Поиск - новости науки и техники

Энергия с доставкой. В МИРЭА разрабатывают технологию будущего.

Создание абсолютно экологически чистой (без участия нефти, газа и угля) системы энергообеспечения при помощи дистанционно управляемых беспроводных лазерных магистралей для передачи мощных силовых потоков энергии в любую, даже труднодоступную, точку планеты. Доставка энергии на высотные воздушные (стратосферные) и космические объекты. Осуществление детального мониторинга поверхности Земли с разрешением практически до единиц сантиметров. Передача потоков информации гигабитного уровня на далекие расстояния. Наконец, решение с каждым днем все более актуальных вопросов астероидной безо­пасности… Всех этих “зайцев” можно “убить” с помощью одной лишь прорывной технологии, разрабатываемой в недрах Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики (МГТУ ­МИРЭА) под научным руководством его ректора академика РАН Александра Сигова. О ее нюансах нам рассказал главный конструктор Особого конструкторского бюро (ОКБ) МГТУ МИРЭА – структурного подразделения вуза, осуществляющего координацию работ в данном направлении,  Владимир МАТЮХИН:

– Вот уже более семи лет мы занимаемся разработкой концепции создания технологий и элементной базы для построения комплексов лазерного энергообеспечения (КЛЭО) на базе стратосферных платформ и привязных аэростатов. Важно отметить, что, когда я говорю “мы”, подразумеваю, с одной стороны, группу опытных специалистов, которые 30-40 лет своей жизни проработали в области лазерных технологий в стенах НПО “Астрофизика” и других крупных отечественных фирм, с другой – талантливую молодежь (студенты последних курсов, молодые специалисты и аспиранты) различных факультетов МГТУ МИРЭА. Наше ОКБ, на базе которого в перспективе планируется создать лазерный центр аэрокосмической силовой фотоники, сегодня представляет собой сплав знаний и опыта ведущих специалистов МГТУ МИРЭА и энтузиазма молодых кадров, с которыми приятно работать вместе, которые не только ведут здесь исследования, готовясь к защите будущих дипломов и диссертаций, но и получают за свой труд в этом серьезным проекте вполне “взрослую” зарплату. Молодые специалисты факультета кибернетики под руководством своего декана Михаила Романова разработали для наших задач систему робототехнического обеспечения всех процессов и дистанционного управления платформами, работали на стендах, помогали выполнять натурные эксперименты. Наше ОКБ – всего лишь небольшое структурное подразделение МГТУ ­МИРЭА, и когда мы беремся за новые задачи, то привлекаем ведущих специалистов всех кафедр вуза, советуемся с ними, решаем научные проблемы сообща.
Но вернемся к технологическим особенностям проекта. Одна из самых актуальных проблем сегодня, особенно для такой огромной страны, как Россия, – передача энергии в труднодоступные районы, куда по каким-то причинам невозможно протянуть линии электропередачи. Предполагается, что наша система будет функционировать следующим образом: излучение мощных лазерных источников формируется в пучок с заданными параметрами и направляется на бортовую оптическую систему высотного дирижабля, оснащенную опорным источником и системой ретрансляции излучения. Опорный источник необходим для высокоточного наведения, лазерного излучения, контроля и последующей коррекции атмосферных искажений в нем на восходящей трассе. А система ретрансляции позволяет направлять мощное лазерное излучение на различные воздушные или космические объекты (потребители энергии), оснащенные фотоэлектрическими приемными панелями, преобразующими лазерное излучение в электрический ток. Лазерное излучение может передаваться на значительные расстояния (до нескольких тысяч километров) по поверхности Земли.
В данный момент наиболее перспективным и экономически выгодным нам кажется создание лазерной системы передачи энергии (ЛСПЭ) стратосферного базирования, с использованием беспилотных дирижаблей длительного барражирования с зеркалами-ретрансляторами лазерного излучения, способных функционировать в течение длительного времени (более 6 месяцев) на значительных высотах – 20-30 км (расстояние между дирижаблями будет составлять 500-700 км). Ведь вместе с подъемом на высоту свыше 20 км, которой могут достигать дирижабли, уменьшается влияние на передачу энергии лазерного излучения облачности, осадков и других явлений низких слоев атмо­сферы.
На сегодняшний день нам удалось не только разработать технологии, но и создать робототехнические макеты с дистанционным управлением и адаптивной коррекцией атмосферных искажений для транспортировки лазерного луча на определенные расстояния практически без искажений. Также смоделирована возможность фокусировки, стабилизации и поддержки направления лазерных лучей.
 В перспективе наши аэростаты будут более полно использовать энергию Солнца (солнечные стратосферные электростанции на базе лазеров с солнечной накачкой) и смогут находиться в воздухе еще дольше, что позволит выстроить долговременные магистрали, причем не стационарные, а гибкие, которые можно будет изменять в зависимости от потребностей. При этом воздушное размещение по сравнению с космическим обеспечивает возможность доработки и ремонта аппаратуры, что чрезвычайно важно при длительной эксплуатации аппаратуры. По идее срок службы каждого поста составит порядка 15-20 лет. Раз в полтора-два года будет проводиться профилактика дирижабля на Земле, за счет чего срок его эксплуатации значительно увеличится. Мы надеемся, что воздушные, в том числе стратосферные, ЛСПЭ станут неким “трамплином” для создания космических лазерных систем передачи энергии в будущем.
