Energia Solar Baseada No Espaço: Solução em larga escala para a mudança climática ou crise de combustível

De Fouad Sabry

O que é energia solar baseada no espaço

A noção de energia solar baseada no espaço refere-se à coleta de energia solar no espaço sideral por satélites de energia solar (SPS) e o transmissão subsequente dessa energia para a Terra. Fora da atmosfera, a luz solar é capaz de brilhar por longos períodos de tempo e é mais brilhante em geral. Os sistemas de energia solar estacionados no espaço são capazes de transformar a luz solar em outro tipo de energia que pode ser enviada pela atmosfera para receptores localizados na superfície da Terra. Aqueles que procuram respostas em grande escala para problemas como mudanças climáticas antropogênicas ou o esgotamento de combustíveis fósseis podem achar isso atraente.

Como você se beneficiará

(I) Insights e validações sobre os seguintes tópicos:

Capítulo 1: Energia solar baseada no espaço

Capítulo 2: Propulsão de naves espaciais

Capítulo 3 : Colonização espacial

Capítulo 4: Vela solar

Capítulo 5: Propulsão por feixe

Capítulo 6: Starwisp

Capítulo 7: Lightcraft

Capítulo 8: Rectenna

Capítulo 9: Propulsão a laser

Capítulo 10: Transferência de energia sem fio

Capítulo 11: Chang'e 1

Capítulo 12: Elevador espacial lunar

Capítulo 13: Projeto Echo

Capítulo 14: Instituto de Conceitos Avançados da NASA

Capítulo 15 : Habitação lunar

Capítulo 16: Maldição da matriz reduzida

Capítulo 17: LADEE

Capítulo 18: Plataforma de retransmissão de alta altitude estacionária

Capítulo 19: Foguete térmico

Capítulo 20: Lanterna lunar

Capítulo 21: Qu satélite de retransmissão eqiao

(II) Respondendo às principais perguntas do público sobre energia solar baseada no espaço.

(III) Exemplos do mundo real para o uso de energia solar baseada no espaço em muitos campos.

(IV) 17 apêndices para explicar, brevemente, 266 tecnologias emergentes em cada setor para ter uma compreensão completa de 360 ​​graus das tecnologias de energia solar baseadas no espaço.

Quem este livro É para

Profissionais, estudantes de graduação e pós-graduação, entusiastas, amadores e aqueles que querem ir além do conhecimento ou informação básica para qualquer tipo de energia solar baseada no espaço.

• Idioma: Português
• Editora: Um Bilhão Bem Informado [Portuguese]
• Data de lançamento: 9 de nov. de 2022

Pré-visualização do livro

Direitos autorais

Space Based Solar Power Copyright © 2022 by Fouad Sabry. Todos os direitos reservados.

Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste livro pode ser reproduzida sob qualquer forma ou por qualquer meio eletrónico ou mecânico, incluindo sistemas de armazenamento e recuperação de informações, sem autorização por escrito do autor. A única exceção é por um revisor, que pode citar pequenos excertos numa revisão.

Capa desenhada por Fouad Sabry.

Este livro é uma obra de ficção. Nomes, personagens, lugares e incidentes são produtos da imaginação do autor ou são usados de forma fictícia. Qualquer semelhança com pessoas reais, vivas ou mortas, eventos ou locais é inteiramente coincidência.

Bónus

Pode enviar um e-mail para [e-mail] com a rubrica Space Based Solar Power: Solução em larga escala para alterações climáticas ou crise de combustível, e receberá um e-mail que contém os primeiros capítulos deste livro.

Fouad Sabry

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Prefácio

Por que escrevi este livro?

A história de escrever este livro começou em 1989, quando eu era estudante na Escola Secundária de Estudantes Avançados.

É notavelmente como as escolas STEM (Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática), que estão agora disponíveis em muitos países avançados.

O STEM é um currículo baseado na ideia de educar os alunos em quatro disciplinas específicas - ciência, tecnologia, engenharia e matemática - numa abordagem interdisciplinar e aplicada. Este termo é normalmente usado para abordar uma política de educação ou uma escolha curricular nas escolas. Tem implicações no desenvolvimento da força de trabalho, nas preocupações de segurança nacional e na política de imigração.

