Поможет ли сеть космических электростанций разрешить энергетический кризис? Идея не нова, но до сих пор она не была реализована в силу многих причин. Главное, что мешало – это высокая стоимость транспортировки в космос необходимого оборудования. Но сейчас, когда доступ в космос стал намного проще и дешевле, получение энергии из Солнца может сдвинуться с мертвой точки.
В конце ноября 2022 года коллегия министров науки Европы собралась в Париже, чтобы принять решение о списке приоритетов Европейского космического агентства на следующие три года. Решение, которое они приняли, могло бы помочь отлучить Европу от ископаемого топлива и обеспечить страны-члены ESA, включая Великобританию, собственным надежным источником энергии в будущем. Пункт, который они засветили, это Solaris, смелый проект по исследованию целесообразности строительства коммерческих электростанций на орбите.
Эти электростанции будут работать на солнечном свете. Они будут оснащены очень большими солнечными панелями, чтоб поглощать энергию Солнца, превращая ее в электрическую. Затем они передадут его на Землю в виде микроволн. На земле огромные уборочные антенны получали эти сигналы и подавали полученную мощность непосредственно в электрическую сеть.
Проект Solaris – не новинка. Идея солнечных космических электростанций (Space Solar Power Station, SSPS) уже не звучит как научная фантастика. Как отмечает доктор Санджай Виджендран из Европейского космического агентства (ESA), «мы на самом деле делали что-то очень подобное за последние 60 лет... Каждый телекоммуникационный спутник, начиная с 1960-х годов, — это в основном космический спутник солнечной энергии малого формата», - говорит он.
Это потому, что такие спутники производят электроэнергию с помощью своих солнечных панелей и используют ее для передачи сообщений на Землю, затем это превращается в электрические сигналы, чтобы данные можно было считывать. «Физика, участвующая во всей этой цепочке, абсолютно одинакова для космической солнечной энергии, но ее масштаб совсем другой», — говорит Виендран.
Размер солнечных панелей, необходимых для этого на коммерческой основе, будет измеряться в километрах. Это в десять раз длиннее, чем солнечные панели на Международной космической станции. Их нужно было бы разместить в 36 000 км от Земли на тех же орбитах, где работают телекоммуникационные спутники, чтобы они оставались над своими наземными станциями, и их должны были бы построить работы.
Фактически только цена запуска необходимых материалов в космос мешала нам построить эти станции.
Традиционно запуск каждого килограмма в космос стоит около 1000 долларов, и из-за размера спутника стоимость полученной электроэнергии будет слишком высокой, чтобы быть коммерчески жизнеспособным.
Но все быстро меняется. С появлением SpaceX и ее полностью многократных ракет стоимость запуска стремительно падает. «Триста долларов за килограмм – это священный Грааль для космической солнечной энергии», – говорит Джон Манкинс, бывший физик NASA, который сейчас является президентом Artemis Innovation Management Solutions LLC.
Манкинс является мировым экспертом по солнечным спутникам, работавшим над многими технико-экономическими обоснованиями с 1990-х годов. Каждый раз, когда он исследовал концепцию, исследование показало, что стоимость запуска непомерно высока. Но сейчас он ясно чувствует, что ситуация меняется.
«Триста долларов за килограмм не просто возможно когда-то, это неизбежно в ближайшие пять-семь лет», — говорит он.
Итак, почему ESA сейчас сотрудничает с европейской промышленностью для создания двух независимых проектов спутников солнечной энергии космического базирования. Они также начинают программу развития технологии солнечных элементов и крупномасштабных антенн, ища способы сделать их более легкими и эффективными, чем они сегодня.
Большие перспективы космической солнечной энергии привлекают не только ESA изучать эту технологию.
В Великобритании консультационная компания Frazer-Nash в сентябре 2021 года опубликовала отчет для правительства, в котором сделан вывод: «космическая солнечная энергетика является технически осуществимой, доступной по цене и может принести значительные экономические выгоды для Великобритании и поддерживать пути Net .
Китайцы также продвигают программу развития технологий и планируют продемонстрировать возможность передачи энергии с орбиты на Землю впервые в 2028 году. Это будет не коммерческая электростанция, а демонстрационная миссия на низкую околоземную орбиту. Тем не менее, в случае успеха это было бы значительным событием.
В США Калифорнийский технологический институт в начале января 2023 запустил технологический демонстрационный спутник под названием Space Solar Power Demonstrator (SSPD). Он не был разработан для передачи электроэнергии на землю, но он тестирует различные типы солнечных элементов и другие технологии, которые понадобятся для построения полномасштабной орбитальной солнечной космической электростанции. Также в США этим занимается Northrop Grumman со своим проектом Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR). А в Европе — Airbus с проектом под названием Power Beaming Project.
«Нам явно есть, что нужно наверстать», — говорит Видьендран.
Если все пойдет хорошо с европейским планом, через три года Solaris вернется к следующей встрече министров науки Европы, чтобы попросить деньги на создание реальных спутников и начать расширение технологии для чего-то коммерчески жизнеспособного.
«Solaris — это мост, который позволяет проверить, действительно ли это возможно и действительно ли это поможет, прежде чем мы просим миллиарды евро», — говорит Видьендран.
