Солнечная Космическая ЭлектроСтанция

[zandr]

https://strana-rosatom.ru/2022/01/27/energiju-solnca-peredadut-na-zemlju-po-l/

Энергию Солнца передадут на Землю по лазерному лучу
Холдинг «Российские космические системы» разработал проект перспективной солнечной космической электростанции (СКЭС). Она предназначена для энергообеспечения труднодоступных — островных, горных и северных — районов Земли, а также для плановой и аварийной подзарядки космических аппаратов.
Чем космическая солнечная станция отличается от знакомых всем наземных? В атмосфере Земли солнечные лучи рассеиваются и частично теряют энергоэффективность. В открытом космосе КПД использования солнечной энергии выше в десятки раз. Ученые РКС предложили преобразовывать ее в лазерный луч и с минимальными энергопотерями передавать на Землю.
По проекту СКЭС состоит из двух сегментов. Первый, передающий модуль — это беспилотный космический корабль площадью 70 м2 , накапливающий энергию Солнца и транслирующий ее на Землю. Второй, принимающий модуль — это система наземных ректенн (мобильных антенн) с аккумуляторами, которые получают солнечную энергию с космического корабля по лазерному каналу, преобразуют ее в электроэнергию и раздают потребителям. Преимущества лазерной передачи энергии —  быстрая трансляция (от наносекунды) и крайне низкая расходимость пучка. Передающий модуль может также служить орбитальной зарядной станцией — передавать накопленную энергию космическим спутникам для оперативной подзарядки.
Станция работает по схеме раздельного накопления энергии: коллектор принимает солнечное излучение, и оно распределяется по двум направлениям. Около 5% поступает в снабжающий аккумулятор, питающий энергией саму СКЭС. Остальные 95% передаются в накопительный аккумулятор, предназначенный для трансляции энергии на Землю. Также предусмотрен буфер накопления солнечной энергии, который задействуется при переполнении снабжающего и накопительного аккумуляторов. В любой момент эту буферную электроэнергию можно направить через циклотронный преобразователь на наземную ректенну лазером.

Инициировала разработку в 2012 году инженерисследователь отделения разработки перспективной аппаратуры РКС Мария Баркова. «Задача накопления энергии на орбите возникла давно. Еще в 1920-е годы Валентин Глушко (советский инженер и ученый в области ракетно-космической техники.—«СР») предложил построить гелиоракетоплан — космический корабль, работающий на энергии Солнца,— рассказала она «СР».— Основная же концепция солнечной космической электростанции была предложена Питером Глейзером в 1960-е. Сегодня эта тема стала особенно актуальна: с одной стороны, идет поиск не связанных с ископаемыми ресурсами — нефтью, газом, углем — безопасных и экологически чистых источников энергии, с другой — есть необходимость освоения труднодоступных территорий для их развития и включения в хозяйственную и инфраструктурную систему».

Проект предполагает создание СКЭС малой мощности (до 100 кВт за одну трансляцию). Энергия накапливается довольно долго: 600 МВт придется ждать месяц-полтора —  или же создавать большую группировку из космических аппаратов, а это дороговато.

«СКЭС будет трудно конкурировать с традиционными способами получения энергии: ТЭС, ГЭС, АЭС,— говорит Мария Баркова.— Зато она может пригодиться в труднодоступных районах России, где использование традиционных способов получения энергии будет сопряжено со сложностями постройки и доставки топлива».

Предполагается, что космические электростанции будут находиться на солнечно-синхронных орбитах с наклонением 82°, 90° и 98°. Точное наведение лазерного пучка на мобильные наземные ректенны будет обеспечено синхронизирующим программным комплексом.

Разработчики подготовили технико-экономическое обоснование создания СКЭС. По их оценкам, пилотная станция, состоящая из одного космического аппарата и одной ректенны, окупится в течение 20 лет и полученная на ней энергия в труднодоступных районах будет стоить 2–6 рублей за 1 кВт·ч. В качестве потенциального заказчика на начальном этапе рассматривают региональные власти.

У станции РКС есть конкуренты. Например, Китай разрабатывает проект крупной станции на геостационарной орбите. Но российские ученые считают, что собирать ее в космосе будет слишком дорого. Японцы предлагают создать СКЭС на низкостационарной орбите, которая будет передавать энергию на Землю по СВЧ-волнам. В РКС говорят, что это будет малоэффективно: СВЧ имеет большую расходимость пучка, чем лазер, это чревато большими энергопотерями.

