На заседании был заслушан доклад А.С. Сигова, президента МИРЭА, В. Ф. Матюхина, директора НИИЦ МИРЭА «Концепция поэтапного развития распределённой энергетики с использованием аэрокосмических солнечных электростанций», сообщения членов комитета и приглашённых авторитетных специалистов ведущих предприятий России, в том числе: Сергея Варфоломеева, д.х.н., профессора, члена-корреспондента РАН, научного руководителя Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН; Ивана Редько, д.т.н., профессора, заместителя директора Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН; Валентина Сысоева, д.т.н., заместителя директора центра ФГУП «НПО имени С. А. Лавочкина»; Анатолия Либета, к.ю.н., члена Общественного совета Минпромторга России (заместитель председателя), члена Общественного совета Министерства энергетики РФ; Игоря Костина, коммерческого директора ООО «Эконорм»; Виталия Мельникова, главного научного сотрудника ФГУП «ЦНИИМаш», д.т.н., профессора, академика Российской академии космонавтики имени К. Э. Циолковского (РАКЦ) и Международной академии информатизации; Максима Шварца, к.ф.-м.н., старшего научного сотрудника ФТИ имени А. Ф. Иоффе; Дмитрия Паращука, д.ф.-м.н., профессора физического факультета МГУ; Вячеслава Котлярова, д.ф.-м.н., главного конструктора по воздухоплавательной тематике КБ автоматики АО «Долгопрудненское конструкторское бюро автоматики» (АО «ДКБА»), Юрия Пирогова, профессора физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, заведующего отделом Центра магнитной томографии и спектроскопии МГУ, академика Российской экологической академии.
Участники заседания отметили, что для удовлетворения непрерывно возрастающих потребностей человечества в энергетики без катастрофического ухудшения экологической обстановки в мире активно ведётся поиск нетрадиционных (альтернативных) источников энергии, а солнечная энергетика выходит на ключевые позиции развития топливно-энергетического комплекса (ТЭК) страны. В связи с этим, создание солнечных космических электростанций с СВЧ и лазерными магистралями передачи энергии в настоящее время является очень дорогой, но реальной и крайне актуальной задачей России. Солнечные аэрокосмические энергетические комплексы с СВЧ и лазерными магистралями могут стать наиболее предпочтительными для построения распределённой энергетической системы России, в том числе для обеспечения объектов в районах крайнего Севера. Создание АКСЭС и трансляции электроэнергии на Землю по лазерным и СВЧ-каналам, позволят стране (человечеству) решить проблему экологической и энергетической безопасности.
Решаемая проблема и цели, достижение которых ведёт к её решению, прямо соотносятся с решением приоритетных задач обеспечения безопасности страны, социальноэкономического и социально-экологического развития Российской Федерации. Программа «Солнечная аэрокосмическая энергетика России» принципиально ответственна за реализацию инновационной цепочки — создание и промышленное освоение элементов солнечных космических электростанций с лазерными и СВЧ-магистралями передачи энергии для построения распределённой энергетической системы России, создание пилотных образцов инновационной продукции. Экологические последствия энергоснабжения от АКСЭС существенно ниже, чем последствия от использования традиционных энергетических источников, таких как тепловые, атомные и гидроэлектростанции.
В докладе «Концепции поэтапного развития распределённой энергетики с использованием аэрокосмических солнечных электростанций» А. С. Сигова и В. Ф. Матюхина предложен поэтапный подход к созданию АКСЭС, заключающийся в создании прототипов АКСЭС с последовательно возрастающей размерностью для подтверждения принятых научнотехнических решений и набора опыта по их реализации.
Представляется целесообразным сначала провести отработку технологий и устройств мощностью 1-10 кВт на Земле, затем создать гибридный солнечно-ветровой комплекс на базе привязного аэростата (50-150 кВт), после чего приступить к созданию стратосферных солнечных электростанций (1-10 МВт) с трансляцией энергии на Землю, после чего приступить к созданию космического сегмента АКСЭС, в том числе:
1. Первый этап (2017-2025 годы). Определение облика солнечного аэрокосмического энергетического комплекса России. Определение тактики его использования в ТЭК России, оборонной и других областях народного хозяйства. Определение состава и структуры АКСЭС, состава кооперации. Создание и демонстрация эффективности ключевых технологий АКСЭС в наземных условиях. Создание демонстрационного (пилотного) образца аэромобильного солнечно-ветрового энергетического комплекса мощностью 50-150 кВт.
2. Второй этап (2021-2027 годы). Разработка ключевых технологий и создание демонстрационного (пилотного) образца высотного (стратосферного) сегмента АКСЭС. Демонстрация эффективности стратосферного энергетического комплекса мощностью 1,5-25,0 МВт.