Реализация предложенной концепции МГТУ МИРЭА позволит создать кардинально новую систему энергетического обеспечения воздушных, космических и наземных объектов, решить проблему энергетической безопасности особо важных объектов, создать мощные лазерные системы и элементную базу для их промышленного производства, осуществить прорыв в ряде критических технологий мирового уровня. Наконец, если нам удастся развить технологию ЛСПЭ стратосферного базирования, то, помимо всего прочего, над Россией будет развернут так называемый “зонтик безопасности”. Он будет полезен для защиты от разных типов аэрокосмических “неприятностей” (контроль космического пространства, контроль и утилизация космического мусора и т.д.), в том числе пригодится для обеспечения астероидной безопасности. Разместив в будущем на наших дирижаблях датчики и крупногабаритные телескопы, мы сможем увидеть на расстоянии в миллионы километров объект размером практически с футбольный мяч. А если случится ЧС – например, в сторону Земли будет стремительно двигаться астероид, то в перспективе с помощью энергетических аэрокосмических магистралей мы сможем энергию всех ресурсов планеты направить на ее защиту в форме лазерного луча (или ряда отдельных лучей гигаваттной мощности), который потенциально способен изменить траекторию опасного астероида.
Конечно, наш вуз не сможет финансировать все эти исследования самостоятельно. Приходится изыскивать дополнительные источники. Мы были бы рады работать с Минобрнауки, Минпромторгом, МЧС и другими федеральными органами, но, к великому сожалению, в программах этих министерств все несколько формализовано, пробиться, получить финансирование на серьезную большую работу прорывного характера, по моим ощущениям, невозможно. Если бы удалось как-то изменить эту ситуацию, мы, безусловно, плотно сотрудничали бы по этим направлениям, ведь технологии, которые мы предлагаем развивать, имеют конкретное приложение в народном хозяйстве. В частности, касательно применения наших наработок в “мирных сферах”: мы под руководством академика Сигова подготовили проект программы “Аэрокосмический кластер силовой фотоники” и обратились с просьбой рассмотреть его к вице-премьеру РФ Дмитрию Рогозину. Это настоящий мегапроект, довольно дорогой – стоимость реализации составит от 300 до 600 млрд рублей. Но если мы его запустим, то уже в течение 15-20 лет Россия значительно повысит свой оборонный потенциал и займет ведущее положение в области силовой фотоники на мировой арене. Зачем он нам нужен? Не секрет, что за предыдущие 20 лет Россия серьезно отстала в области технологий силовой фотоники. Поэтому первое, что нам нужно сегодня, – новые технологии, элементная база и оптические материалы. Без этого по силовой оптике не будет сделано ни шага вперед. Предстоит развивать силовую охлаждаемую оптику с управляемой формой поверхности, нужны новые крупногабаритные (2-15 м) сверхлегкие (>5 кг/м2) адаптивные зеркала ретрансляторов лазерного излучения, оптическая (лазерная) крупногабаритная керамика на базе нанопорошков, оптическое активированное и пассивное силовое волокно, градановые и дифракционные элементы для ввода лазерного излучения в волокно. Должно произойти промышленное освоение выпуска матриц диодных излучателей для накачки лазерных сред мощных лазеров мегаваттного уровня и выпуска матриц фотоэлектрических преобразователей ИК-диапазона на базе сложных гетероструктурных сред.
Второй необходимый элемент в этом мегапроекте – строительство первой ветки стратосферных ЛСПЭ, которая на основе обновленной технологии, элементной базы, новых материалов будет передавать энергию в любую точку страны. Наконец, третье: создание первых образцов аэрокосмических электростанций (сперва на дирижаблях, потом – на космических аппаратах). Надеемся, что вице-премьер даст добро на реализацию данного проекта, а инициатива МГТУ МИРЭА будет принята как прообраз для продвижения нашей страны вперед. Предполагается, что в этой работе будет активно задействована академическая и вузовская наука, отечественная промышленность – ведущие предприятия России в аэрокосмической области (согласие ряда предприятий на участие в этой инициативе нами уже получено).
В настоящее время тема стратосферных платформ и привязных аэростатов активно развивается за границей. Работы в области создания этих технологий и элементной базы для них приняли широкомасштабный характер в США и в Японии. Страны, где разработка современных лазерных технологий и создание образцов перспективных ЛСПЭ принадлежат к приоритетным направлениям науки и техники, уже в недалеком будущем получат ощутимые преимущества. По нашим подсчетам, у России, если наш мегапроект будет одобрен, выход в мировые лидеры в области аэрокосмической энергетики и силовой фотоники займет 10-15 лет. Сегодня у нас есть все шансы на успех, потому что пока все страны-участницы этой гонки находятся примерно на одних и тех же позициях. Но благодаря тому, что у России есть серьезный задел и по лазерным системам, и по воздухоплаванию, и по робототехнике, а также потому, что беспроводная лазерная энергетика пока не особо привлекает внимание наших коллег (они сосредоточены на других приложениях идеи с универсальными платформами и дирижаблями), победить вполне реально. Если все удастся, мы обязательно будем задействовать в исследованиях наших иностранных коллег. Правда, хотелось бы делать это не с позиции “нищих просителей”, а уже имея определенную материальную базу, на которой мы сможем расширять разработки.

Анна ШАТАЛОВА

Нет комментариев