Rymdspegel (klimatteknik)

Rymdspeglar är satelliter som är designade för att ändra mängden solstrålning som påverkar jorden som en form av klimatteknik . Sedan uppfattningen av idén 1923, 1929, 1957 och 1978 av fysikern Hermann Oberth och på 1980-talet av andra forskare, har rymdspeglar främst teoretiserats som ett sätt att avleda solljus för att motverka global uppvärmning och övervägdes allvarligt på 2000-talet.

Det har föreslagits flera implementeringar av rymdspegelkonceptet, men ingen har hittills implementerats förutom Znamya -projektet av Ryssland på grund av logistiska problem och utmaningar med utbyggnaden.

Allmänt koncept

Historia

Konceptet med konstruktionen av rymdspeglar som en metod för klimatteknik går tillbaka till åren 1923, 1929, 1957 och 1978 av fysikern Hermann Oberth och 1980-talet av andra forskare. År 1923 Hermann Oberth för första gången sina rymdspeglar med en diameter på 100 till 300 km i sin bok "Die Rakete zu den Planetenräumen", som sägs bestå av ett rutnät av individuellt justerbara facetter. Rymdspeglar i omloppsbana runt jorden , som designats av Hermann Oberth , är avsedda att fokusera solljus på enskilda regioner på jordens yta eller avleda det ut i rymden så att solstrålningen försvagas på ett specifikt kontrollerat sätt för enskilda regioner på jordens yta.

Det är därför inte fråga om att försvaga solstrålningen på hela jordens exponerade yta, vilket skulle vara fallet när man överväger att skapa skuggområden vid Lagrangepunkten mellan solen och jorden. Dessa gigantiska speglar i omloppsbana skulle kunna användas för att belysa enskilda städer, som ett skydd mot naturkatastrofer, för att kontrollera väder och klimat, för att skapa ytterligare livsrum för tiotals miljarder människor, skriver Hermann Oberth. Det faktum att man kunde påverka banorna för de barometriska hög- och lågtrycksområdena med dessa rumsspeglar tycktes Oberth viktigast.

Andra forskare föreslog på 1980-talet att kyla ner Venus klimat för att tillhandahålla en teoretisk framtid där människor ockuperar andra planeter. 1989 föreslog James Early, som arbetade vid Lawrence Livermore National Laboratory , att använda en "rymdskugga" 2 000 kilometer (1 200 miles) i diameter som kretsar kring Lagrangian Point L1 . Han uppskattade kostnaden till mellan en och tio biljoner amerikanska dollar och föreslog att den skulle tillverkas på månen med hjälp av månsten.

Rymdspeglar föreslogs också vid rundabordsmötet "Respons Options to Rapid or Severe Climate Change" som anordnades av presidentens Climate Change Technology Program i september 2001. Lowell Wood , en senior forskare vid Lawrence Livermore National Laboratory föreslog att stationera en eller fler "speglar" i trådnät i omloppsbana för att avleda solljus tillbaka ut i rymden eller för att filtrera det. Wood beräknade att avböjning av 1 % av solljuset skulle återställa klimatstabiliteten, och det skulle kräva antingen en enda spegel 600 000 kvadrat miles (1 600 000 km ² ) i yta eller flera mindre. Wood hade forskat om idén i mer än tio år men ansåg att den var så omöjlig att den bara borde vara en reservplan för att lösa problemet med den globala uppvärmningen.

I januari 2007 rapporterade The Guardian att den amerikanska regeringen rekommenderade att forskning om solljusavböjning, inklusive rymdspeglar, skulle fortsätta i linje med nästa FN-rapport om klimatförändringar. Förutom rymdspegeln, föreslagna solljusreducerande tekniker inkluderade att skjuta upp tusentals mycket reflekterande ballonger och pumpa sulfatdroppar in i den övre atmosfären för att efterlikna vulkaniska utsläpp.

