Алиса Шпигель - История зеркал. От отражения в воде до космической оптики [litres]

Эксперимент «Знамя-2» привлек внимание мировой общественности и доказал возможность освещения Земли с помощью космического зеркала. Поэтому российские ученые подготовили следующий эксперимент этой серии — «Знамя-2,5». Это был переходный этап перед созданием «полнофункционального» двухсотметрового зеркала, которое могло бы освещать территорию, на порядок большую, чем до того.

В «Знамени-2,5» использовались те же технологии, что и в первом эксперименте, только зеркало было больше — диаметром 25 м. Оно должно было дать световое пятно размером около 8 км. 4 февраля 1999 года зеркало, установленное на борту транспортного космического корабля «Прогресс М40», начало разворачиваться, но зацепилось за антенну и запуталось в ней. Эксперимент не удался, и корабль затопили в океане. Третий проект, «Знамя-3» так и не состоялся.

В июне 2012 года в Италии прошла 25-я международная конференция ECOS 2012, посвященная перспективным путям развития экологически чистой энергетики. На этом мероприятии также обсуждались и преимущества космических зеркал, освещающих Землю.

Дело в том, что наша планета получает от Солнца 2✕1014 квт энергии, а на расстоянии геостационарной орбиты (35 786 км) — в 45 раз больше. Вынос коллекторов, собирающих энергию Солнца, в космос решает многие проблемы. Прежде всего это экономит полезное пространство, поскольку огромные поля солнечных панелей на Земле будут занимать слишком много места, потребуют мощных опорных конструкций, силовых приводов для слежения за Солнцем и т. д.

Но, к сожалению, КПД современных солнечных панелей очень низок, и они за свой срок службы в космосе попросту не окупятся. Другое дело зеркало: относительно дешевая и простая конструкция без сложной электроники может направлять дополнительный солнечный свет на небольшие наземные коллекторы, а также освещать города и сельскохозяйственные угодья.

Плотность солнечной энергии в обычный погожий летний день на нашей планете в среднем равна 1,36 квт/м 2. Таким образом, заменить солнечный свет солнечным же «зайчиком», в общем-то, не так уж и сложно. Создание больших зеркал размером с небольшую страну до недавнего времени было фантастикой. Однако с появлением современных компьютерных технологий создание массива отдельных автономных аппаратов, работающих в единой сети, является технологически решаемой задачей.

Ключевым вопросом остается уменьшение стоимости вывода большой массы грузов на орбиту. Стоимость вывода тонкопленочного зеркала с плотностью 22 г/см 2, как в проекте «Знамя», составляет несколько тысяч долларов за килограмм. Однако современные технологии уже позволяют создать зеркала с вдвое меньшей удельной массой. К тому же, в настоящее время разрабатываются проекты тяжелых ракет-носителей, вроде американской SLS, способной выводить на низкую околоземную орбиту 140 тонн груза. По расчетам специалистов НАСА, для реализации масштабных проектов потребуется радикальное снижение стоимости вывода грузов на орбиту: приблизительно до 200 долларов за килограмм груза.

Есть проблемы и другого порядка. Дело в том, что чем выше орбита, тем больше по размеру «солнечный зайчик» и меньше энергии направляется на квадратный метр поверхности. Например, при орбите высотой 800 км для передачи солнечного света с плотностью энергии 1 квт на 1 кв. м земной поверхности и непрерывного освещения выбранного участка Земли достаточно лишь нескольких десятков зеркал площадью 1 кв. км.

На геостационарной орбите высотой 35,8 тыс. км для достижения того же уровня освещенности придется сооружать зеркало площадью 150 тыс. кв. км — это меньше площади Беларуси (207 тыс. кв. км) и составляет примерно половину площади Польши. Это, безусловно, гигантское зеркало, но оно смогло бы непрерывно освещать огромный регион: в круге диаметром 3329 км. Это территория от Смоленска до Новосибирска и от северной морской границы России до китайской границы с Киргизией, попутно свет накрыл бы весь Кавказ и Казахстан. При этом данная территория за год получала бы дополнительных 41200 эдж энергии, при нынешнем общепланетном потреблении в 500 эдж.

Конечно, создание такого зеркала является делом очень неблизкого будущего, поскольку при современных ракетных технологиях вывести на орбиту такой комплекс можно будет только за несколько сотен лет, да и то усилиями всей планеты.

Не менее важно спрогнозировать, насколько радикально изменит климат и функционирование биосистем такое зеркало. Ведь цикл дня и ночи очень важен для всего живого. Кроме того, дополнительная тепловая энергия создаст — и не только в освещаемых областях — совершенно новый климатический фактор.