхоз- и биокультур, биомассы энергетического назначения,
в) при инсоляции 50-150 Вт/кв.м – повышение эффективности преобразователей солнечной энергии,
размещенных на Земле.
Следует заметить, что поток энергии на Землю с единицы поверхности космических платформ в
случае передачи ее в виде отраженного солнечного излучения на порядок выше, чем в случае
преобразования его в электрическую энергию (с кпд около 0,1) с последующей передачей по
радиолучу.
В процессе развития первой стадии КЭИС могут быть проведены исчерпывающие исследования
экологических проблем передачи энергии на Землю по радиолучу и созданы достаточные
основания для определения облика последующих стадий КЭИС.
12. Основными этапами программы создания первой очереди КЭИС ориентировочно являются:
– 1) доставка в течение 10-15 лет на околоземные безопасные орбиты компонентов ЯВУ
(5-6 тыс. комплектов), полученных из снятых с вооружения ЯБГ, с помощью дооснащенных МБР и
БРПЛ, также снятых с вооружения; при этом, также как и на последующих этапах используется
весь арсенал разработанных организационно-технических мероприятий по обеспечению гарантированной
безопасности при космических запусках ядерно- и радиационно опасных объектов,
– 2) доставка в этот же период и на те же орбиты базовых 100-150 платформ для складирования
на них по 40-50 комплектов ЯВУ,
– 3) вывод к концу первого этапа на те же орбиты 100-150 космических аппаратов (КА) –
перехватчиков астероидов с 40-50 управляемыми ракетами (УР); сближение с платформами ЯВУ,
оснащение УР ЯВУ с платформ, активизация ЯВУ – после поиска и выбора подходящего
железоникелевого астероида массой около 10 млн.т,
– 4) запуск КА-перехватчиков для воздействия на астероид ядерными взрывами в течение 10 лет
для изменения его траектории и перевода на высокую геоцентрическую орбиту,
– 5) вывод на геоцентрические орбиты технологического оборудования, жилых комплексов, транспортных
средств (космических буксиров) для грузов и персонала, расходуемых продуктов (рабочие тела
энергоустановок и т.п.), высокотехнологичных комплектующих – для обеспечения переработки
астероида, производства необходимых полуфабрикатов и изделий, сборки и монтажа платформ
КЭИС и ввода их в эксплуатацию,
– 6) создание в течение 20-25 лет после доставки астероида постепенно расширающейся первой
очереди КЭИС, состоящей при полном развертывании из солнцеотражающих космических платформ
общей массой 5 млн.т (с учетом предполагаемых потерь при корректировке траектории и
технологическом переделе астероида); при предполагаемой удельной массе платформ 5 кг/кв.м
общая площадь платформ составит 1000кв.км (109 кв.м).
Как представляется, эти платформы должны обращаться вокруг Земли по приполярным геосинхронным и
одновременно солнечносинхронным орбитам высотой порядка 1000км и выше, что упрощает
использование солнечной энергии в заданных районах и в заданные периоды времени.
13. В результате осуществления вышеописанной программы в течение 25-30 лет в околоземном
пространстве может быть создана система, направляющая на Землю дополнительный поток солнечной
энергии мощностью более 1 млрд.кВт; полагая среднее по поверхности Земли ослабление этого
потока облачной атмосферой в 2,5 раза, получим мощность, достигшую поверхности Земли, –
около 450 млн.кВт. Для наглядности: согласно вышеприведенным нормативам, таким потоком
можно обеспечить ночное освещение на площади 450 тыс.кв.км (более 500 таких территорий,
как Москва), или повысить эффективность агрокультур на площади до 100 тыс.кв.км (10 млн.га),
или выработать электроэнергию мощностью до 50 млн.кВт.
14. Согласно проведенным оценкам, для создания первой очереди ГКЭС обшей массой 5 млн.т на
околоземные орбиты потребуется в течение 25-30 лет вывести с Земли не более 500 тыс.т грузов,
т.е. стоимость единицы массы ГКЭС, созданной из внеземных материалов астероида, на порядок
ниже, чем если бы она создавалась из земных материалов.
15. Реализация вышеизложенной концепции потребует со временем организации грузопотоков Земля
– орбита до 30 тыс.т в год и еще более интенсивных (на порядок) межорбитальных грузопотоков.
Для этого понадобиться массовое применение при стартах с Земли тяжелых летательных аппаратов,
в том числе, многоразового использования ("Шаттл", "Буран" и новых, более грузоподъемных),
а при межорбитальных операциях - мощных высокоэкономичных космических буксиров
(вероятнее всего оснащенных ядерно-электрическими двигательными установками) также
многократного применения.
16. Резюмируя, можно констатировать характерное обстоятельство нашего времени (45):
ракетно-ядерное разоружение высвободило весьма значитель-ный энергопотенциал в виде
оружейного урана и средства его доставки в космос в виде МБР. Теперь оборонные отрасли
экономики (ядерно-оружейная, ракетно-космическая) могут предложить человечеству реальные
материальные ресурсы для начала реализации проектов глобального масштаба в интересах
устойчивого развития.
17. Если такие проекты будут поддержаны мировым сообществом, то высокие военные технологии
и целые отрасли экономики (ракетно-космическая, ядерно-оружейная, стратегической радиолокации,
судостроения), развитые в период глобального противостояния сверхдержав и воплотившие
величайшие достижения ХХ века, превратятся в необходимые инструменты крупномасштабного
материального производства и созидательного развития.
Они получат мощный импульс нового подъема и развития в качестве важнейших компонентов
базового сектора экономики - энергетики, привлекающих внимание инвесторов всего мира.
Космонавтика преодолеет тогда свою нынешнюю ограниченность, как дорогостоящая малодоходная
информационная отрасль, нуждающаяся в мощной государственной поддержке.
18. Принятие подобных проектов для России при нынешнем состоянии ее экономики и общества было
бы особенно важно, а именно:
– это способствовало бы подъему национального духа россиян и обретению национальной идеи,
– начальный вклад в международный проект российских ресурсов, высвобожденных, в процессе
разоружения, а также сохраняющихся пока еще производственного и научно-технического потенциала
должен быть скомпенсирован финансовым вкладом мирового сообщества, в том числе из фондов
ООН, созданных в интересах устойчивого развития, в отрасли российской экономики, обеспечивающие
реализацию проекта. Эти названные выше отрасли высоких технологий вышли бы из состояния упадка,
что имело бы огромное экономиче-ское, социальное и политическое значение,
– России, наряду с США, принадлежала бы лидирующая роль в проекте, что существенно подняло бы
ее влияние на международной арене,
– подъем высокотехнологичных отраслей поднял бы всю экономику России в качественном и
количественном отношении, существенно поднял бы ее роль в мировой экономике за счет повышения
доли наукоемкой продукции в ВНП и экспорте,
– наконец, оправдались бы материальные жертвы, понесенные народом в годы, когда государство
вкладывало гигантские средства в развитие высокотехнологичных отраслей; пока же высока
опасность утраты достигнутого уров-ня и осознания бессмысленности этих жертв.
| 