Daniel Schrag från Harvard University och David Keith från University of Calgary anordnade en klimatingenjörskonferens i november 2007. Forskarsamhällets enighet var att det var värt att studera sådana idéer ytterligare trots deras höga kostnader, den tveksamma genomförbarheten av vissa idéer inklusive rymdspegeln , och risken för att deras uppmärksamhet distraherar från att minska utsläppen av växthusgaser.

Syfte

Rymdspeglar är utformade för att antingen öka eller minska mängden energi som når en planet från solen med målet att förändra effekten av UV-strålning; eller för att reflektera ljus på eller avleda ljus från en planet för att ändra solens ljusförhållanden. Rymdspeglar är ett exempel på Solar Radiation Management (SRM), som är en "teoretisk metod för att minska några av effekterna av klimatförändringar genom att reflektera en liten mängd inkommande solljus tillbaka ut i rymden." Konceptet är att reflektera tillräckligt med solljus för att sänka jordens temperatur och därmed balansera upp den uppvärmande effekten av växthusgaser.

Klimatteknik

De flesta tidigare förslag för utveckling av rymdspeglar är specifikt för att bromsa utvecklingen av klimatförändringarna på jorden. Att avleda en liten mängd av solens energi från jordens atmosfär skulle minska mängden energi som kommer in i jordens ekosystem.

Solljusreflektion/avböjning

Vissa förslag för utveckling av rymdspeglar fokuserar också på förmågan att ändra lokala ljusförhållanden på jordens yta genom att skugga vissa sektioner eller reflektera solljus på små sektioner. Att göra detta kan möjliggöra differentierade klimat i lokala områden och potentiellt ytterligare solljus för ökad tillväxt av grödor. Ett första praktiskt försök att reflektera solljus gjordes på 1990-talet av det ryska byråns projektnamn Znamya .

Debatt

Klimatexperter har varnat för att geoteknikförslag som rymdspeglar, även om de potentiellt kan kyla planeten, inte skulle ge någon fördel för andra klimatrelaterade problem som höga surhetsnivåer i havet på grund av uppbyggnaden av kol. Tidigare har många forskare också motsatt sig idén att använda geoteknik för att bromsa klimatförändringarna, eftersom riskerna för att orsaka negativa effekter var för stora och de oroade sig för att det skulle uppmuntra människor att fortsätta använda fossila bränslen som bidrar till den förändringen.

Politik

Ibland har politikerna varit mer ivriga att diskutera klimatteknik och förslag till rymdspegel än vad forskare har tänkt på att genomföra dem. Politiker i administrationerna av George W. Bush och Barack Obama har diskuterat och föreslagit finansiering av USA-baserade förslag om rymdspeglar. Forskare är dock fortfarande oroade över de betydande riskerna. Matthew Watson, vid University of Bristol, ledde en forskningsstudie på 5 miljoner pund om de potentiella negativa effekterna av klimatteknik och sa: "Vi sömngångar till en katastrof med klimatförändringar. Att minska utsläppen är utan tvekan det vi borde fokusera på men det tycks misslyckas. Även om geoteknik är skrämmande för många människor, och jag inkluderar mig själv i detta, är [dess genomförbarhet och säkerhet] frågor som måste besvaras". Professor Steve Rayner vid University of Oxford är också orolig över de negativa effekterna av klimatteknik, särskilt potentialen för människor att vara för positiva till effekterna och sluta försöka bromsa det faktiska problemet med klimatförändringar. Men han säger att det finns en potentiell anledning till att göra klimatteknik: "Folk förnekar att göra [klimatteknik] som ett plåster, men plåster är användbara när du läker".

ryskt genomförande

Huvudartikel: Znamya (satellit)

Znamya - projektet var en serie av omloppsspegelexperiment på 1990-talet som avsåg att stråla solenergi till jorden genom att reflektera solljus . Det bestod av tre experiment, Znamya 1 , Znamya 2 -experimentet och det misslyckade Znamya 2.5. Znamya 1 var ett markexperiment som aldrig lanserades. Znamya 2 var den första framgångsrika lanseringen av Znamya-projektet. Den var kopplad till den obemannade Progress M-15. Utplaceringen resulterade i att ett starkt ljus med en bredd av 5 km och med intensiteten av en fullmåne lyste. Znamya 3 föreslogs men agerade aldrig på grund av misslyckandet med Znamya 2.5. Projektet övergavs av den ryska federala rymdorganisationen efter den misslyckade utplaceringen av Znamya 2.5.

