Blog o ciekawych sprzętach i ich historiach Prąd z węgla, gazu, ropy, atomu… a co powiecie na prąd z kosmosu?
Zaczniemy od nutki nostalgii. Ok, przyznaję, nie będzie to nostalgia uniwersalna, ale zapewne wśród Was są osobniki, które podobnie jak ja zagrywały się w wydaną w 1999 roku grę zwaną SimCity 3000. Choć nazwa może na to nie wskazywać, była to raptem trzecia część tej miejskiej symulacji, w której gracz zmagał się z budową, rozwojem i zarządzaniem swym miastem, a także rozpędzaniem zamieszek mieszkańców niezadowolonych z wysokości podatku katastralnego.
Po co w ogóle o tym wspominam? A, bo istniała tam pewna opcja (była i w poprzedniej części), do której chcę nawiązać. Była to elektrownia mikrofalowa, której naziemna część składała się tylko z ogromnego talerza antenowego, który miał za zadnie odbiór fal mikrofalowych wysyłanych z elektrowni słonecznej na orbicie.
Produkcja energii słonecznej w kosmosie jest wydajniejsza niż na powierzchni Ziemi z powodu braku atmosfery i, jeśli dobrze ukształtować orbitę, krótkiemu okresowi pozostawania elektrowni w cieniu Ziemi. Kolektory na powierzchni w nocy stoją i się wychładzają, a te na orbicie przechodzą przez cień planety w kilka minut, by po drugiej jego stronie znów być gotowymi produkować prąd.
Brzmi to jak science-fiction z powieści, której akcja datowana jest na 2150 rok, ale rząd USA poważnie rozważał podobny system o epickim wręcz rozmachu od lat siedemdziesiątych XX wieku. Kryzys naftowy z 1973 roku i gwałtownie rosnące zapotrzebowanie na energię były problemami, które domagały się uwagi. Rząd potrzebował też dużych inwestycji, by ruszyć pogrążoną w recesji gospodarkę, która zdychała od połowy dekady wraz z postępującą ewakuacją klasy średniej z centrów miast na przedmieścia i dotknęła miasta na wschodnim wybrzeżu kraju, a najmocniej z nich Nowy Jork.
Rzeczona recesja i problemy energetyczne spotkały się w tym samym miejscu w lipcu 1978 roku, gdy spowodowana burzą awaria sieci energetycznej odcięła prąd w Nowym Jorku, a rozgoryczeni mieszkańcy ruszyli na szaber. Gdy w 2008 roku z największym (do wtedy) polskim blackoutem od czasów Drugiej Wojny Światowej borykał się Szczecin, wysłane na ulice wzmożone patrole policji i żandarmerii wojskowej zgodnie twierdziły, że jest spokojniej niż w dowolny dzień, gdy prąd jest. Nowojorczycy postanowili jednak się zabawić i rabowali sklepy ile wlazło, zwłaszcza te w pobliżu biednych dzielnic i te z drogim sprzętem hi-fi. Na (czarny) rynek trafiły wówczas niezliczone syntezatory, wędrując ostatecznie do mieszkań wielu domorosłych muzyków, dotychczas zbyt biednych, by zakupić ten sprzęt. Wkrótce na Bronksie narodził się rap.
Rząd USA, chcąc uniknąć podobnych katastrof w przyszłości, nakreślił ogromny i bardzo drogi projekt pozyskania energii z kosmosu, zwany Satellite Power System. SPS miał składać się z ogromnych satelitów pokrytych bateriami słonecznymi, stacji naziemnych przystosowanych do bezprzewodowego odbioru prądu i ogromnego zaplecza logistycznego, które miało go zbudować i obsłużyć. Można śmiało stwierdzić, że byłby to najdroższy i najbardziej skomplikowany pojedynczy projekt w historii ludzkości, jego koszt w 1979 roku określono ostrożnie i wstępnie na 92 miliardy dolarów (za rozwój, budowę i obsługę pierwszych pięciu z planowanych sześćdziesięciu orbitalnych elektrowni). Dziś daje to około 325 miliardów dolarów, wystarczająco, by zbudować 2/3 autostrad międzystanowych w USA, jakie powstały od 1956 do 1992 roku. Wszystkich jest ich 77 540 kilometrów.
