Космические зеркала для солнечной энергии: инновационная концепция орбитальных солнечных отражателей от университета Глазго

Солнечная энергия — один из самых перспективных источников возобновляемой энергии, которая может снизить нашу зависимость от ископаемого топлива и уменьшить выбросы парниковых газов. Однако существует ряд проблем, связанных с использованием солнечной энергии на Земле, таких как нестабильность производства, высокая стоимость инфраструктуры и ограниченность доступности в разных регионах и в разное время суток. Чтобы преодолеть эти проблемы, некоторые ученые и инженеры предлагают использовать космические технологии, такие как орбитальные солнечные отражатели, которые могут увеличить и стабилизировать солнечный потенциал на Земле.

Орбитальные солнечные отражатели — это космические аппараты, которые размещаются на орбите вокруг Земли и отражают солнечный свет в сторону солнечных электростанций на поверхности планеты. Таким образом, они могут продлить время работы солнечных электростанций, особенно на рассвете и закате, когда спрос на электричество высок, а солнечный свет слаб. Кроме того, они могут распределить солнечный свет более равномерно по разным широтам, уменьшая разрыв между солнечно-богатыми и солнечно-бедными регионами.

Идея использования орбитальных солнечных отражателей не нова и имеет долгую историю. Еще в 1920-х годах немецкий инженер Герман Оберт предложил использовать зеркала в космосе для освещения городов ночью. В 1970-х годах американский физик Питер Глейзер разработал концепцию космических солнечных электростанций, которые могли бы передавать энергию на Землю с помощью микроволновых лучей. В 1990-х годах российские космонавты выпустили в космос 20-метровый отражатель из алюминиевой фольги, который отражал солнечный свет на Землю, создавая яркую звезду на небе.

Однако все эти проекты сталкивались с техническими, экономическими и политическими проблемами, такими как сложность запуска и поддержания орбитальных объектов, высокая стоимость космических миссий, риск воздействия на окружающую среду и климат, а также возможность использования космических технологий в военных целях. Поэтому до сих пор не было реализовано ни одного крупномасштабного проекта по использованию орбитальных солнечных отражателей для повышения земной солнечной энергии.

Однако в последние годы ситуация изменилась благодаря ряду факторов, таких как развитие новых материалов и технологий, снижение стоимости запуска полезной нагрузки в космос, увеличение мирового спроса на чистую энергию и усиление борьбы с изменением климата. Все это стимулирует возрождение интереса к орбитальным солнечным отражателям как одному из потенциальных решений для ускорения перехода к нулевому выбросу углерода.

Недавно группа космических инженеров из Университета Глазго опубликовала новое исследование, в котором показала, как можно использовать орбитальные солнечные отражатели для увеличения производительности будущих крупномасштабных солнечных электростанций. Исследователи использовали сложные компьютерные модели, чтобы определить наиболее эффективный способ расположения и угла наклона отражателей, чтобы максимизировать дополнительный солнечный свет, отраженный к солнечным электростанциям в раннее утро и поздний вечер.

Их модели показали, что помещение 20 тончайших отражателей на орбиту в 1000 километрах от поверхности Земли могло бы отражать солнечный свет к солнечным электростанциям на дополнительные два часа в день в среднем. Дополнительный солнечный свет мог бы повысить производительность мировых будущих солнечных электростанций, особенно после захода солнца, когда спрос на электричество высок. Производительность могла бы быть увеличена еще больше за счет добавления большего количества отражателей или увеличения их размера.

Отражатели поддерживали бы орбиту близко к линии терминатора Земли — границе, где дневной свет на одной стороне планеты переходит в ночь на другой — в расположении, известном как созвездие Уолкера. Созвездия Уолкера — это группы равномерно распределенных спутников, которые образуют кольца вокруг планеты, чтобы обеспечить постоянную связь или освещение с поверхностью Земли. Они широко используются в таких технологиях, как спутниковые системы связи, навигации и метеорологии.

Исследователи предполагают, что 20 отражателей могли бы генерировать дополнительные 728 МВт/ч электричества в день — эквивалент добавления дополнительной крупномасштабной солнечной электростанции на Земле без связанных с этим затрат на строительство.

Доктор Онур Челик, из Школы инженерии Джеймса Уотта Университета Глазго, является ответственным автором статьи. Он сказал: «Солнечная энергия имеет потенциал стать одним из ключевых ускорителей в нашей гонке к достижению нулевого выброса углерода, помогая нам смягчить глобальные последствия климатических изменений, сокращая нашу зависимость от ископаемых топлив.

«Цена на солнечные панели быстро снизилась в последние годы, увеличивая темп их внедрения и прокладывая путь для создания крупномасштабных солнечных электростанций по всему миру.

«Одной из основных проблем солнечной энергии, конечно, является то, что она может быть сгенерирована только в течение дневных часов. Размещение орбитальных солнечных отражателей вокруг Земли помогло бы максимально повысить эффективность солнечных электростанций в ближайшие годы. Стратегическое размещение новых солнечных электростанций в местах, которые получают больше дополнительного солнечного света от отражателей, могло бы сделать их еще более эффективными».

Исследование является одним из результатов работы SOLSPACE, исследовательского проекта, возглавляемого Университетом Глазго. Профессор Колин Макиннес является руководителем проекта SOLSPACE и соавтором исследования. Он сказал: «Идея орбитальных солнечных отражателей не нова — на самом деле, она предшествует даже космической эре, так как идея освещения городов светом из космоса была обсуждена в конце 1920-х годов.

«Однако космические отражатели были продемонстрированы только один раз в начале 90-х годов, когда 20-метровый отражатель из алюминиевой фольги был выпущен с российской космической станции «Мир», чтобы отразить солнечный свет обратно на Землю.

«Проект SOLSPACE работает над разработкой, развитием и демонстрацией идей для орбитальной технологии отражателей, которая могла бы работать в более масштабном режиме, чтобы обеспечить глобальные услуги по использованию чистой энергии.

«Борьба с проблемами климатических изменений требует больших идей. Это, безусловно, большая идея, которая основывается на технологиях, которые уже хорошо известны, и компьютерных моделях, подобных нашим, которые показывают, как они могут быть масштабированы. Кроме того, падение стоимости запуска полезной нагрузки в космос открывает совершенно новые возможности для будущего».

В заключение, можно сказать, что орбитальные солнечные отражатели представляют собой интересную и инновационную концепцию, которая может способствовать увеличению и улучшению использования солнечной энергии на Земле. Однако для реализации этой концепции необходимо решить ряд технических, экономических и социальных проблем, таких как обеспечение безопасности и надежности орбитальных объектов, снижение затрат и рисков космических миссий, учет влияния на окружающую среду и климат, а также соблюдение международных норм и договоров. Только тогда орбитальные солнечные отражатели смогут стать реальным и полезным инструментом для борьбы с изменением климата и перехода к нулевому выбросу углерода.