Havia uma aula semanal na biblioteca, onde cada aluno é livre de escolher qualquer livro e ler durante 1 hora. O objetivo da aula é incentivar os alunos a lerem outras disciplinas que não o currículo educativo.

Na biblioteca, enquanto olhava para os livros nas prateleiras, notei livros enormes, num total de 5.000 páginas em 5 partes. O nome dos livros é A Enciclopédia da Tecnologia, que descreve tudo à nossa volta, from absoluto zero a semicondutores, quase todas as tecnologias, na altura, foram explicadas com ilustrações coloridas e palavras simples. Comecei a ler a enciclopédia, e claro, não consegui terminá-la na aula semanal de 1 hora.

Então, convenci o meu pai a comprar a enciclopédia. O meu pai comprou-me todas as ferramentas tecnológicas no início da minha vida, o primeiro computador e a primeira enciclopédia tecnológica, e ambos têm um grande impacto em mim e na minha carreira.

Terminei toda a enciclopédia nas mesmas férias de verão deste ano, e então comecei a ver como o universo funciona e como aplicar esse conhecimento aos problemas do dia-a-dia.

A minha paixão pela tecnologia começou há mais de 30 anos e ainda assim a viagem continua.

Este livro faz parte da Enciclopédia das Tecnologias Emergentes que é a minha tentativa de dar aos leitores a mesma experiência incrível que tive quando andava no liceu, mas em vez de tecnologias do século XX, estou mais interessado nas tecnologias emergentes do século XXI, aplicações e soluções industriais.

A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes será composta por 365 livros, cada livro será focado numa única tecnologia emergente. Pode ler a lista de tecnologias emergentes e a sua categorização pela indústria na parte de Em breve, no final do livro.

365 livros para dar aos leitores a oportunidade de aumentar os seus conhecimentos sobre uma única tecnologia emergente todos os dias, no decurso de um ano.

Introdução

Como escrevi este livro?

Em todos os livros de A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes, estou a tentar obter insights instantâneos, de pesquisa bruta, diretamente das mentes das pessoas, tentando responder às suas perguntas sobre a tecnologia emergente.

Há 3 mil milhões de pesquisas no Google todos os dias, e 20% delas nunca foram vistas antes. São como uma linha direta para os pensamentos das pessoas.

Às vezes, é Como é que retiro o encravamento de papel. Outras vezes, são os medos e os desejos secretos que só se atreveriam a partilhar com o Google.

Na minha busca para descobrir uma mina de ouro inexplorada de ideias de conteúdo sobre Space Based Solar Power, uso muitas ferramentas para ouvir dados autocompletos de motores de busca como o Google, e rapidamente escolho todas as frases e perguntas úteis, as pessoas estão a perguntar em torno da palavra-chave Space Based Solar Power.

É uma mina de ouro de pessoas introspeção, posso usar para criar conteúdo fresco, ultra-útil, produtos e serviços. Do tipo que pessoas, como tu, realmente querem.

As pesquisas de pessoas são o conjunto de dados mais importante alguma vez recolhido na psique humana. Portanto, este livro é um produto ao vivo, e constantemente atualizado por cada vez mais respostas para novas perguntas sobre Space Based Solar Power, feitas por pessoas, tal como tu e eu, a questionarem-se sobre esta nova tecnologia emergente e gostariam de saber mais sobre isso.

A abordagem para escrever este livro é obter um nível mais profundo de compreensão de como as pessoas procuram em torno de Energia Solar Baseada no Espaço, revelando perguntas e perguntas que eu não pensaria necessariamente fora da minha cabeça, e respondendo a estas perguntas em palavras super fáceis e digestivas, e para navegar o livro de uma forma simples.

Por isso, quando se trata de escrever este livro, assegurei-me de que está o mais otimizado e direcionado possível. Este propósito do livro está a ajudar as pessoas a compreender e a desenvolver os seus conhecimentos sobre a Energia Solar Baseada no Espaço. Estou a tentar responder as perguntas das pessoas o mais de perto possível e a mostrar muito mais.

