Производство энергии за пределами планеты — как лучше всего обеспечить эту энергию на планете?

Лично я бы пошел другим путем.

Отправка энергии на планету через всю эту атмосферу приведет к огромным потерям — идея «спустить кабель в космическом лифте», вероятно, была бы наиболее осуществимой, если вы хотите дать своей цивилизации технологию для его создания.

Но: зачем это вообще? Энергия, необходимая для наземного использования, будет совершенно ничтожной по сравнению с тем, что ваша цивилизация использует в космосе , если они организуют операции в поясе астероидов (и я предполагаю, что и на других планетах тоже). Добыча и переработка руды, производство космических кораблей, спутников и прочего, переработка топлива для указанных космических кораблей... Черт возьми, если у вас есть много дешевой (больше, чем где-либо) энергии в космосе, центры обработки данных и фермы серверов, вероятно, будут размещены там тоже (при условии, что есть эффективный способ избавиться от избыточного тепла без атмосферы).

Также обратите внимание на большую проблему с использованием энергии, собранной в космосе, на Земле: энергия не теряется, а только трансформируется. Это означает, что любые «потери» при излучении микроволновой или лазерной энергии, И НЕ потерянная энергия, «использованная» позже, в конце концов будут преобразованы в тепло. В настоящее время планета находится на определенном температурном уровне, при котором ее температура заставляет ее излучать примерно столько энергии, сколько добавляют к ней солнечные лучи. , тем больше энергии будет излучаться - там тоже есть гораздо более сложные вещи, такие как парниковые эффекты и точные формулы, но для общего понимания это должно работать). Так что, если вы постоянно приносите Х количество энергии из пояса астероидов, из-за этого глобальная температура повысится на Y градусов. Если вы не хотите компенсировать - более или менее - непосредственно полезную энергию, которую вы приносите, уменьшая несфокусированную энергию, которую солнце добавляет с помощью огромных солнцезащитных спутников или засева облаков, чтобы отражать больше солнечного света или еще чего-то, вы столкнетесь с большими проблемами.

Конечно, это может быть именно то, к чему движется ваша история, и в этом случае я рекомендую комбинации других ответов. В частности, космический лифт — не обязательно как огромный кабель, а потому, что он делает доставку ваших космических батарей на землю намного более эффективной.

Если у вас нет материальных знаний для полноценного космического лифта, вместо этого посмотрите на космические фонтаны — в основном, магнитно-управляемую систему кругового путешествия, которая подбрасывает контейнеры в космос и снова ловит их, когда они возвращаются вниз.

Ну и в голову приходит несколько идей:

Сфокусированное электромагнитное излучение

Что-то вроде микроволновой электростанции, упомянутой в других ответах. Разместите большой мазер (микроволновой лазер) в точке генерации и направьте его на уединенный участок Земли для сбора с помощью большого собирающего массива. Место сбора должно быть большим из-за проблем с рассеянием луча, что на самом деле хорошо, поскольку распределение мощности уменьшает проблемы с атмосферным поглощением или повреждениями в стиле луча смерти. В настоящее время считается, что это лучший и наиболее осуществимый метод, и он достаточно хорошо изучен, и имеется много доступной информации о деталях того, как он будет работать.

Портативный накопитель энергии

Для этого типа передачи энергии вам нужны вещи с очень высокой плотностью энергии , которые вы затем транспортируете на Землю, в целом это не будет очень эффективно из-за высоких транспортных расходов, особенно если вам нужна мягкая управляемая посадка для транспортировки. его на поверхность Земли, но с материалами с очень высокой плотностью энергии это может иметь смысл.

Наивысшим потенциалом здесь, исходя из плотности энергии, будет антиматерия, вам потребуется гораздо более энергоэффективный метод ее производства, чем это возможно в настоящее время с использованием коллайдеров частиц, а также других технологий хранения, транспортировки и производства энергии, которые в настоящее время не существует, но если бы они у вас были, партия ~3 тонны антиматерии могла бы питать человеческое общество в течение года ( 5,6x10^20 Дж / 9x10^16 Дж/кг = 6200 кг разделить на два для обычной материи в реакция = 3100кг).

