О том, как возможна передача энергии на расстоянии, для чего нужны лазерные системы и на каком космическом корабле космонавты будут летать на Луну, рассказывает отдел науки «Газеты.Ru».
Как передать энергию на расстоянии
О том, как возможна передача
энергии на расстоянии, для чего нужны лазерные системы и на каком космическом
корабле космонавты будут летать на Луну, рассказывает отдел науки «Газеты.Ru».
Ни для кого не секрет, что в настоящее время
человечество в основном пользуется энергией, получаемой от сжигания полезных
ископаемых, а альтернативные источники энергии — Солнце или ветер — хоть и
используются, но занимают далеко не ведущие позиции. Тем не менее с развитием
технологий становятся возможными такие способы получения и передачи энергии,
которые раньше казались неосуществимыми.
Специалисты ракетно-комической корпорации
«Энергия» в настоящее время ведут
наземную отработку технологии
передачи электроэнергии с одного объекта на другой посредством лазерного
инфракрасного излучения.
К проекту подключены ведущие лаборатории страны, и
сегодня уже созданы фотоэлектрические приемники-преобразователи с
эффективностью около 60%.
Для отработки системы наведения луча на базе
предприятия подготовлена трасса, где расстояние между излучателем и приемником
составляет 1,5 км. Система успешно функционирует в экспериментальном режиме. По
оценкам специалистов корпорации, КПД всего тракта может составить 10–20%, а при
использовании самых современных достижений в лазерной технике и оптоэлектронике
имеются все возможности повысить его до 30%.
Виталий Мельников, главный научный сотрудник
ЦНИИмаш и доктор технических наук, рассказал отделу науки: «Вопрос создания
лазерных систем на самом деле гораздо серьезнее, чем его воспринимают
энергетики. Достижения в области лазерных технологий в корне изменили отношение
в мире к возможности создания солнечных электростанций. Такие проекты имеются
не только у России, но и у Японии и США, но на настоящий момент их задумки
практически нереализуемы. В далеком будущем, зная специфику развития экономики
этих стран, они смогут их исполнить.
Наше решение более интересное, чем у многих
зарубежных коллег, и оно осуществляется уже сейчас. Мы накапливали опыт в
космической технике еще с момента полета первого человека в космос. Японские
специалисты такого багажа не имеют.
Мы же уже сейчас предлагаем
использовать не жесткие каркасные космические конструкции, довольно дорогостоящие,
а гибкие и легкие конструкции, формируемые центробежными силами.
Простыми словами, наша разработка представляет
собой такой рулон, который разматывается за счет вращения центробежными силами.
Еще Циолковский говорил, что, выходя в космос, мы должны базироваться не на
принципах построения земной строительной механики, а использовать условия
космоса – невесомость, отсутствие гравитации, глубокий вакуум. В этом плане
центробежные силы – характерная особенность космоса. Все спутники и планеты вращаются
благодаря им, и использование центробежных сил в конструировании сулит очень
большие перспективы. В России это направление развивают еще с 80-х годов ХХ
века. К тому же создание каркасной конструкции размером 20 на 20 км, как
предлагают американцы, может занять не один десяток лет и сопровождается
определенными технологическими трудностями. В сравнении с центробежными
конструкциями, которые оправдали себя еще в 90-е годы и размер которых
позволяет уместить их в бочке диаметром 1 м и запустить в космос любым
носителем, американские проекты проигрывают».
В результате первоначальных
исследований пришло понимание, что эксперимент, подобный наземному, может быть
проведен в космосе. В космическом эксперименте планируется передавать энергию с
МКС на ТГК «Прогресс», который для этого будет отведен от станции на 1–2 км.
Создание эффективных лазерных систем позволит в
перспективе передавать электроэнергию от космических аппаратов с достаточно
мощными энергетическими установками на другие космические аппараты, оснащенные
специальными приемниками-преобразователями, что открывает новые возможности при
освоении космического пространства.
