СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №1/2015

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2015 ход арсенида галлия и, как следствие этого, в 2–3 раза снижается вес фото- электрических батарей. Цены на леги- рованные индием (InGaAs) арсенид- галлиевые фотоэлектрические батареи составляют порядка $3/ватт, и продол- жают снижаться. К ОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПЛАТФОРМ И МАГИСТРАЛЕЙ Мощность энергии, излучаемой Солнцем, составляет ориентировоч- но 63 МВт с каждого квадратного метра его поверхности. Интегральная плот- ность мощности солнечного излуче- ния, достигающего атмосферы Земли, то есть газовой среды, которая враща- ется вместе с Землёй как единое целое, составляет в среднем 1367 Вт/м 2 (её называют солнечной постоянной). В ясный день поверхности Земли достигает не более 1000 Вт/м 2 . Осталь- ная часть солнечной энергии отражает- ся и рассеивается в атмосфере молеку- лами газов, аэрозольными частицами, каплями воды и кристаллами льда. Это обуславливает одну из задач солнечной энергетики – как максимально эффек- тивно уловить солнечные лучи, чтобы приблизиться к солнечной постоянной. Предлагается решить эту задачу с помо- щью огромных управляемых оптиче- ских зеркал, расположенных в ближ- нем космосе. Отражаемая от зеркал сол- нечная энергия может быть направлена на специальную стратосферную плат- форму (СП) или систему из нескольких таких платформ. На этих платформах должны быть расположены системы солнечных батарей, преобразующих солнечный свет в электричество. Одним из вариантов СП является бес- пилотный дирижабль Ascender. Двух- километровый гелиевый дирижабль с ионными двигателями по проекту калифорнийской компании JP Aero- space (см. рис. 5) может выходить почти на космическую орбиту. Разработчик утверждает, что наполненные гелием воздушные шары способны поднимать- ся на высоту 40–60 км и находиться там месяцами, наподобие орбитальных кос- мических станций, принимая сменные экипажи с Земли. Заполненный гелием аппарат с дис- танционным управлением, оснащён- ный воздушными винтами, должен достичь расчётной высоты не менее 30,5 км. Также он должен продемон- стрировать способность реагиро- вать на команды с Земли, зависать над заданной точкой, компенсируя мото- рами действие ветра, а также прохо- дить путь между произвольно задан- ными пунктами на поверхности пла- неты. Испытание проводится, в первую очередь, для американских ВВС, кото- рые рассматривают высотные аэроста- ты в качестве перспективных средств разведки и ретрансляции данных. Стоимость постройки Ascender соста- вила $500 тыс. Это гораздо дешевле, чем покупка беспилотных самолётов- разведчиков, таких как Global Hawk ($30 млн вместе со всем наземным обо- рудованием). Калифорнийская компания пола- гает, что их детище послужит хоро- шим дополнением к другому дирижа- блю – High Altitude Airship, который по заказу Пентагона разрабатывает фирма Lockheed Martin. Однако пла- ны у JP Aerospace куда более гранди- озные. Они не ограничиваются рабо- той в интересах ВВС. Ascender длиной 53 метра – это лишь промежуточный этап на пути создания серии более крупных аэростатов. Сейчас компания разрабатывает дол- говременную, парящую почти на гра- нице космоса, станцию под названием Dark Sky Station с поперечником 3,2 км. Она должна висеть или медленно дрей- фовать на высотах до 42 км и нести на борту обитаемую исследовательскую станцию, экипажи на которую достав- лялись бы небольшими пилотируемы- ми аналогами Ascender. Другой проект компании – Orbital Ascender. ЭтопилотируемыйV-образный аэростат длиной 1,8 км, способный дви- гаться вокруг планетыпо орбите ишвар- товаться кDark Sky Station. Один оборот вокруг Земли занимал бы у гигантского корабля от 3 до 9 дней. Для разгона и подъёма на высоты, недоступные обычным аэростатам (60 км и более), аппарат будет исполь- зовать ионные реактивные двигатели, питаемые топливными элементами и солнечными батареями. Положитель- ную роль в рекордном подъёме сыгра- ла бы и аэродинамика этого аппара- та. Основатель компании JP Aerospace Джон Пауэлл (John Powell) заявляет, что ионные двигатели будут установлены на высотном аэростате и испытаны на высоте 30 км. Калифорнийские инженеры пока даже не предсказывают, сколько лет понадобится для вывода в космос столь смелых проектов. Но такие аппараты, полагает Пауэлл, могли бы заменить нынешние космические корабли во многих сферах применения, заполняя промежуток между высотами, освоен- ными самолётами, и высотами, на кото- рых летают низкоорбитальные спутни- ки (см. рис. 6). Следует иметь в виду, что на пути сол- нечного излучения к Земле происходит не только отражение солнечной энер- гии и рассеяние её в атмосфере. На неё также воздействует атмосферная тур- булентность, под влиянием которой в большинстве районов Земли солнеч- ное излучение будет иметь угловое рас- сеяние примерно 3…5 секунд. Учиты- вая расстояние от геостационарного спутника до Земли, получим отклоне- ние оптического излучения пример- но на 10 км, что легко компенсируется при помощи простейшей адаптивной системы. Проблема заключается в необ- ходимости управлять огромными опти- ческими элементами прямо в космосе, на высотах порядка 35…40 тыс. км. Но гораздо существеннее проблема доро- говизны энергии, так как её решение требует высокой эффективности пре- образования световой энергии в элек- трическую. Это поможет сократить «лишние» площади солнечных батарей, которые необходимы для компенсации потерь энергии. Для решения данных задач учёные предлагают самые разно- образные проекты. В одном из вариантов на косми- ческой орбите, на высоте примерно 40 тыс. км в районе геостационарных Рис. 5. V-образный беспилотный 53-метровый суборбитальный дирижабль Ascender: а – в цеху; б – в полёте а б