Более реальными вариантами энергоносителей были бы искусственные углеводороды, произведенные из материалов астероидов и комет, или рафинированные металлы, такие как алюминий, который может быть необработанным для производства электроэнергии. У них будет довольно низкая плотность энергии, а это означает, что вам потребуются очень эффективные методы доставки ее на Землю, чтобы сделать ее вообще жизнеспособной.

Возможным полезным методом, в зависимости от его доступности в астероидной или другой космической добыче, может быть ядерное деление или термоядерное топливо. Было высказано предположение, что He3 присутствует в космосе, создаваемом солнечным ветром. Если бы мы разработали термоядерную энергию, которая могла бы использовать этот или другие экзотические изотопы, более доступные в космосе, я определенно мог бы рассматривать добычу ядерного топлива как жизнеспособную.

С точки зрения используемого в настоящее время хранения энергии вы действительно не можете превзойти Уран . Если вы выполняете всю опасную переработку и переработку топлива в космосе, транспортировка очищенного уранового топлива на Землю обеспечит очень высокую способность транспортировки энергии.

Прямая связь

В конце списка теоретических методов находится один из моих любимых — космический лифт . Вся проблема кажется очень простой, когда вы можете просто проложить высоковольтную линию электропередачи на большое расстояние из космоса на Землю!

Найдите беспроводную передачу энергии и используйте любую существующую технологию или изобретите новую, подходящую для вашей работы.

Микроволновая электростанция в SimCity использует микроволновую печь со спутника на землю (см. рисунок ниже). В действительности, микроволновая передача энергии (MPT) использовалась для питания вертолета в 1964 году ( Экспериментальная бортовая микроволновая платформа ).

Лазер вроде тоже возможен. Самолет НАСА с лазерным двигателем (2003 г.)

Очевидный ответ — использовать как можно больше в космосе!

Существуют относительно простые способы производства больших количеств металлов и других материалов из астероидов с использованием космических литейных цехов; это просто большая тепловая фокусировка солнечной энергии с использованием простых алюминиевых зеркал для плавления астероидов. Добавьте небольшую центробежную силу, и расплавленный шарик можно будет разделить по молекулярной массе для очистки, а затем использовать либо для дальнейшей очистки, либо для рекомбинации.

Я думаю, что в космосе можно было бы производить такие же термостойкие керамические плитки, которые мы использовали на космическом челноке, чтобы защитить его от повторного входа в атмосферу. Вы должны быть в состоянии легко сделать очень большие (размером с цистерну) стальные канистры для хранения, например, сильно сжатых сжиженных газов, водорода и кислорода. Доставьте их на Землю, защитив плиткой и с помощью приводнения с парашютом, и используйте их в качестве топлива для питания электрогенераторов. Они сгорают чисто, а контейнеры нетоксичны и, возможно, могут быть изготовлены в формах, которые даже полезны сами по себе. Чтобы было ясно, я говорю не о нескольких, а о производственной линии из миллионов штук в год или столько, сколько нужно Земле (или стране).

Два космических лифта.

Три, если вы хотите отправить трехфазный. (хотя, учитывая расстояния, AC, вероятно, очень ужасная идея, скорость света и все такое.)

Представьте, если бы вам нужно было получить несколько гигаватт на Манхэттене. Вы используете мост Квинсборо в качестве одного проводника и Бруклинский мост в качестве другого. Железных дорог нет, зона изоляции для безопасного перехода, конструкция является кондуктором . Возьми?

Вы можете запитать каждый космический лифт на несколько мегавольт по сравнению друг с другом и вдвое меньше по сравнению с землей. Изолируйте дневной свет от крепления.

Не прокладывайте железную дорогу до космического лифта, требуйте, чтобы люди проезжали последние 10 км на резиновых колесах. Когда они пересекут большой изолирующий фартук, они, сами того не осознавая, поднимут напряжение до пары мегавольт. Точно так же обходчик может работать на линиях высокого напряжения с включенным питанием, если он контактирует только с одной из них за раз.