[Бертикъ]

https://strana-rosatom.ru/2022/01/27/energiju-solnca-peredadut-na-zemlju-po-l/

Энергию Солнца передадут на Землю по лазерному лучу
Холдинг «Российские космические системы» разработал проект перспективной солнечной космической электростанции (СКЭС). Она предназначена для энергообеспечения труднодоступных — островных, горных и северных — районов Земли, а также для плановой и аварийной подзарядки космических аппаратов.
Чем космическая солнечная станция отличается от знакомых всем наземных? В атмосфере Земли солнечные лучи рассеиваются и частично теряют энергоэффективность. В открытом космосе КПД использования солнечной энергии выше в десятки раз. Ученые РКС предложили преобразовывать ее в лазерный луч и с минимальными энергопотерями передавать на Землю.
По проекту СКЭС состоит из двух сегментов. Первый, передающий модуль — это беспилотный космический корабль площадью 70 м2 , накапливающий энергию Солнца и транслирующий ее на Землю. Второй, принимающий модуль — это система наземных ректенн (мобильных антенн) с аккумуляторами, которые получают солнечную энергию с космического корабля по лазерному каналу, преобразуют ее в электроэнергию и раздают потребителям. Преимущества лазерной передачи энергии —  быстрая трансляция (от наносекунды) и крайне низкая расходимость пучка. Передающий модуль может также служить орбитальной зарядной станцией — передавать накопленную энергию космическим спутникам для оперативной подзарядки.
Станция работает по схеме раздельного накопления энергии: коллектор принимает солнечное излучение, и оно распределяется по двум направлениям. Около 5% поступает в снабжающий аккумулятор, питающий энергией саму СКЭС. Остальные 95% передаются в накопительный аккумулятор, предназначенный для трансляции энергии на Землю. Также предусмотрен буфер накопления солнечной энергии, который задействуется при переполнении снабжающего и накопительного аккумуляторов. В любой момент эту буферную электроэнергию можно направить через циклотронный преобразователь на наземную ректенну лазером.

Инициировала разработку в 2012 году инженерисследователь отделения разработки перспективной аппаратуры РКС Мария Баркова. «Задача накопления энергии на орбите возникла давно. Еще в 1920-е годы Валентин Глушко (советский инженер и ученый в области ракетно-космической техники.—«СР») предложил построить гелиоракетоплан — космический корабль, работающий на энергии Солнца,— рассказала она «СР».— Основная же концепция солнечной космической электростанции была предложена Питером Глейзером в 1960-е. Сегодня эта тема стала особенно актуальна: с одной стороны, идет поиск не связанных с ископаемыми ресурсами — нефтью, газом, углем — безопасных и экологически чистых источников энергии, с другой — есть необходимость освоения труднодоступных территорий для их развития и включения в хозяйственную и инфраструктурную систему».

Проект предполагает создание СКЭС малой мощности (до 100 кВт за одну трансляцию). Энергия накапливается довольно долго: 600 МВт придется ждать месяц-полтора —  или же создавать большую группировку из космических аппаратов, а это дороговато.

«СКЭС будет трудно конкурировать с традиционными способами получения энергии: ТЭС, ГЭС, АЭС,— говорит Мария Баркова.— Зато она может пригодиться в труднодоступных районах России, где использование традиционных способов получения энергии будет сопряжено со сложностями постройки и доставки топлива».

Предполагается, что космические электростанции будут находиться на солнечно-синхронных орбитах с наклонением 82°, 90° и 98°. Точное наведение лазерного пучка на мобильные наземные ректенны будет обеспечено синхронизирующим программным комплексом.

Разработчики подготовили технико-экономическое обоснование создания СКЭС. По их оценкам, пилотная станция, состоящая из одного космического аппарата и одной ректенны, окупится в течение 20 лет и полученная на ней энергия в труднодоступных районах будет стоить 2–6 рублей за 1 кВт·ч. В качестве потенциального заказчика на начальном этапе рассматривают региональные власти.

У станции РКС есть конкуренты. Например, Китай разрабатывает проект крупной станции на геостационарной орбите. Но российские ученые считают, что собирать ее в космосе будет слишком дорого. Японцы предлагают создать СКЭС на низкостационарной орбите, которая будет передавать энергию на Землю по СВЧ-волнам. В РКС говорят, что это будет малоэффективно: СВЧ имеет большую расходимость пучка, чем лазер, это чревато большими энергопотерями.

Ой, чой-то распилом пахнуло... Или мне показалось?

[Дем]

Ой, чой-то распилом пахнуло... Или мне показалось?

Скорей, порохом... т.е. военкой. Выдавать мегаджоуль лазером за доли секунды...

