Передача электричества на Землю от солнечных батарей в космосе была мечтой в области чистой энергии на протяжении десятилетий. Несмотря на то, что технологиям еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем они смогут поддерживать свет в доме, ажиотаж вокруг того, что космические солнечные электростанции могут действительно работать сейчас высок как никогда раньше.
В этом месяце было объявлено о важной вехе, когда исследователи из Калифорнийского технологического института заявили, что прототип, запущенный в космос, способен передавать небольшое количество энергии на Землю. Это было важным первым событием для зарождающейся технологии, и другие исследователи по всему миру стремятся добиться аналогичного прогресса при финансировании со стороны правительств, пытающихся достичь своих климатических целей.
В космосе солнечные панели могут поглощать нефильтрованный солнечный свет круглосуточно, без захода солнца. По данным Калифорнийского технологического института, они могут генерировать в восемь раз больше электроэнергии, чем наземные солнечные панели. Есть надежда, что однажды мы сможем использовать эту обильную чистую энергию здесь, на Земле, или, возможно, даже в аванпостах на Луне.
«Мне трудно не дать волю своему воображению, когда я начинаю смотреть на это. В этом есть какая-то странная соблазнительность», — говорит Николай Джозеф, старший технический аналитик NASA Центра космических полетов имени Годдарда.
Насколько осуществимо воплотить эти мечты в жизнь в ближайшее время, является предметом исследования, над которым Джозеф работает с коллегами из NASA. По его словам, демонстрация Калифорнийского технологического института изменила правила игры.
«Если бы вы спросили меня, произойдет ли это год назад, я бы сказал: «О нет, наверное, нет». А потом они просто сделали это, что нечто», — говорит он. Джозеф сравнивает эту веху с крупным прорывом в ядерном синтезе, который попал в заголовки газет в прошлом году.
Калифорнийский технологический институт показал, что он может решить одну из самых сложных инженерных проблем с космической солнечной энергией: как безопасно отправить электричество из космоса на Землю. В январе ракета SpaceX запустила в космос космический корабль с прототипом. Прототип включает в себя солнечные элементы и ряд передатчиков, которые могут передавать энергию в разные места. Фотогальванические элементы преобразуют солнечный свет в электричество, которое затем необходимо преобразовать в микроволны, чтобы его можно было передавать по беспроводной сети.
Через несколько месяцев после запуска прототип Калифорнийского технологического института смог передать часть энергии через космос и, в конечном итоге, вернуться в университет. Все началось с малого, посылая микроволны на массивы приемников примерно в 30 сантиметров от передатчика. Массивы приемников смогли преобразовать микроволны обратно в электричество постоянного тока и использовать его для освещения пары светодиодов. Прототип также передал «заметное» количество энергии на приемник на крыше лаборатории Калифорнийского технологического института в Пасадене, Калифорния.
«Конечно, мы испытали его на Земле, но теперь мы знаем, что он может пережить полет в космос и работать там», — сказал в пресс-релизе Али Хаджимири, профессор электротехники и медицинской инженерии, возглавлявший команду Калифорнийского технологического института.
«Насколько нам известно, никто никогда не демонстрировал беспроводную передачу энергии в космосе даже с использованием дорогих жестких конструкций. Мы делаем это с помощью гибких легких конструкций и собственных интегральных схем. Это первый раз, когда нам удалось достичь таких успехов».
И похоже, что не последний. Ранее на этой неделе Великобритания объявила о государственном финансировании нескольких исследовательских инициатив в размере 4,3 млн фунтов стерлингов. Это включает в себя группу из Лондонского университета королевы Марии, разрабатывающую собственную беспроводную систему для передачи микроволновой энергии с места на место. А в начале этого года Лаборатория военно-морских исследований США запустила эксперимент на Международной Космической Станции с целью передачи энергии через космос с помощью лазерных передатчиков.
Несмотря на то, что сейчас исследования набирают обороты, первый патент на космическую солнечную энергию был подан в 1968 году аэрокосмическим инженером Питером Глейзером. NASA и Министерство энергетики заинтересовались этой концепцией в 1970-х годах, когда мир столкнулся с энергетическим кризисом. Но в конечном итоге это было сочтено слишком дорогим для реализации этой идеи.
Даже сегодня «стоимость является большой проблемой», — говорит Сяодун Чен, профессор микроволнового машиностроения Лондонского университета королевы Марии.
«Вам нужно построить огромную инфраструктуру в космосе».
Однако экономика начинает меняться, поскольку коммерческая космическая отрасль снижает затраты на запуск. По словам Чена, самый амбициозный график на данный момент — это то, что эта технология будет готова к электроснабжению домов и предприятий на Земле к 2050 году.
К 2050 году для достижения климатических целей, поставленных в Парижском соглашении, выбросы парниковых газов должны достичь нуля. Нет никаких шансов достичь этой цели за одну ночь. Таким образом, космическая солнечная энергия не должна рассматриваться как конкурент наземным солнечным фермам, говорится в отчете Европейского космического агентства за 2022 год о технологии.