É uma forma fantástica e bonita de explorar questões e problemas que as pessoas têm e responder diretamente, e adicionar insights, validação e criatividade ao conteúdo do livro – até mesmo pitchs e propostas. O livro revela áreas ricas, menos aglomeradas e, por vezes, surpreendentes, de procura de investigação que eu não alcançaria de outra forma. Não há dúvida de que, espera-se que aumente o conhecimento da mente dos potenciais leitores, depois de ler o livro usando esta abordagem.

Apliquei uma abordagem única para tornar o conteúdo deste livro sempre fresco. Esta abordagem depende de ouvir as mentes das pessoas, utilizando as ferramentas de escuta de pesquisa. Esta abordagem ajudou-me a:

Conheça os leitores exatamente onde estão, para que eu possa criar conteúdo relevante que atinge um acorde e impulsiona mais compreensão ao tema.

Mantenha o meu dedo firmemente no pulso, para que eu possa obter atualizações quando as pessoas falam sobre esta tecnologia emergente de novas maneiras, e monitorizar as tendências ao longo do tempo.

Descobrir tesouros ocultos de perguntas precisa de respostas sobre a tecnologia emergente para descobrir insights inesperados e nichos ocultos que impulsionam a relevância do conteúdo e lhe dão uma vantagem vencedora.

O bloco de construção para escrever este livro inclui o seguinte:

(1) Deixei de perder tempo com a intuição e a adivinhação sobre os conteúdos desejados pelos leitores, preenchi o conteúdo do livro com o que as pessoas precisam e despedi-me das intermináveis ideias de conteúdo baseadas em especulações.

(2) Tomei decisões sólidas e tomei menos riscos, para conseguir lugares na primeira fila para o que as pessoas querem ler e querem saber - em tempo real - e utilizar dados de pesquisa para tomar decisões ousadas, sobre quais os tópicos a incluir e quais os tópicos a excluir.

(3) Racionalizei a minha produção de conteúdos para identificar ideias de conteúdo sem ter de analisar manualmente as opiniões individuais para poupar dias e até semanas de tempo.

É maravilhoso ajudar as pessoas a aumentar os seus conhecimentos de uma forma simples, respondendo apenas às suas perguntas.

Penso que a abordagem da escrita deste livro é única à medida que se colide, e acompanha as questões importantes que os leitores fazem sobre os motores de busca.

Agradecimentos

Escrever um livro é mais difícil do que pensava e mais gratificante do que alguma vez poderia imaginar. Nada disto teria sido possível sem o trabalho concluído por investigadores de prestígio, e gostaria de reconhecer os seus esforços para aumentar o conhecimento do público sobre esta tecnologia emergente.

Dedicatória

Para os esclarecidos, aqueles que vêem as coisas de forma diferente, e querem que o mundo seja melhor. Podes discordar demasiado deles, e podes discutir ainda mais com eles, mas não podes ignorá-los, e não podes subestimá-los, porque mudam sempre as coisas... empurram a raça humana para a frente, e enquanto alguns podem vê-los como os loucos ou amadores, outros vêem génio e inovadores, porque aqueles que são iluminados o suficiente para pensar que podem mudar o mundo, são os que o fazem, e levam as pessoas à iluminação.

Epígrafe

A noção de energia solar baseada no espaço refere-se à recolha de energia solar no espaço por satélites de energia solar (SPS) e à subsequente transmissão dessa energia para a Terra. Fora da atmosfera, a luz solar é capaz de brilhar por longos períodos de tempo e é mais brilhante em geral. Os sistemas de energia solar estacionados no espaço são capazes de transformar a luz solar em outro tipo de energia que é então capaz de ser enviada através da atmosfera para recetores localizados na superfície da terra. Aqueles que procuram respostas em larga escala para problemas como as alterações climáticas antropogénicas ou o esgotamento dos combustíveis fósseis podem ache-a atraente.