[Инженер проекта]

Не показалось. Тема высосана из пальца. Действительно здесь копья ломали ещё в 2006 что ли году. Глупость однозначная. Но тогда была ещё более бредовая идея - передавать энергию СВЧ лучом Кто-то хочет себе занятость создать за бюджетные деньги. От космического пирога так сказать откусить. Обосновать такие бредовые идеи логически или прагматически, экономически, математически невозможно.  Остаётся только софистика и паль в глаза. Игнорируя физику и здравый смысл. Вполне допускаю, что кто то пытается пользуясь безграмотностью и алчностью тех, кто выделяет деньги на космические программы, выбить себе красивую темку за взятки и откаты.

[Инженер проекта]

СВЧ имеет большую расходимость пучка, чем лазер, это чревато большими энергопотерями.

Ой, чой-то распилом пахнуло... Или мне показалось?

Не показалось. Тема высосана из пальца. Действительно здесь копья ломали ещё в 2006 что ли году. Глупость однозначная. Но тогда была ещё более бредовая идея - передавать энергию СВЧ лучом Кто-то хочет себе занятость создать за бюджетные деньги. От космического пирога так сказать откусить. Обосновать такие бредовые идеи логически или прагматически, экономически, математически невозможно.  Остаётся только софистика и паль в глаза. Игнорируя физику и здравый смысл. Вполне допускаю, что кто то пытается пользуясь безграмотностью и алчностью тех, кто выделяет деньги на космические программы, выбить себе красивую темку за взятки и откаты.

[Шестопер239]

Тема высосана из пальца. Действительно здесь копья ломали ещё в 2006 что ли году. Глупость однозначная. Но тогда была ещё более бредовая идея - передавать энергию СВЧ лучом Кто-то хочет себе занятость создать за бюджетные деньги. От космического пирога так сказать откусить. Обосновать такие бредовые идеи логически или прагматически, экономически, математически невозможно. 

Открытие первой в России железной дороги для современников оказалось зрелищем невиданным. В день её запуска – 30 октября 1837 года, улицы Петербурга были запружены празднично одетыми, взволнованно беседующими людьми. Кто-то уверял, что от железной дороги могут загореться все российские леса, а пассажиры от бешеной скорости сойдут с ума.

[Шестопер239]

Ой, чой-то распилом пахнуло... Или мне показалось?

Предлагается низкоорбитальная электростанция, передающая энергию потребителю короткими импульсами во время пролета над ним. В расчете на один кВт-час система будет дороже геостационарной станции с постоянной передачей - нужны будут здоровые аккумуляторы в космосе и на Земле. 
Зато лазерную ректенну можно делать небольшой из-за малого расстояния передачи. 

Применять такую систему можно для энергоснабжения всяких полярников, геологов, удаленных поселков в северных ибинях. 

Дизель мощностью 100 кВт за год слопает 100 тонн солярки. Выведение электростанции средней мощностью 100 кВт на существующих космических носителях обойдется в несколько десятков миллионов $ - цена запаса солярки на несколько веков работы дизеля. Даже с учетом того, что эту солярку еще нужно завезти куда-нибудь на Таймыр - все равно вряд ли космическая электростанция с ресурсом работы лет 20 будет экономически выгоднее наземного генератора. 
Но это не открытие - при выведении малых объемов грузов существующими носителями орбитальная энергетика нерентабельна. Рентабельной она станет при выведении больших электростанций специально созданными средствами выведения, это давно рассчитано. 

Малая электростанция будет очень полезна как демонстатор технологии энергопередачи из космоса.

[azvoz]

Чем возиться с фэнтэзийными солнечными электростанциями на орбите, лучше
создать(просчитать экономику на первом этапе) зеркала для освещения поверхности Земли - например Норильска или Мурманска.

Там и задача понятней и реализация на порядки проще.

[Diy]

Смысл СКЭС не в том, что они лучше по характеристикам, чем наземная энергетика, а что они превосходят даже АЭС и термояд по экологичности (нет теплового загрязнения) и не тратят ресурсы. Чисто забота о природе.

[Шестопер239]

Чем возиться с фэнтэзийными солнечными электростанциями на орбите, лучше
создать(просчитать экономику на первом этапе) зеркала для освещения поверхности Земли - например Норильска или Мурманска.

Там и задача понятней и реализация на порядки проще.

Приближенная формула диаметра зайчика = угловой размер Солнца в радианах умножит на высоту орбиты в км. 
Для ГСО это 125 км. Чтобы зеркало прилично светило, оно должно иметь диаметр десятки км. 
Плюс зеркало нужно регулярно поворачивать в течении суток, чтобы оно отражало солнечный свет в одну точку.

