Чи допоможе мережа космічних електростанцій вирішити енергетичну кризу? Ідея не нова, але до сих пір її не було реалізовано в силу багатьох причин. Головне, що заважало — це висока вартість транспортування у космос необхідного обладнання. Але зараз, коли доступ у космос став набагато простіший і дешевший, отримання енергії з Сонця може зрушити з мертвої точки.
Наприкінці листопада 2022 року колегія міністрів науки Європи зібралася в Парижі, щоб прийняти рішення щодо списку пріоритетів Європейського космічного агентства на наступні три роки. Рішення, яке вони прийняли там, могло б допомогти відлучити Європу від викопного палива та забезпечити країни-члени ESA, включаючи Великобританію, власним надійним джерелом енергії в майбутньому. Пункт, який вони засвітили, — це Solaris, сміливий проект з дослідження доцільності будівництва комерційних електростанцій на орбіті.
Ці електростанції працюватимуть на сонячному світлі. Вони будуть оснащені надзвичайно великими сонячними панелями, щоб поглинати енергію Сонця, перетворюючи її на електричну. Потім вони передадуть його на Землю у вигляді мікрохвиль. На землі величезні збиральні антени отримували б ці сигнали та подавали отриману потужність безпосередньо в електричну мережу.
Проект Solaris — не новинка. Ідея сонячних космічних електростанцій (Space Solar Power Station, SSPS) вже не звучить як наукова фантастика. Як зазначає доктор Санджай Віджендран з Європейського космічного агентства (ESA), «ми насправді робили щось дуже подібне протягом останніх 60 років... Кожен телекомунікаційний супутник, починаючи з 1960-х років, — це в основному космічний супутник сонячної енергії малого формату», — каже він.
Це тому, що такі супутники виробляють електроенергію за допомогою своїх сонячних панелей і використовують її для передачі повідомлень на Землю, потім це перетворюється назад в електричні сигнали, щоб дані можна було зчитувати. «Фізика, яка бере участь у всьому цьому ланцюжку, абсолютно однакова для космічної сонячної енергії, але її масштаб зовсім інший», — каже Вієндран.
Розмір сонячних панелей, необхідних для цього на комерційній основі, буде вимірюватися в кілометрах. Це в десять разів довше, ніж сонячні панелі на Міжнародній космічній станції. Їх потрібно було б розмістити на відстані 36 000 км від Землі на тих же орбітах, де працюють телекомунікаційні супутники, щоб вони залишалися над своїми наземними станціями, і їх повинні були б побудувати роботи.
Фактично тільки ціна запуску необхідних матеріалів у космос заважала нам побудувати ці станції.
Традиційно запуск кожного кілограма в космос коштує близько 1000 доларів, і через розмір супутника вартість отриманої електроенергії буде занадто високою, щоб бути комерційно життєздатним.
Але все швидко змінюється. З появою SpaceX і її повністю багаторазових ракет вартість запуску стрімко падає. «Триста доларів за кілограм — це священний Грааль для космічної сонячної енергії», — каже Джон Манкінс, колишній фізик NASA, який зараз є президентом Artemis Innovation Management Solutions LLC.
Манкінс є світовим експертом із сонячних супутників, який працював над багатьма техніко-економічними обґрунтуваннями з 1990-х років. Щоразу, коли він досліджував концепцію, дослідження показало, що вартість запуску є непомірно високою. Але зараз він чітко відчуває, що ситуація змінюється.
«Триста доларів за кілограм не просто можливо колись, це неминуче в найближчі п'ять-сім років», — каже він.
Отже, чому ESA зараз співпрацює з європейською промисловістю для створення двох незалежних проектів супутників сонячної енергії космічного базування. Вони також розпочинають програму розвитку технології сонячних елементів і великомасштабних антен, шукаючи способи зробити їх легшими та ефективнішими, ніж вони є сьогодні.
Великі перспективи космічної сонячної енергії приваблюють не тільки ESA вивчати цю технологію.
У Великій Британії консультаційна компанія Frazer-Nash у вересні 2021 року опублікувала звіт для уряду, у якому зроблено висновок: «космічна сонячна енергетика є технічно здійсненною, доступною за ціною та може принести значні економічні вигоди для Великобританії та підтримувати шляхи Net Zero».
Китайці також просувають програму розвитку технологій і планують продемонструвати можливість передачі енергії з орбіти на Землю вперше в 2028 році. Це буде не комерційна електростанція, а демонстраційна місія на низьку навколоземну орбіту. Тим не менш, у разі успіху це було б значною подією.
У США Каліфорнійський технологічний інститут на початку січня 2023 року запустив технологічний демонстраційний супутник під назвою Space Solar Power Demonstrator (SSPD). Він не був розроблений для передачі електроенергії на землю, але він тестує різні типи сонячних елементів та інші технології, які знадобляться для побудови повномасштабної орбітальної сонячної космічної електростанції. Також У США цим займається Northrop Grumman зі своїм проектом Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR). А в Европі — Airbus з проектрм під назвою «Power Beaming Project».
«Нам явно є, що потрібно надолужити», — каже Від’єндран.
Якщо все піде добре з європейським планом, через три роки Solaris повернеться до наступної зустрічі міністрів науки Європи, щоб попросити гроші на створення реальних супутників і почати розширення технології до чогось комерційно життєздатного.
«Solaris — це міст, який дозволяє перевірити, чи це справді можливо і чи це справді допоможе, перш ніж ми просимо мільярди євро», — каже Від’єндран.