Vetenskaplig teori

Geoteknik och klimatförändringar

Geoteknikforskningsinsatser för att mildra eller vända förändringarna i jordens klimat kan delas upp i två olika kategorier, koldioxidavlägsnande och hantering av solstrålning . Koldioxid är den främsta källan till klimatförändringar på jorden eftersom den orsakar en ökning av atmosfärstemperaturen och försurning av haven. Även om avlägsnande av CO ₂ från atmosfären skulle vända klimatförändringarna hittills, är avlägsnande av kol en långsammare och svårare process jämfört med hantering av solstrålning.

Hantering av solstrålning arbetar för att direkt mildra effekterna av atmosfärisk uppvärmning på grund av förbränning av fossila bränslen och efterföljande utsläpp av växthusgaser. Rymdspeglar faller under denna kategori av geoteknik eftersom de arbetar för att blockera solstrålning och minska uppvärmningseffekterna från solen.

Forsknings- och utvecklingsförslag

Fysikern Hermann Oberth följde sitt första förslag 1923 med ytterligare publikationer, där han tog hänsyn till de tekniska framsteg som uppnåtts fram till den punkten: 1929 "Ways to Spaceflight", 1957 "Menschen im Weltraum. Neue Projekte für Raketen- und Raumfahrt" (Människor i rymden. Nya projekt för raket och rymd) och 1978 "Der Weltraumspiegel" (Rymdspegeln). Av kostnadsskäl förutser Hermann Oberths koncept att komponenterna ska tillverkas av månmineraler på månen, eftersom dess lägre gravitationskraft kräver mindre energi för att skjuta upp komponenterna i månens omloppsbana. Dessutom belastas inte jordens atmosfär av många raketuppskjutningar. Från månens yta skulle komponenterna skjutas upp i månens omloppsbana av en elektromagnetisk månslanga och "staplas" vid en 60° frigöringspunkt. Därifrån kunde komponenterna transporteras in i omloppsbana med de elektriska rymdskepp han designat med liten rekyl, och där skulle de sättas ihop till speglar med en diameter på 100 till 300 km. 1978 uppskattade han att förverkligandet kunde förväntas mellan 2018 och 2038.

På 1980-talet fanns det mer teoretiska förslag för rymdspeglar då forskare försökte upptäcka ett möjligt sätt att delvis reflektera solljus och bromsa uppvärmningen av jordens atmosfär med hjälp av rymdspeglar. 1989 föreslog ingenjör James Early en 2 000 km lång glassköld. Glasskölden skulle behöva konstrueras på månen med hjälp av månsten på grund av dess stora massa. Lowell Wood, en forskare vid Lawrence Livermore National Laboratory, föreslog att man skulle skicka en enda, massiv spegel i omloppsbana vid Lagrange-punkten L1, ungefär en miljon miles bort från jorden. Medan den kretsar kring Lagrange-punkten 1 skulle rymdspegeln kunna förbli i omloppsbana utan ytterligare energitillförsel och fortsätta att blockera solljus. 2006 föreslog Roger Angel, en forskare vid University of Arizona, att skicka miljontals mindre rymdspeglar i motsats till en stor spegel för att minska kostnaderna och öka genomförbarheten eftersom en enda spegel skulle behöva vara cirka 600 000 kvadratkilometer för att blockera bara en procent av solljus.

Star Technology and Research försökte skapa ett system av rymdspeglar som både blockerade solljus från att nå jorden och gav en annan källa till ren energi för jorden. Företaget föreslog att flera hundra rymdspeglar skulle skjutas upp i omloppsbana närmare jorden. Dessa rymdfarkoster skulle kretsa runt jordens ekvator och kan fjärrstyras för att styra runt jorden medan de är täckta med rymdspeglar som reflekterar solljus. Dessutom skulle rymdfarkosten vara utrustad med solpaneler som också skulle kunna samla in en del av solljuset och skicka tillbaka den fångade energin för att användas tillbaka ner på jorden.