Tabela de Conteúdos

Direitos autorais

Bónus

Prefácio

Introdução

Agradecimentos

Dedicatória

Epígrafe

Tabela de Conteúdos

Capítulo 1: Energia solar baseada no espaço

Capítulo 2: Propulsão de naves espaciais

Capítulo 3: Colonização espacial

Capítulo 4: Vela solar

Capítulo 5: Propulsão movida a feixe

Capítulo 6: Starwisp

Capítulo 7: Lightcraft

Capítulo 8: Semicondutor de banda larga

Capítulo 9: Propulsão a laser

Capítulo 10: Transferência de energia sem fios

Capítulo 11: Chang'e 1

Capítulo 12: Projeto Eco

Capítulo 13: Instituto de Conceitos Avançados da NASA

Capítulo 14: Programa de Investigação e Tecnologia Exploratória de Energia Solar Espacial

Capítulo 15: Lista de missões da NASA

Capítulo 16: Maldição da matriz desbaste

Capítulo 17: LADEE

Capítulo 18: Rectenna ótica

Capítulo 19: Plataforma de relé estacionário de alta altitude

Capítulo 20: Lanterna Lunar

Capítulo 21: Satélite de retransmissão queqiao

Epílogo

Sobre o Autor

Brevemente

Apêndices: Tecnologias Emergentes em Cada Indústria

Capítulo 1: Energia solar baseada no espaço

A noção de reunir energia solar no espaço através de satélites de energia solar (SPS) e, em seguida, transmitir essa energia para a Terra é referida como energia solar baseada no espaço (SBSP, SSP). Fora da atmosfera, a luz solar é mais intensa e pode brilhar continuamente (ou quase continuamente) ao longo do dia. Os sistemas de energia solar que estão alojados no espaço são capazes de converter a luz solar em outro tipo de energia (tais micro-ondas), que pode então ser enviada através da atmosfera da Terra e recebida por recetores localizados na superfície do planeta. Aqueles que procuram respostas em larga escala para problemas como as alterações climáticas antropogénicas ou o esgotamento dos combustíveis fósseis podem ache-o apelativo (como o pico do petróleo).

Desde o início da década de 1970, vários conceitos SBSP diferentes foram investigados, mas nenhum deles é economicamente viável, dadas as despesas de lançamento espacial nos dias de hoje. Alguns especialistas no campo da tecnologia hipótesem que isso pode alterar-se num futuro não muito distante com o advento da produção espacial usando materiais derivados de asteroides ou da Lua, ou com o advento de novos métodos radicais de lançamento espacial que não os foguetes.

Além de ser dispendioso, a SBSP apresenta também uma série de desafios técnicos, um dos quais é a questão de como transportar energia da órbita para a superfície da Terra. Uma vez que os fios que se estendem da superfície da Terra a um satélite em órbita não são possíveis com a tecnologia que está disponível hoje, os designs SBSP normalmente incorporam a transmissão de energia sem fios apesar das ineficiências inerentes à conversão que a acompanham. Além disso, as considerações de utilização da terra devem ser tidas em conta para as estações de antena necessárias para receber a energia na superfície da Terra. Esta energia seria enviada do satélite de recolha para um coletor (ou rectenna de micro-ondas) localizado na superfície da terra, onde seria convertido de energia solar em energia elétrica e usado para alimentar um transmissor de micro-ondas ou um emissor laser. Em contraste com as impressões dadas por obras de ficção, a maioria dos desenhos oferece densidades energéticas de feixes que não seriam prejudiciais se as pessoas humanas fossem expostas involuntariamente a eles, como se o feixe de um satélite de transmissão se desviasse do curso. No entanto, devido à enorme dimensão das antenas de receção que seriam necessárias, continuariam a ser necessárias extensas extensões de terra nas proximidades dos consumidores finais. A vida útil dos colecionadores espaciais face aos obstáculos colocados pela exposição a longo prazo ao ambiente espacial, incluindo a deterioração causada pela radiação e os danos causados pelo impacto micrometeoide, pode potencialmente tornar-se uma preocupação para o SBSP.