По сути, в космических лифтах нет ничего особенного, за исключением того, что их конструкции электрически соединены, чтобы гарантировать, что они хорошо передают электричество.

Причина, по которой не делать этого с одним космическим лифтом, заключается в том, что необходимое напряжение будет довольно высоким, что потребует значительной изоляции, разделяющей два «провода». Это значительно затруднило бы использование самой конструкции в качестве обоих проводников, из-за чего пришлось бы нести один проводник и изоляцию как бесполезный мертвый груз. Любая неисправность изоляции может создать дугу, которая может повредить и разорвать космический лифт. Используйте два космических лифта, и вы обойдете эти проблемы.

Это не луч смерти

Почти любая другая форма передачи энергии была бы очень вредной, если бы ею злоупотребляли. Не этот. На самом деле нет способа вооружить его. **

** как способ передачи энергии. Это ничего не говорит о какой-либо уязвимости космических лифтов вообще .

Проблемы с беспроводным питанием - заметная погода - и, кроме того, это описано в Wiki.

То, что вы могли бы попробовать, немного более прямолинейно: очистить металлы, отправить их на поверхность Земли и сжечь. Поскольку вы находитесь в поясе астероидов, там будет много силикатов магния и алюминия, которые можно перерабатывать в алюминий и магний соответственно, с любой доступной энергией - солнечная энергия 24/7 упрощает это. Затем вы можете запустить большие блоки этих металлов на орбиту, которая пересекается с орбитой Земли; организовать механизм посадки может быть сложно, но не невозможно - не то чтобы вам нужна мягкая посадка. Затем просто измельчите металл и сожгите его на электростанциях.

С автоматизированным перерабатывающим заводом в поясе астероидов и, следовательно, с постоянным потоком металлических «кирпичей» у вас есть непрерывный источник энергии.

Зеркала

Земля уже получает энергию из космоса. Термоядерная печь в центре Солнечной системы обеспечивает Землю мощностью 174 петаватт. У него есть потенциал, чтобы дать гораздо больше, общая мощность составляет около 400 септаватт мощности, гораздо больше, чем я когда-либо хотел бы излучать на хрупкой поверхности нашей крошечной планеты.

Очевидные способы направить больше солнечной энергии на Землю — это линзы и зеркала; большие линзы могут быть тяжелыми, поэтому зеркала — разумный выбор. Есть несколько способов получения солнечной энергии. Наиболее знакомыми являются солнечные панели, но если вы направляете большое количество энергии в небольшое место, вам могут понадобиться генераторы расплавленной соли. Генераторы расплавленной соли имеют два преимущества. Во-первых, они способны накапливать энергию, чтобы вы могли справиться с колебаниями спроса. Во-вторых, расплавленная соль намного лучше расплавленных солнечных батарей.

Зеркала могли иметь модуль управления в центре. Модуль может иметь вертикальный и горизонтальный набор колес на солнечных батареях. Вращение колес в одном направлении будет вращать зеркало в другом. Это позволило бы нам направить отраженную энергию.

правдоподобие

Часто будущее связано не с новыми технологиями, а с удешевлением существующих технологий. Ни один известный материал не является достаточно прочным для космического лифта. Возможно, в будущем будут обнаружены новые материалы, которые можно будет использовать для постройки космического лифта. С другой стороны, было предсказано, что мы сможем жить во всех пластиковых домах... Думаю, теперь мы можем, но зачем нам это? Без космического лифта мы ограничены различными формами передачи энергии на землю, а передача энергии на существующую солнечную электростанцию ​​кажется постепенным шагом.

Все эти технологии могут быть сделаны сегодня. Размещать зеркала в космосе сегодня было бы непомерно дорого, но, по-видимому, цены упадут, если промышленное производство будет перенесено в космос.

