Science & Future 24 ноября 2020г
В научной фантастике довольно часто фигурируют космические солнечные электростанции, отправляющие энергию на Землю. Эта концепция была разработана одним из величайших русских учёных, Константином Циолковским, в 1920-е годы.
По прошествии века, учёные и инженеры делают огромные успехи в превращении этой концепции в реальность. К примеру, Европейское космическое агентство (ESA) осознало потенциал этих технологий и теперь стремится финансировать такие проекты, предсказывая, что первый действительно промышленный ресурс, который мы получим из космоса, — это «лучистая энергия».
В последние годы технологии использования возобновляемых источников энергии получили значительное развитие с повышением эффективности и снижением затрат. Но одним из главных препятствий для их повсеместного использования является тот факт, что они не обеспечивают постоянного запаса энергии. Ветряные и солнечные фермы производят энергию только тогда, когда дует ветер или светит солнце, но нам нужно электричество круглосуточно, каждый день. В конечном счёте, прежде чем мы сможем перейти на возобновляемые источники энергии, нам нужен способ хранения энергии в больших масштабах.
Преимущества космоса
Возможным способом обойти это препятствие было бы генерирование солнечной энергии в космосе. В этом есть много преимуществ. Как минимум, космическая солнечная электростанция могла бы быть освещена Солнцем 24 часа в сутки. К тому же атмосфера Земли поглощает и отражает часть солнечного света, поэтому солнечные батареи над атмосферой будут получать больше солнечного света и производить больше энергии, чем солнечные электростанции на поверхности.
Какие понадобятся технологии?
Одна из ключевых проблем, которую необходимо преодолеть, заключается в том, как собрать, запустить и развернуть такие крупные структуры. Одна солнечная электростанция может иметь площадь до 10 квадратных километров. Использование лёгких материалов будет иметь решающее значение, так как самыми большими расходами будут затраты на запуск станции в космос на ракетах-носителях.
Одним из предлагаемых решений является создание роя из тысяч небольших спутников, которые будут объединены и сконфигурированы для формирования единого большого солнечного генератора. В 2017 году исследователи Калифорнийского технологического института предложили проект модульной электростанции, состоящей из тысяч сверхлёгких плиток солнечных батарей. Они также продемонстрировали прототип плитки весом всего 280 граммов на квадратный метр.
Активно развиваются и технологии 3D-печати, в том числе, непосредственно в космосе. В Ливерпульском университете специалисты изучают новые технологии производства для печати сверхлёгких солнечных элементов на солнечных парусах.
Не стоит забывать и о том, что параллельно обязательно будут развиваться технологии добычи ресурсов в космосе, что тоже очень даже хорошо.
Концепция солнечной электростанции, разработанная Японским агентством аэрокосмических исследований, о котором сказано ниже. Credit: JAXA
Другой серьёзной проблемой будет передача энергии обратно на Землю. План состоит в том, чтобы преобразовать электричество от солнечных батарей в энергетические волны и использовать электромагнитные поля для передачи их вниз к приёмнику на поверхности Земли. Затем приёмник преобразует волны обратно в электричество.
Исследователи Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) и Европейского космического агентства (ESA) уже разработали и продемонстрировали проект орбитальной системы, которая должна быть способна это сделать.
Так японцы видят приёмник энергии из космоса. Credit: JAXA
Исследователи в Китае разработали систему под названием Omega, которую они намерены ввести в эксплуатацию к 2050 году. Эта система должна быть способна подавать 2 ГВт энергии в сеть Земли с максимальной производительностью, что является огромным количеством.
Во всем мире научное сообщество работает над развитием солнечных электростанций в космосе.