A partir do ano de 2020, os Estados Unidos da América, Japão e China estão todos a fazer esforços concertados para avançar com a SBSP.

Em 2008, o Japão aprovou a Lei do Espaço Básico, que definiu a energia solar espacial como um objetivo nacional. A JAXA tem um caminho para a SBSP comercial, que foi projetada de acordo com a Lei do Espaço Básico.

Em 2015, na Conferência Internacional de Desenvolvimento Espacial, a Academia Chinesa de Tecnologia Espacial (CAST) apresentou o seu plano.

No mês de fevereiro de 2019, o Science and Technology Daily (科技日报, Keji Ribao), uma publicação que serve como Ministério da Ciência e Tecnologia do jornal oficial da República Popular da China, foi afirmado que a construção de uma instalação de testes começou no distrito de Bishan, em Chongqing.

O vice-presidente do CAST, Li Ming, foi citado como afirmando que a China antecipa tornar-se o primeiro país a estabelecer uma central solar espacial funcional com uso prático.

De acordo com relatórios recentes, os cientistas chineses querem lançar uma série de centrais espaciais que variam de pequena para média entre os anos de 2021 e 2025.

Uma pequena peça de ficção científica intitulada Razão foi escrita por Isaac Asimov e publicada em 1941. Neste conto, uma estação espacial recolhe energia do sol e envia-a para outros planetas através de feixes de micro-ondas. A primeira descrição da ideia SBSP, que foi inicialmente referida como o sistema de energia solar por satélite (SSPS), foi feita em novembro de 1968.

O Congresso dos Estados Unidos autorizou o Departamento de Energia (DoE) e a NASA a realizarem pesquisas cooperativas sobre a ideia entre os anos de 1978 e 1986. O Programa de Desenvolvimento e Avaliação do Conceito de Sistema de Energia de Satélite foi criado por eles. As investigações sobre se um tal projeto poderia ou não ser concebido com êxito resultaram na publicação de muitos estudos. São os seguintes:

Requisitos de recursos (Materiais Críticos, Energia e Terra)

Cenários Financeiros/De Gestão

Aceitação Pública

A aplicabilidade dos regulamentos estatais e locais às instalações que contêm antenas de receção de micro-ondas para sistemas de energia por satélite

Participação do Estudante

A possibilidade de os lasers serem usados para transmissão de energia SBSP

Acordos Internacionais

Centralização/Descentralização

O mapeamento de áreas proibidas ao redor de sites de antenas

Preocupações com a Economia e a Demografia em Relação à Implantação

Algumas perguntas e suas respostas

A Influência da Atmosfera na Propagação de Raios laser e Diretamente Alimentada pelos Lasers solares

Experiência de Divulgação Pública

Transmissão e receção de Revisão e Análise de Energia Elétrica da Situação Técnica

Transporte Espacial

Após as eleições que tiveram lugar nos Estados Unidos em 1980, houve uma mudança de governo, e o projeto não foi continuado. De acordo com as conclusões do Gabinete de Avaliação tecnológica, existe atualmente informação insuficiente sobre os elementos técnicos, económicos e ambientais da SPS para uma decisão informada sobre a continuação ou não do seu desenvolvimento e implantação. Além disso, fazer uma demonstração de SPS ou um programa de verificação de engenharia de sistemas sem primeiro realizar mais investigação seria um esforço de negócio de alto risco.

O programa de investigação e tecnologia exploratória de energia solar espacial (SERT) foi criado pela NASA em 1999 pelas seguintes razões:

Realize estudos de design baseados em várias ideias de demonstração de voo.

Realizar pesquisas para determinar a viabilidade geral, design e necessidades, em seguida, avaliar esses estudos.

Desenvolver desenhos conceptuais de subsistemas que utilizam tecnologias SSP mais sofisticadas em benefício de potenciais aplicações futuras no espaço ou em terra.

Desenvolver um plano de ação inicial para os Estados Unidos conduzirem um esforço tecnológico agressivo (em colaboração com parceiros estrangeiros) e implementarem essa estratégia.

