Это может звучать как научная фантастика — гигантские солнечные электростанции в космосе, которые излучают огромное количество энергии на Землю, но в последние годы ученые предприняли серьезные шаги, чтобы воплотить эту идею в жизнь.
Концепция была впервые разработана русским ученым Константином Циолковским в 1920-х годах, а почти столетие спустя Европейское космическое агентство (ЕКА) пытается финансировать такие проекты, прогнозируя, что первый промышленный ресурс, который мы получим от Космос будет генерироваться и излучаться земной энергией.
За прошедшие годы было предложено множество подходов к космической солнечной энергетике, от зеркальных спутников до микроволн и лазерных технологий. На сегодняшний день реализованы лишь некоторые подсистемы, но на краткосрочную и среднесрочную перспективу предлагается все больше и больше решений.
В последние годы технологии возобновляемых источников энергии претерпели значительные изменения , повысив эффективность и снизив затраты. Но одним из основных препятствий для их поглощения является тот факт, что они не обеспечивают постоянный запас энергии. Ветряные и солнечные фермы производят энергию только тогда, когда дует ветер или светит солнце, и человечеству нужен способ хранения большого количества энергии, прежде чем оно сможет полностью переключиться на возобновляемые источники.
Возможный способ обойти эти проблемы — генерировать солнечную энергию в космосе, объясняют Аманда Хьюз и Стефания Сольдини с факультета аэрокосмической техники Ливерпульского университета в книге The Conversation.
Космическая солнечная электростанция может вращаться вокруг Солнца 24 часа в сутки. Атмосфера Земли также поглощает и отражает часть солнечного света, поэтому солнечные элементы над атмосферой будут получать больше солнечного света и производить больше энергии.
Одна из ключевых задач — как собрать, запустить и развернуть такие большие конструкции в космосе. Солнечная электростанция может иметь площадь 10 квадратных километров — решающее значение будет иметь использование легких материалов, так как самой большой стоимостью будет запуск станции в космос.
Одно из предлагаемых решений — создать рой из тысяч меньших спутников, которые будут собраны вместе и сконфигурированы так, чтобы образовать один большой солнечный генератор. В 2017 году исследователи из Калифорнийского технологического института разработали проекты модульной электростанции, состоящей из тысяч сверхлегких солнечных элементов. Они также продемонстрировали прототип солнечных батарей весом всего 280 грамм на кв.м.
В аналогичном проекте также могут быть использованы новые производственные технологии, такие как 3D-печать. Ливерпульский университет изучает новые методы печати сверхлегких солнечных элементов на солнечных батареях . Солнечный парус представляет собой складную, легкую и хорошо отражающую мембрану, способную контролировать влияние давления солнечного излучения на движение космического корабля без какого-либо топлива. Исследования того, как встроить солнечные элементы в структуру солнечных панелей, помогут создать и вывести такие электростанции на орбиту.
В будущем эти силовые установки могут быть изготовлены и развернуты на Международной космической станции (МКС) или на будущей станции, которая будет вращаться вокруг Луны. Такие устройства действительно могут помочь обеспечить Луну энергией.
Другой большой проблемой будет возвращение произведенной энергии на Землю. План состоит в том, чтобы преобразовать электричество солнечных батарей в энергетические волны и использовать электромагнитные поля для передачи волн на антенну на поверхности земли. Затем антенна преобразует волны обратно в электричество. Ученые из Японского агентства аэрокосмических исследований уже разработали проекты и продемонстрировали орбитальную систему, которая должна иметь такую возможность.
Цель состоит в том, чтобы солнечные электростанции в космосе стали реальностью в ближайшие десятилетия. Ученые в Китае уже разработали систему под названием Omega, которая должна заработать к 2050 году. Эта система должна обеспечивать 2 ГВт мощности на землю с максимальной производительностью. Чтобы производить столько энергии с помощью солнечных батарей на Земле, вам понадобится более шести миллионов штук.
Меньшие солнечные спутники, такие как те, которые предназначены для питания баз и марсоходов на Луне, могут быть запущены даже раньше.