Подобные разработки также могут найти применение в
сферах, где есть необходимость в использовании автономных робототехнических
систем. В первую очередь это МВД и МЧС, которые регулярно задействуют роботов
при ликвидации последствий стихийных бедствий, проверке объектов на наличие
взрывчатых веществ и выполнении других операций, которые могут быть слишком
опасны для привлечения людей. Технологии лазерного электроснабжения позволяют
значительно увеличить автономность дистанционно управляемых устройств и тем
самым в разы повысить их эффективность.
О значимости лазерных систем говорит и Виталий
Мельников: «Есть еще одна концепция, о которой много говорят в мире, это
волоконные лазеры с солнечной накачкой. В создании такого лазера преуспела
Италия — в странах НАТО есть разделение труда, сложившееся исторически. От
итальянцев не отстают и американцы. В России такие проекты тоже имеются. Наша
солнечная электростанция представляет собой много усиков, длиной до километра,
намотанных на центральную катушку, и ее размер также делает возможным облегчить
ее транспортировку.
В конце концов, нельзя забывать о том, что
энергетика XXI века — это не нефть или
газ. Если бы даже запасы углеродного топлива были бесконечными, то сжигание
топлива в любом случае провоцирует потепление климата и выбросы химикатов в
атмосферу, а перед мировым сообществом стоит задача стабилизации климата.
Лазерные технологии получения и
трансляции солнечной энергии определенно решают эту задачу, а еще позволяют
России слезть с «нефтяной иглы».
Поэтому необходимо если не обогнать японцев, то
хотя бы реализовать свою программу одновременно с их проектом».
Помимо работы над передачей энергии на расстоянии
в рамках проекта по созданию пилотируемого транспортного корабля (ПТК) нового
поколения в РКК «Энергия» ведутся активные опытно-конструкторские работы. Уже
изготовлена технологическая капсула для проведения целого цикла динамических и
статических испытаний. По планам в 2021 году стартуют летные испытания корабля
на околоземной орбите в беспилотном режиме, а в 2023-м уже начнутся полеты с
экипажем. Для выведения корабля на околоземную орбиту будет задействована
ракета-носитель тяжелого класса «Ангара-А5П». Все пуски предполагается проводить с нового
российского космодрома Восточный.
Основное назначение ПТК — доставка космонавтов к
Луне, при этом он будет использоваться для обслуживания перспективных
околоземных орбитальных станций и объектов на окололунных орбитах. Корабль
сможет до 30 суток находиться в автономном полете, доставлять людей и грузы,
обеспечивать спасение космонавтов в случае нештатных ситуаций. Поскольку при
возвращении с Луны корабль входит в атмосферу со второй космической скоростью,
конструкцией предусмотрен эффективный теплозащитный экран.
При его изготовлении будут
применяться новые теплозащитные материалы, плотность которых будет в три раза
меньше, чем у тех, которые используются при создании кораблей «Союз ТМА».
С учетом многоразовости корабля панели теплозащиты
могут быть заменены при межполетном обслуживании. При выведении на низкую
орбиту корабль сможет использоваться до десяти раз и столько же — при
кратковременных полетах к Луне.
Длина корабля составит 6,1 м, общая масса при
полете к орбитальной станции — 14,4 тонны, при полете к Луне — 20 тонн.
Возможность в течение месяца находиться в автономном полете позволит проводить
на борту корабля различные научно-прикладные исследования и эксперименты. В
экипаж корабля будут входить четыре космонавта, при этом предусмотрено
размещение дополнительных кресел еще для двух человек. ПТК отличается
повышенной комфортностью по сравнению с кораблями «Союз ТМА». В нем ощутимо
больше свободный объем, приходящийся на одного человека. Интерьер командного
отсека проектируется с применением передовых конструктивных и дизайнерских
решений, отвечает всем современным эргономическим стандартам. В частности,
корабль будет укомплектован новыми креслами, более удобными для экипажа.
Старт ракеты-носителя «Союз-2.1а». Фото: Сергей Гунеев/РИА «Новости»