Электростанции на орбите. Зачем запускать солнечные панели в космос
Солнце — это мощнейший источник энергии, которую на Земле научились собирать и использовать. Для этого существуют солнечные панели, однако у них есть один серьезный недостаток: ночью и в облачную погоду их эффективность значительно снижается. Но что будет, если взять такую панель и поднять на орбиту, где время суток и облачность не влияют на работу? Давайте разбираться.
Концепция космической солнечной энергетики
В 1970-х гг. США столкнулись с дефицитом нефти и перспективой энергетического кризиса. Поэтому правительство решило искать альтернативные источники энергии. Одним из них стала концепция космической солнечной энергетики (space-based solar power, SBSP). Ее автором считается американский ученый и инженер Питер Глейзер.
Он представил свою теорию еще в 1968 г. Речь шла о том, чтобы запускать на околоземную орбиту спутники и собирать с их помощью солнечную энергию постоянно и бесперебойно. Дело в том, что в космосе нет ни облаков, ни атмосферы, также на геостационарной орбите Земли нет разделения на день и ночь. То есть это место идеально для размещения солнечных электростанций, поскольку они смогут вырабатывать энергию каждый день вне зависимости от времени суток.
В 1973 г. Глейзер получил патент на свою идею. Ученый считал, что собранная на орбите энергия, вероятно, в будущем сможет заменить ископаемое топливо. В NASA данную концепцию, несмотря на ряд серьезных проблем, которые предстояло решить, назвали многообещающей.
С 1978 по 1986 гг. концепция SBSP прорабатывалась NASA совместно с Министерством энергетики США, на исследования было выделено $50 млн. В частности, обсуждались вопросы о требованиях к ресурсам, финансовой составляющей, необходимости заключения международных соглашений и другое. Однако затем проект был завершен, поскольку новая администрация Соединенных Штатов посчитала, что к тому моменту было «слишком мало известно о технических, экономических и экологических аспектах SPSB, чтобы принять обоснованное решение о продолжении его разработки и внедрения».
Как это должно работать
На орбите Земли солнечный свет гораздо интенсивнее — в 11 выше, чем на самой планете. Так происходит, поскольку земную поверхность от воздействия космической радиации и солнца защищают озоновый слой и атмосфера.
Идея ученых, которые и сегодня занимаются разработкой концепции SBSP, заключается в том, чтобы отправить на низкую орбиту панели, которые будут поглощать солнечную энергию. Затем она должна быть преобразована в микроволны или лазерное излучение и передана в таком виде на Землю с помощью направленных антенн. На поверхности наземные станции превратят энергию обратно в электричество для дальнейшего распределения по энергосистеме.
Как и у любого способа производства электроэнергии, у SBSP есть как недостатки, так и преимущества.
Преимущества:
• Непрерывность
Производство энергии на орбите не зависит от времени суток или погоды, поэтому такая станция может работать постоянно.
• Высокая эффективность
В космосе нет атмосферы, которая рассеивает и поглощает солнечный свет, в итоге спектр солнечного излучения не искажается, а его эффективность примерно в 1,4 раза выше, чем на поверхности Земли. Так солнечные панели могут работать с максимальной отдачей.
• Доступность
Энергию, полученную в космосе, можно передавать в любую точку на планете, если она находится в зоне видимости спутника. Таким образом, можно снабжать энергией отдаленные районы или, например, зоны стихийных бедствий.
• Энергетический потенциал
В теории такие электростанции способны производить огромные объемы энергии, которые покроют потребности всей планеты.
Недостатки:
• Огромная стоимость вывода оборудования на орбиту
Для реализации концепции SBSP необходимо направить в космос большое количество крупных и тяжелых конструкций. Для этого потребуются сотни ракетных запусков, суммарная стоимость такого количества отправок будет астрономической.
• Технические трудности
Вероятно, сборка самих электростанций будет проходить в космосе, однако такая технология пока до конца не отработана. Также, если для передачи энергии будут использоваться микроволны, нужно будет обеспечить высочайшую точность наведения, чтобы энергия попадала только в приемную антенну (это минимизирует возможные потери в атмосфере). Кроме того, при преобразовании энергии в микроволны или лазерное излучение и обратно пока происходят потери, из-за этого снижается общий КПД.
• Уязвимость перед космическим мусором
Солнечные панели достаточно хрупкие, при столкновении с мелкими или крупными частицами мусора они могут выйти из строя и при этом создать новые обломки.
Спорным остается вопрос экологии. С одной стороны, SBSP не производит прямых выбросов парниковых газов и радиации, а для работы такой электростанции не требуется добывать топливо. С другой — некоторые ученые опасаются, что мощный пучок микроволнового излучения может быть опасен для пролетающих рядом птиц или самолетов. Кроме этого, до конца не изучено длительное влияние СВЧ-излучения на атмосферу. Кроме того, сотни ракетных пусков, необходимых для доставки оборудования на орбиту, определенно нанесут вред экологии планеты и могут способствовать изменению климата и истончению озонового слоя.
Кто работает над технологией — крупные проекты
• Европа
Ученые Королевского колледжа Лондона выяснили, что солнечные батареи в космосе к 2050 г. смогут обеспечить европейским странам 80% возобновляемой энергии. Их исследование — первое, где оценивается потенциал космической энергетики для Европы.
Разработкой проектов в этой области занимаются многие компании. К примеру, британский стартап Space Solar в 2025 г. завершил испытания панелей, которые оказались в 13 раз эффективнее земных аналогов. Первые спутники с такими батареями планируется отправить в космос к 2030 г.
• США
Американская компания Aetherflux уже в 2026 г. планирует отправить на орбиту несколько спутников, оснащенных мини-солнечными электростанциями. Доставить их в космос собираются с помощью ракеты SpaceX.
«Мы собираемся создать созвездие спутников, каждый из которых будет передавать энергию с помощью инфракрасных лазеров», — рассказал соучредитель компании Байджу Бхатт.
По его словам, сразу несколько спутников позволят распределить нагрузку на множество объектов, а также создадут несколько точек для передачи собранной энергии обратно на Землю. Бхатт также отметил, что технология сейчас очень дорогая, поэтому одна из основных задач компании — удешевить ее и сделать конкурентоспособной на фоне других источников.
• Китай
Страна разрабатывает проект солнечной электростанции в космосе. Однако инженеры планируют запускать не множество спутников, а построить на орбите огромную солнечную батарею шириной в 1 километр. Для отправки частей станции в космос Китай собирается использовать сверхтяжелые ракеты. Проект предполагает инвестиции в размере $362 млрд. Планируется, что технология будет доступна для коммерческого использования к 2050 г.
• Россия
Холдинг «Российские космические системы» разработал проект электростанции, состоящей из двух сегментов, один из которых — космический корабль, накапливающий энергию и транслирующий ее на Землю, второй — принимающий модуль, находящийся на поверхности планеты. Передавать энергию планируется с помощью лазеров. Также от станции в теории смогут подзаряжаться объекты, находящиеся на орбите, например, космические спутники.
БКС Мир инвестиций