3. Третий этап (2025-2035 годы). Разработка ключевых технологий и создание космического сегмента АКСЭС. Демонстрация эффективности ключевых технологий космического сегмента АКСЭС на низких орбитах мощностью 100 кВт и стационарной орбите мощностью до 100 МВт в натурных условиях.
4. Четвёртый этап (2030-2045 годы). Создание коммерческого образца АКСЭС мощностью 0,5-1,0 ГВт. Создание наземной инфраструктуры обслуживания и эксплуатации АКСЭС. Организация серийного производства АКСЭС в Российской Федерации.
При реализации этапов проекта планируется дополнительно решить следующие важные проблемы:
- осуществить развитие над территорией Российской Федерации трансконтинентальных беспроводных сетей из высокоэффективных телекоммуникационно-энергетических лазерных магистралей;
- обеспечить возможность беспроводной доставки энергии на воздушные (стратосферные), космические и труднодоступные наземные объекты;
- обеспечить решение проблемы безопасности космического пространства Земли, включая астероидную безопасность и утилизацию космического «мусора».
Наиболее важными вопросами являются, естественно, экология и угроза безопасности людей, которые необходимо решить при принятии решения о создании АКСЭС.
В своём докладе Вячеслав Котляров отметил, что за годы работы предприятие сформировало большой научно-технический, технологический и производственный задел в создании сложных воздухоплавательных комплексов различного целевого назначения, в том числе по направлениям, близким к рассматриваемой теме, поскольку ДКБА:
1. Является единственным предприятием по разработке и производству свободных аэростатов, в том числе стратосферных, различной размерности и назначения, с уникальными лётными характеристиками (масса поднимаемого груза до 6 т, высоты полёта аэростатов до 35 км).
2. Проводило научно-исследовательские работы и продолжает инициативные исследования в рамках создания беспилотного стратосферного дирижабля с высотой полёта до 21 км и полезной нагрузкой массой до 2 т.
3. Проводит научно-исследовательские работы по созданию космических надувных модулей для размещения баз на поверхности Луны.
4. Принимало непосредственное участие в программе космических экспериментов «Знамя» — серии экспериментов по работе со специальными отражателями, которые отражают солнечный свет и освещают земную поверхность. В ходе этого эксперимента в космосе был впервые развернут солнечный парус и произведено искусственное освещение Земли отражённым солнечным светом. Парус был развернут на борту грузового корабля «Прогресс М-15». Отражатель создал на поверхности Земли яркое пятно 8 км в ширину. Целью эксперимента была проверка концепции паруса из плёночного материала. Сам парус был изготовлен из ПЭТФ-плёнки толщиной 5 мкм с нанесённым на неё отражающим покрытием.
АО «ДКБА» выражает готовность к взаимовыгодному деловому сотрудничеству по созданию аэрокосмической солнечно-ветровой электростанции мощностью до 50 кВт в составе МЭК для объединения и координации усилий по реализации инфраструктурного проекта с использованием своего научно-производственного потенциала. АО «ДКБА» выражает заинтересованность:
- в создании (разработке, изготовлении и испытаниях) аэростатической платформы на базе привязного аэростата для размещения будущей аэрокосмической солнечно-ветровой электростанции;
- в разработке и реализации крепления солнечных панелей мощностью 50 кВт ветровой электростанции на аэростате;
- в предоставлении привязного аэростата для отработки технологии лазерной и СВЧ-передачи энергии на Землю;
- в участии в экспериментальных исследованиях по передаче электрической энергии к потребителям;
- в организации серийного производства аэростатической платформы.
Виталий Мельников обратил своё внимание на то, что проблемы создания природоохранных технологий для обеспечения стабилизации климата и замещения нефти могут быть решены путём создания космических солнечных электростанций (КСЭ), вырабатывающих энергию вне биосферы Земли. Использование КСЭ с беспроводной передачей энергии позволит снизить стоимости электроэнергии в десять и более раз для районов Крайнего Севера России, Арктики и Антарктиды. Российскими специалистами предлагаются решения, базирующиеся на отечественном опыте создания бескаркасных центробежных космических конструкций и волоконных лазерах.
Валентин Сысоев предложил включить в программу разработку технологий и демонстрационных экспериментов по дистанционной передаче энергии на воздушные объекты и с космических объектов наземным потребителям, в том числе:
- создание работающего лазерного канала передачи энергии (лазерная станция — система контроля, наведение — фотопреобразующий модуль) с уровнем мощности 10-100 кВт;
- проведение работ по передаче энергии на авиационные беспилотники различных высот с использованием данного канала передачи энергии;
- создание технического проекта демонстрационной солнечной космической электростанции на основе имеющихся спутниковых платформ и ракет-носителей.