[Шестопер239]

Смысл СКЭС не в том, что они лучше по характеристикам, чем наземная энергетика, а что они превосходят даже АЭС и термояд по экологичности (нет теплового загрязнения) и не тратят ресурсы.

Главный смысл - использование лампочки мощностью 3,8*10^26 Вт. 
Передача энергии на Землю - мелочевка на фоне тех энергозатрат, которых потребуют масштабные работы в космосе.

[Настрел]

они превосходят даже АЭС и термояд по экологичности (нет теплового загрязнения).

Любая энергия переданная из космоса на Землю Увеличивает тепловое загрязнение.

[STS2]

они превосходят даже АЭС и термояд по экологичности (нет теплового загрязнения).

Любая энергия переданная из космоса на Землю Увеличивает тепловое загрязнение.

хм, с другой стороны возможно загрязнение будет меньше.

[Veganin]

Космическая солнечная электростанция может стать одной из технологий, позволяющей достичь углеродной нейтральности

В середине марта 2022 года министр науки Великобритании Джордж Фриман заявил, что правительство страны готово рассмотреть проект на 16 миллиардов фунтов стерлингов, которые пойдут на строительство массивной солнечной электростанции в космосе. Рассказываем, что это за станция, и для чего она нужна.

Что такое космическая солнечная энергетика
Космическая солнечная энергетика представляет собой сбор солнечной энергии прямо в космосе с дальнейшей передачей на Землю. Для этого необходимо запустить на орбиту огромный космический корабль, оснащенный солнечными батареями. Эти панели будут генерировать электроэнергию и отправлять ее при помощи высокочастотных радиоволн на специальные приемники, расположенные на Земле, а они уже будут преобразовывать волны в электричество.

При этом космическая солнечная электростанция будет освещаться Солнцем круглые сутки, поэтому сможет беспрерывно вырабатывать электроэнергию. В этом плане она практичнее, чем наземные солнечные электростанции, которые зависят от погоды и времени дня.

Если Великобритания все же начнет строительство космической электростанции, то готовое устройство, по оценкам, будет иметь диаметр в 1,7 км и будет весить около двух тысяч тонн. Такая станция будет способна вырабатывать по 2 ГВт энергии каждый год.

Какие страны могут запустить космические солнечные электростанции в ближайшее время
На текущий момент некоторые страны уже ведут свои разработки, которые помогут в строительстве космических солнечных электростанций. Так у США есть проект Space Solar Power, в рамках которого создаются высокоэффективные солнечные элементы, а также системы преобразования и передачи энергии, оптимизированные для использования в космосе.

Китай также продолжает работать над своей солнечной космической электростанцией, которую планирует запустить к 2035 году.

https://www.popmech.ru/technologies/1534803-kosmicheskaya-solnechnaya-elektrostanciya/

[garg]

Новая информация, появилось описание первого готовящегося к запуску прототипа космической солнечной станции:

Учёные из Калифорнийского технологического института намерены реализовать свой проект уже в декабре, запустив на орбиту первый прототип солнечной электростанции.

Источник изображений: Caltech

Проект Калтеха стартовал с рекордного пожертвования в 2013 году. Председатель совета директоров Irvine Company Дональд Брен (Donald Bren) передал на программу создания орбитальной солнечной электростанции чуть больше $100 млн. В 2015 году в проект влила средства компания Northrop Grumman, выделив институту $17,5 млн.

Разработка велась по трём направлениям. Одна группа учёных разрабатывала сверхлёгкие солнечные элементы, другая создавала сверхлёгкие и эффективные преобразователи электрической энергии от батарей в микроволновое излучение, а третья группа проектировала структуру солнечных полей для вывода в космос с учётом ограничений современных ракет-носителей.

Сейчас все три проекта воплощены в одном прототипе, который вскоре будет отправлен на орбиту. Созданные первой группой солнечные элементы обещают в 50–100 раз лучшее соотношение вырабатываемой мощности к весу, чем современные спутниковые солнечные панели, включая самые новейшие на МКС.

Вторая команда представила сверхлёгкое, миниатюрное и недорогое оборудование для преобразования постоянного тока от солнечных батарей в радиочастотный сигнал для последующей передачи на Землю. Решение направляет его с помощью манипуляции фазой сигнала, обещая высочайшую точность и скорость.

