Це схоже на наукову фантастику: гігантські сонячні електростанції, плаваючі в космосі, передають на Землю величезну кількість енергії. І довгий час ця концепція, вперше розроблена російським ученим Костянтином Ціолковським в 1920-х роках, в основному надихала письменників.
Однак через сторіччя вчені досягають великих успіхів у втіленні цієї концепції в реальність. Європейське космічне агентство (ESA) усвідомило потенціал цих зусиль і тепер намагається профінансувати такі проекти, прогнозуючи, що перший промисловий ресурс, який ми отримаємо з космосу, – це «промінь енергії».
В останні роки технології поновлюваних джерел енергії зазнали різкого розвитку, підвищивши ефективність і знизивши вартість. Але одним з основних перешкод для їх засвоєння є той факт, що вони не забезпечують постійний запас енергії. Вітряні і сонячні ферми виробляють енергію тільки тоді, коли дме вітер або світить сонце, але нам потрібно електрику цілодобово, щодня. Зрештою, нам потрібен спосіб зберігання енергії в більших обсягах, перш ніж ми зможемо перейти на поновлювані джерела.
Можливий спосіб обійти це – генерувати сонячну енергію в космосі. У цьому є багато переваг. Космічна сонячна електростанція може обертатися навколо Сонця 24 години на добу. Атмосфера Землі також поглинає і відображає частину сонячного світла, тому сонячні елементи над атмосферою отримуватимуть більше сонячного світла і вироблятимуть більше енергії.
Але одна з ключових проблем, яку необхідно подолати, – це збірка, запуск і розгортання таких великих конструкцій. Площа однієї сонячної електростанції може досягати 10 квадратних кілометрів, що еквівалентно 1400 футбольним полям. Використання легких матеріалів також буде мати вирішальне значення, оскільки найбільшими витратами будуть витрати на запуск станції в космос на ракеті.
Одне із запропонованих рішень – створити рій з тисяч супутників меншого розміру, які будуть зібрані разом і сконфігуровані для створення єдиного великого сонячного генератора. У 2017 році дослідники Каліфорнійського технологічного інституту розробили проект модульної електростанції, що складається з тисяч надлегких панелей сонячних елементів. Вони також продемонстрували прототип плитки вагою всього 280 грамів на квадратний метр.
Останнім часом для втілення цієї концепції також розглядаються розробки в області виробництва, такі як 3D-друк. В університеті Ліверпуля вивчаються нові виробничі технології для друку надлегких сонячних елементів на сонячних вітрилах. Сонячне вітрило – це складна легка мембрана, здатна використовувати ефект тиску сонячної радіації для просування космічного апарату вперед без палива. Винахідники вивчають, як вбудувати сонячні елементи в конструкції сонячних вітрил для створення великих безпаливних сонячних електростанцій.
Ці методи дозволять їм побудувати електростанції в космосі. Дійсно, одного разу стане можливим виробляти і розміщувати в космосі пристрої з Міжнародної космічної станції або майбутньої місячної станції, яка буде обертатися навколо Місяця. Фактично, такі пристрої можуть допомогти забезпечити живлення Місяця.
Ще одна серйозна проблема – повернути енергію на Землю. План полягає в тому, щоб перетворити електрику сонячних елементів в енергетичні хвилі і використовувати електромагнітні поля для передачі їх вниз до антени на поверхні Землі. Потім антена перетворює хвилі назад в електрику. Дослідники на чолі з Японським агентством аерокосмічних досліджень вже розробили конструкції і продемонстрували орбітальну систему, яка повинна це робити.
У цій області має бути ще багато роботи, але мета полягає в тому, щоб сонячні електростанції в космосі стали реальністю в найближчі десятиліття. Дослідники з Китаю розробили систему під назвою Omega, яку вони планують ввести в дію до 2050 року. Ця система повинна бути здатна подавати 2 ГВт енергії в мережу Землі з максимальною продуктивністю, що є величезним обсягом. Менші супутники на сонячній енергії, такі як ті, які призначені для роботи місяцеходів, можуть бути введені в експлуатацію ще раніше.
У всьому світі наукове співтовариство вкладає час і зусилля в розробку сонячних електростанцій в космосі. Ми сподіваємося, що одного разу вони можуть стати життєво важливим інструментом в нашій боротьбі зі зміною клімату.
Читайте також:
- Вчені щойно виявили, що космічний простір не є чорним
- SpaceX готує новий рекорд повторного використання ракет при 100-му запуску Falcon 9