Иногда вам не нужна сила, чтобы быть в форме электричества. Если плавильному заводу нужно что-то расплавить, концентрированная солнечная энергия может помочь. Какие-то недовольные жалуются на цены на энергоносители? Будьте щедры для разнообразия и направьте бесплатный тераватт прямо на их крышу. В принципе, вы могли бы иметь сложную систему зарядки причудливых лазпушек и одалживать их своим головорезам. Конечно, вы можете быть властолюбивым лидером футуристической мегакорпорации, стремящейся к мировому господству. Это не означает, что ваш финансовый директор позволит вам раздавать бесценные прототипы вашим некомпетентным миньонам... не тогда, когда есть более экономичные способы испарить вашу оппозицию.

Кто-то подумал о небоскребе, подвешенном к геостационарному астероиду. С нынешними технологиями это невозможно. Я свяжу вопрос SE об этом. Вы можете использовать такой космический объект для доставки на Землю в контролируемых условиях чего угодно.

Если это солнечная энергия, вы можете использовать оптическое волокно, чтобы транспортировать ее от астероида к поверхности, или вы можете даже послать высокоэнергетический лазерный луч через какую-нибудь вакуумную трубу, пока он не достигнет земли.

Другие материалы, такие как уран, которые вы добываете на астероидах, могут быть отправлены вниз на лифте.

Здание может быть построено с использованием высокопрочных материалов, и можно утверждать, что достижения в области графена или углеродных нанотрубок сделали возможным производство бездефектных структур метровой длины из этих материалов.

Чуть безопаснее, чем направлять поток радиации прямо в точку на планете.

Масштабируйте существующие механизмы беспроводной передачи энергии. Вам может понадобиться немного хэндвавиума, чтобы сохранить магнитное поле достаточно концентрированным для такой передачи энергии на большие расстояния.

Генерируйте энергию в космосе. Пошлите электричество через цилиндрическую катушку провода, чтобы создать магнитное поле.

Установите катушку провода на землю. Направьте цилиндры друг на друга. Магнитное поле космической катушки индуцирует электрический ток в катушке на Земле.

Так что кто-то может стоять над трубкой и быть в полном порядке**

Самолеты могут летать над головой, и все будет в порядке ***

Метеор, попавший в космическую катушку и слегка перенацеливший ее, был бы абсолютно нормальным.

** Если у них нет стальной пряжки ремня. если они это сделают, то получат очень смертельный танкетку.

*** Пока на борту нет ничего железного. Не уверен, что электроника сгорит.

**** Лучше не иметь утюга рядом с приемником.

Из Википедии: сельское хозяйство, добыча полезных ископаемых, производство и строительство потребляют около 37% от общего количества 15 ТВт (общее потребление энергии Земли).

Сельскохозяйственные продукты являются массоемкими, поэтому я не думаю, что когда-либо будет рентабельный способ вернуть их обратно на Землю (за исключением, может быть, уже построенного космического лифта). Кроме того, сельское хозяйство использует CO2 для производства продуктов питания, поэтому поблизости должен быть источник CO2. Даунпортирование мяса или алкоголя было бы более выгодным (поскольку они менее массоемки, чем зерновые), но даже в этом случае ценность невысока. Теперь добыча и переработка... грязная и энергоемкая работа. Можно добывать астероиды, но чтобы доставить их обратно на Землю (или на околоземную орбиту), нужно преодолеть большие потери энергии. Кроме того, невесомость предлагает некоторые уникальные возможности (например, сплавы компонентов разной плотности). Опять же, ядерной энергетике не потребуется ядерная защита во всех направлениях (только защита от ударов), учитывая, что орбита Земли довольно пуста.

Так что я не вижу особой необходимости передавать энергию на Землю — только для переноса энергоемких операций на орбиту (например, для строительства солнечных батарей). Это предполагает, во-первых, что у нас уже есть ресурсы на орбите, а во-вторых, что существует надежная и недорогая технология «переноса».

Атмосферы газовых гигантов. Сделать корабль с метановым двигателем с ковшом Юпитера, достаточно энергии, чтобы питать человека или исследовать космос в течение следующего миллиарда лет или больше.