Функциями такого проекта являются использование лазерного излучения как для передачи энергии, так и для лазерного исследования атмосферы, для скоростной передачи данных, возможно, и для лазерной дальнометрии наземных объектов.
В. М. Андреев и М. З. Шварц предложили участие Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе в разработке:
- источника электроэнергии — фотоэлектрической установки на основе каскадных солнечных элементов с концентраторами излучения и системой слежения за Солнцем;
- полупроводниковых лазерных модулей, питаемых от солнечной энергоустановки (тип лазеров — полупроводниковые, гетероструктурные на основе AUnGaAs);
- фотоэлектрических модулей преобразователей лазерного излучения (ФЭПЛИ) — полупроводниковые, гетероструктурные на основе AUnGaAs с КПД = 50-60 %.
Юрий Пирогов провёл сравнительный анализ передачи солнечной энергии из космоса на Землю по лазерным и микроволновым каналам. Он показал, что микроволновый канал как всепогодное средство транспортировки солнечной энергии из космоса является наиболее подходящим. Однако следует учитывать и серьёзные трудности в создании микроволновых космических солнечных электростанций: километровые размеры СВЧ-излучающих (с геостационарной орбиты) и наземных приёмных систем, резервирование широкой охранной экологической зоны на Земле представляют значительные технические и экономические препятствия.
Он поддержал предложенную МИРЭА концепцию, которая может оказаться наиболее приемлемой, объединив преимущества и светового (лазерного) канала передачи солнечной энергии и микроволнового: передача солнечной световой энергии с геостационарной орбиты на борт надатмосферного модуля будет осуществляться без потерь на космической трассе и может быть вполне реализуема при ограниченной поверхности модуля, а всепогодная транспортировка этой энергии с борта модуля на Землю по микроволновому каналу обеспечит доставку энергии на Землю без потерь в атмосфере. В микроволновом звене такой системы в качестве преобразователя СВЧ-излучений в постоянный ток рекомендуется применять разработанный в МГУ высокоэффективный (с КПД до 80 %) электронно-циклотронный вакуумный прибор.
Юрий Пирогов предложил включить в программу «Солнечной аэрокосмической космической энергетики России» проведение НИОКР по созданию плёночных наноантенн. Наноантенны основаны на волновых принципах накопления и детектирования солнечного излучения. Они состоят из наноструктурированных элементарных антенн (дипольных или спиральных), нагруженных на выпрямляющие диоды МИМ или «геометрического» типа. Достоинствами наноантенн являются высокая эффективность преобразования (до 70-80 % КПД), простота их изготовления и развёртывания, небольшой вес и отсутствие деградации электрофизических параметров.
Заслушав и обсудив доклады, члены Комитета по управлению проектом решили:
1. Принять за основу «Концепцию поэтапного развития распределённой энергетики с использованием аэрокосмических солнечных электростанций» предложенную А. С. Сиговым и В. Ф. Матюхиным (МИРЭА), с учётом предложений участников заседания. Экспертной группе комитета доработать основные положения концепции.
2. Институту биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН (И. Я. Редько) сформировать перечень инфраструктурных проектов в области распределённой энергетики, в том числе инфраструктурных проектов с использованием МЭК различных типов с использованием аэрокосмических солнечных электростанций на территории Новой Москвы, Республики Саха (Якутия), Красноярского края, Московской и Ярославской областей.
3. Обратиться к руководству страны с предложениями: поставить национальную программу «Солнечная аэрокосмическая энергетика России», под патронаж Президента РФ (разработка и реализация национальной программы «Солнечная аэрокосмическая энергетика России» под патронажем президента может стать ключевым моментом к возрождению России как великой мировой державы); определить объёмы и источники финансирования, определить государственного заказчика Программы.
4. Предложить МИРЭА, ФГУП «НПО имени С. А. Лавочкина» и Институту биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН (С. Д. Варфоломеев и И. Я. Редько) разработать дорожную карту создания «Солнечной аэрокосмической энергетики России», в том числе создания на первом этапе демонстрационного (пилотного) образца аэромобильного солнечно-ветрового энергетического комплекса мощностью 50150 кВт.
5. Предложить МИРЭА (А. С. Сигов и В. Ф. Матюхин), ФГУП «НПО имени С. А. Лавочкина» (В. Сысоев) и Институту биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН (С. Д. Варфоломеев и И. Я. Редько) в целях интенсификации развития программы организовать международную кооперацию по разработке и реализации АК-СЭС с привлечением прежде всего представителей Японии.
6. Провести обсуждение дорожной карты создания «Солнечной аэрокосмической энергетики России» не позднее октября 2016 года.
7. Провести 4-7 октября 2016 года в Санкт-Петербурге в рамках VI Международного конгресса «Энергосбережение и энергоэффективность — динамика развития» круглый стол по вопросам реализации пилотных проектов в области космической энергетики.