Andrew Yang , en demokratisk presidentkandidat i USA 2020, återupplivade rymdspegelrörelsen med sitt initiativ för expanderbara rymdspegel. Enligt Yangs förslag behöver amerikanska forskare skapa satelliter, liknande de som redan befinner sig i omloppsbana, utrustade med infällbara rymdspeglar med möjlighet att sätta in och dra in snabbt och enkelt i en nödsituation.

Tharshan Maheswaran och Sebastian Fix från University of Stuttgart, Institute of Space Systems beskriver en färdplan för utveckling, konstruktion och transport av en internationell planetarisk solsköld (IPSS) vid Lagrange-punkten 1 år 2021, som också kommer att vara en solcellsanläggning . vara. Även här, liksom hos Hermann Oberth , diskuteras produktion på månen, användningen av en elektromagnetisk månslunga (månspiralpistol) och transporten av komponenterna från månen till Lagrangepunkten 1 mellan jorden och solen med hjälp av elektriska rymdskepp (alternativt med solsegel) antas. Författarna hänvisar till de många internationella aktiviteterna och chansen att sätta solskyddet i drift till 2060.

Utveckling

Utmaningar

Efter det ryska Znamya -rymdspegelexperimentet 1993 har det inte skett någon aktiv utveckling av rymdspeglar på grund av de stora utmaningar som är involverade i deras utplacering och de potentiella konsekvenser som följer av deras drift.

Utbyggnadslogistik

Utplaceringen och underhållet av en flotta av små rymdspeglar som kan skapa en skugga på cirka 100 000 kilometer i rymden skulle innefatta nödvändiga faktorer som energi, konstruktion, transporter och markstödsverksamhet. Totalt sett är den uppskattade kostnaden för att konstruera och skicka en flotta av rymdspeglar till rymden cirka 750 miljarder dollar. Om rymdspeglarna kan uppnå en 50-årig livslängd beräknas den årliga underhållskostnaden till cirka 100 miljarder dollar. Dessutom, om någon enskild satellit behövde bytas ut vid slutet av sin livstid, skulle kostnaderna för hela operationen uppgå till 5 biljoner dollar.

Utplaceringen av antingen en stor rymdspegel eller en flotta av mindre spegel måste också ta hänsyn till de miljontals rymdskräp i jordens omloppsbana. De flesta skräp är små och väger cirka 1 gram. Men beroende på deras hastighet kan sådant skräp vara katastrofalt för satelliter om de skulle kollidera. Därför skulle satelliter i omloppsbana behöva manövrera ut ur vägen för spårade rymdskräp från rymdspegeln. Dessutom, om en mycket stor rymdspegel skulle placeras ut, kommer dess massiva yta att vara ett mycket stort mål för rymdskräp. Därför kommer det att visa sig vara mycket svårt att manövrera hundratals rymdspeglar eller en mycket stor rymdspegel på grund av rymdskräpet och den potentiella storleken på rymdspegeln.

Oavsiktlig klimatförändring

Den direkta reflektionen av solstrålning bort från jorden kan ha vissa negativa effekter på klimatet. Eftersom jorden utsätts för mindre solstrålning kommer planeten att svalna, men detta kan resultera i oförutsägbara vädermönster. En total nedgång i den globala temperaturen kan påverka den hydrologiska cykeln och kan öka intensiteten av torka och översvämningar. Dessutom kan förändringar av temperatur och klimat också negativt påverka odlingen av grödor. Som ett resultat kan reflektion av solstrålning påverka omkring 65 % av världens befolkning negativt.

Se även

• Klimatteknik
• Hermann Oberth
• Rymdbaserad solenergi
• Znamya
• Solpistol
• Planetarisk ingenjörskonst