Aby taka inwestycja jakkolwiek się zwróciła, poza sprzedażą patentów opracowanych na jej potrzeby, energii z kosmosu musiało być dość, by efekt skali znacząco obniżył jej koszt. W związku z tym, zaprojektowano elektrownie o mocy 5 GWe, porównywalne z największymi dzisiejszymi francuskimi elektrowniami atomowymi w Paluel czy Gravelines. Podobną mocą legitymuje się polska Elektrownia Bełchatów.
Panele fotowoltaiczne nie są najcięższym sprzętem na Ziemi, ale ilość potrzebna do wytworzenia takiej ilości prądu już swoje waży. Masa każdego z satelitów SPS miała wynosić od 30 do 50 tysięcy ton, co może nie przeszkadza, gdy wszystkie elementy są już w kosmosie lub pracują umocowane do trwałego podłoża. Problem zaczyna się, gdy trzeba każdą z tych ton wysłać na orbitę geostacjonarną i tam zmontować ludzkimi rękami. Potrzebne były kosmiczne ciężarówki, autobusy i miejsce obsługi podróżnych ze stacją benzynową. Był 1978 rok i NASA dysponowała prototypowym wahadłowcem OV-101 Enterprise, który co prawda nadawał się do zrzucania z pleców 747, ale do lotów w kosmos absolutnie nie.
Musiało minąć jeszcze 3 lata do pierwszego lotu OV-102 Columbia, tym bardziej widać ambicje i pewną lukę pojemnościową w planach agencji, zwłaszcza, jeśli dodać czas wdrożenia pierwszej elektrowni między 1988 a 1990 rokiem.
Plany całego zaplecza logistycznego były bardzo wielowątkowe i przeplatające się, ale wahadłowiec Space Transportation System przetacza się w prawie wszystkich. Trudno się temu dziwić, skoro był w zaawansowanym stadium rozwoju i obiecywał 25-tonową ładowność na niską orbitę okołoziemską, gdzie na wysokości 500 kilometrów nad ziemią miało znajdować się centrum logistyczno-przesiadkowe w drodze na orbitę geostacjonarną. 25 ton to niewiele w kontekście wielu ich tysięcy wymaganych do zbudowania każdej elektrowni, toteż wahadłowiec miał być głównie autobusem, ewentualnie dostawczakiem.
W zależności od wersji systemu, na jaką zdecydowaliby się decydenci, albo startowałby w konwencjonalny dla siebie sposób, albo z nowymi rakietami pomocniczymi na paliwo ciekłe (te które znamy napędzane były przez sproszkowane aluminium), dając znacząco zwiększony udźwig równy 45 tonom na niską orbitę okołoziemską.
Dodatkowo zaprojektowano jeszcze jeden statek kosmiczny, podobny w założeniach do późniejszego Shuttle-C. Była to pochodna wahadłowca, polegająca na jego nowo zaprojektowanych rakietach pomocniczych na paliwo ciekłe, na znanym z STS zbiorniku paliwa i na 3 silnikach Aerojet Rocketdyne RS-25 napędzających wahadłowce, ale pożenionymi z nową kapsułą, pozwalającą na odzyskanie samych silników. Ładownia płonęłaby podczas wchodzenia w atmosferę. Taka konfiguracja pozwalałaby na wyniesienie na niską orbitę okołoziemską około 100 ton towaru.
Shuttle-C z 1984 roku.
Alternatywnie planowano wykorzystać nową, odzyskiwaną rakietę nośną, zbliżoną w założeniach do samego wahadłowca. Miała skrzydła, statecznik pionowy, startowała pionowo i lądowała samolotowo na pasie startowym. Po wyniesieniu wahadłowca wraz z pomniejszonym zbiornikiem na wysokość około 60 kilometrów odłączałaby się i wracała parabolicznie na ziemię. Była to część większego systemu, o którym opowiem innym razem.
Sam wahadłowiec również wymagał nieco przeróbek, w tym dodania kabiny pasażerskiej na 74-75 osób. Cóż, istnienie tego systemu przynajmniej rzuca nieco światła na potrzebę przewozu tylu osób.
Po skonstruowaniu bazy logistycznej na niskiej orbicie okołoziemskiej należałoby rozpocząć budowę samych elektrowni. Opowiem Wam o tym wkrótce, razem z bardziej ambitnymi projektami powstałymi na potrzeby Satellite Power System.
Swoją drogą: ciekawe ile zanieczyszczeń poszłoby w atmosferę podczas tylu setek startów z transportem części na orbitę. Przy dzisiejszym „rozmachu” lotów kosmicznych są to pomijalne wartości w skali świata. Przy 30 tysiącach ton w ciągu kilku lat…