Desenvolver e demonstrar importantes aspetos da energia solar espacial (SSP) através da construção de roteiros de desenvolvimento tecnológico e demonstração.

A SERT iniciou o processo de desenvolvimento de um conceito de satélite de energia solar (SPS) para um futuro sistema de energia espacial gigawatt. O objetivo deste conceito era fornecer energia elétrica convertendo a energia do sol e transportando-a para a superfície da terra. A SERT também forneceu um caminho de desenvolvimento conceptual que faria uso de tecnologias que já existem. Para transformar a luz solar em energia utilizável, a SERT recomendou a utilização de uma estrutura de gossamer fotovoltaica insuflado equipada com lentes de concentrador ou motores de calor solar. A iniciativa investigou locais orbitais sincronizados e geossíncronos para potenciais localizações do sistema. Algumas das conclusões do SERT:

Existe uma forte possibilidade de que a procura crescente de energia se mantenha por muitas mais décadas, o que resultará na construção de centrais elétricas adicionais de capacidades variadas.

É possível que estas centrais tenham uma influência negativa no ambiente, bem como no fornecimento global de energia e nas dinâmicas políticas internacionais.

A utilização de fontes de energia renováveis é uma estratégia atraente do ponto de vista filosófico e da engenharia.

Devido às necessidades intrínsecas da terra e da água, muitos tipos diferentes de fontes de energia renováveis são restringidos na sua capacidade de produzir eletricidade de carga base a um preço acessível, o que é essencial para o crescimento e o sucesso da indústria global.

De acordo com os resultados do seu Estudo de Definição de Conceito, parece que as ideias de energia solar espacial estão prontas para serem trazidas de volta para a conversa.

Já não é preciso pensar nos satélites de energia solar como necessitando de despesas iniciais impossivelmente massivas em infraestruturas permanentes antes da instalação de centrais elétricas produtivas. Este equívoco tem de ser erradicado.

Quando comparados com outras fontes potenciais de energia, os sistemas de energia solar no espaço parecem fornecer uma multiplicidade de benefícios importantes para o ambiente circundante.

A viabilidade económica dos sistemas de energia solar espacial depende de uma vasta gama de fatores e do desenvolvimento bem-sucedido de uma vasta gama de novas tecnologias (entre as quais a disponibilidade de um acesso muito mais baixo ao espaço do que tem sido disponível); no entanto, o mesmo pode ser dito de um grande número de outras opções avançadas de tecnologia de energia.

Há boas hipóteses de a energia solar espacial acabar por ser um concorrente significativo entre as possibilidades de satisfazer a crescente necessidade de energia no século XXI.

Se os serviços de fornecimento espaciais forem economicamente sustentáveis, os custos de lançamento da órbita baixa da Terra para a órbita geossíncrona terão de ser na região de 100 a 200 dólares por quilograma de carga.

Uma extensa peça intitulada It's Always Sunny in Space foi escrita por Susumu Sasaki e publicada na edição de maio de 2014 da revista IEEE Spectrum. De acordo com a informação apresentada no artigo, tem sido alvo de muitos estudos anteriores e do material de ficção científica durante décadas, mas a energia solar baseada no espaço pode finalmente tornar-se uma realidade — e dentro de 25 anos, de acordo com uma proposta de investigadores da Agência de Exploração Aeroespacial do Japão (JAXA), sediada em Tóquio.

Em 12 de março de 2015, a JAXA fez o anúncio de que tinham sucesso no carregamento sem fios de 1,8 kilowatts para um pequeno recetor localizado a 50 metros de distância. Isto foi conseguido através da conversão de energia em micro-ondas e, em seguida, de volta à eletricidade. Esta é a estratégia típica para lidar com este tipo de poder.

A ideia SBSP é apelativa devido ao facto de que a recolha de eletricidade solar no espaço oferece uma série de benefícios significativos ao fazê-lo na superfície da terra:

No espaço, é sempre o meio-dia solar, que corresponde ao meio do dia.

Devido à ausência de barreiras causadas por coisas como gases de ar, nuvens, poeiras e outras ocorrências meteorológicas, a recolha de superfícies pode