Сама панель выполнена в виде плитки площадью 10 см². В одном модуле расположены как двухсторонние солнечные элементы, так и модуль преобразования в радиочастотный сигнал. Вес одного модуля всего 2,8 г. Модули собираются в ленты шириной 2 м и длиной до 60 м в самой длинной части солнечной фермы. Из лент создаётся квадрат со сторонами 60 м, а само поле для отправки в космос сворачивается в очень компактную форму — почти как оригами. Из таких квадратов предполагается собирать солнечные фермы на орбите площадью 9 км². На орбите поля будут самостоятельно разворачиваться в квадраты, механизм для чего тоже придуман и он очень лёгкий — порядка 150 г на м².

Учёные рассматривают два варианта орбиты для своих солнечных орбитальных ферм — геосинхронную с постоянным направлением на одну приёмную станцию на Земле и менее затратную по стоимости запуска более низкую орбиту, но с несколькими «кочующими» по орбите станциями с рассредоточенными по Земле приёмными станциями. Последний вариант представляется предпочтительнее. Пять солнечных ферм на средней орбите потребуют 39 запусков и обеспечат от $1 до $2 за киловатт-час. Это от 10 до 20 раз дороже, чем сегодня в США в среднем стоит один киловатт-час электрической энергии, но с точки зрения экологической чистоты эффект обещает быть существенным.

https://3dnews.ru/1076000/v-dekabre-uchyonie-v-ssha-zapustyat-na-orbitu-perviy-prototip-orbitalnoy-solnechnoy-elektrostantsii

Исходная новость: https://newatlas.com/energy/caltech-space-solar-power-project/

Уточнение - модуль 10*10 см (4*4 дюйма) вес- менее 2,8 гр. Насколько менее неясно.
Но по моим прикидкам из найденных данных, общий удельный вес системы (генерации и передачи - всего) порядка 1,5 кг/кВт по генерации и неизвестно сколько на передаче, т.к. КПД передачи не озвучен. 

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Пять солнечных ферм на средней орбите потребуют 39 запусков и обеспечат от $1 до $2 за киловатт-час. Это от 10 до 20 раз дороже, чем сегодня в США в среднем стоит один киловатт-час электрической энергии, но с точки зрения экологической чистоты эффект обещает быть существенным. 
После этих слов обсуждать нечего.
Только бледнолицый может встать на одни и те же грабли дважды. (с) Старинная индейская пословица.

Кстати ДА. Я сильно сомневаюсь в абсолютной экологичности, когда на поддержание полей ежедневно будет проводиться по нескольку стартов ракет, а на Землю будет приходить огромное количество микроволнового излучения, которое якобы ни как не взаимодействует с атмосферой, ну и другие ништяки в придачу...

[azvoz]

Пять солнечных ферм на средней орбите потребуют 39 запусков и обеспечат от $1 до $2 за киловатт-час. Это от 10 до 20 раз дороже, чем сегодня в США в среднем стоит один киловатт-час электрической энергии, но с точки зрения экологической чистоты эффект обещает быть существенным.
После этих слов обсуждать нечего.
Только бледнолицый может встать на одни и те же грабли дважды. (с) Старинная индейская пословица.

Кстати ДА. Я сильно сомневаюсь в абсолютной экологичности, когда на поддержание полей ежедневно будет проводиться по нескольку стартов ракет, а на Землю будет приходить огромное количество микроволнового излучения, которое якобы ни как не взаимодействует с атмосферой, ну и другие ништяки в придачу...

Всё так.
А каково Ваше мнение по космическим зеркалам для освещения приполярных городов?
Например Мурманска и Норильска?

[garg]

Ну для труднодоступных мест куда трудно и долго возят соляру или еще какие энергоресурсы - это уже очень и очень вкусная цена. Только надо организовать скорее нечто вроде старлинк-энерджи. Т.к. излучение производится модулями в отдельности. то возможны и распределенные приемники энергии.

Ну и второй вывод из публикации - если не будет серьезного прорыва с капельным охлаждением или компактным термоядом. То солнечные электробуксиры побеждают вплоть до орбиты юпитера. Т.к. даже с системой СВЧ излучения передачи - удельный вес меньше в 6-4 раз самых совершеных солнечных панелей летающих сейчас.
Так что тяговооруженность буксира с такой энергоустановкой (пленочно-концентраторной с применением высокоэффективных ФЭП) уже приобретает практический смысл. 1МВт электрической мощности можно уместить в жалкие 2 тонны. У нас в проекте кажется только реактор весит 4? Или я ошибаюсь.

[Юрий Темников]

Насколько я понял у них несколько вариантов СБ и один из них с солнечными концентраторами.