Рівень моря піднімається, льодовики тануть, а екстремальні погодні умови стають нормою. Негативні наслідки антропогенного зміни клімату нікуди не йдуть, а тільки посилюються. Одним з головних винуватців цього є двоокис вуглецю в атмосфері в результаті спалювання викопних видів палива, таких як нафта і вугілля. На щастя для Землі, світові поставки викопного палива обмежені. І протягом останніх декількох десятиліть вчені шукали поновлювані джерела енергії, щоб забезпечити енергією всю Землю, чи не отруюючи її.
Деякі вчені вважають, що люди могли б отримувати чисту енергію, збираючи її за допомогою сонячних панелей в космосі і відправляючи вниз на Землю. Деякі галузеві стартапи на кшталт каліфорнійського Solaren прогнозують, що це стане реальністю до кінця десятиліття. Японське аерокосмічне агентство також планує будівництво космічної енергостанції. Мало того, що таке джерело буде постійним, сама енергія буде чистою і необмеженої (поки горить Сонце, а це довго).
Луч управляється двома інженерами на космічній станції. Історія починається з того, що вони тренують робота виконувати певні завдання. Людина пояснює роботу: «Наші промені годують світ енергією, що витягується з одного з цих гігантських глобусів-ламп, які поруч з нами. Ми називаємо цей глобус Сонцем ... »
Думка про використання енергії Сонця з гігантськими сонячними колекторами в космосі була чистою вигадкою 75 років тому. Але сьогодні цей вигадка цілком може бути втілений в реальність.
Наземна сонячна енергія або космічна сонячна енергії?
Як правило, ми уявляємо сонячні панелі на даху будинку, що перетворюють сонячне світло в енергію в денний час. Звучить непогано, але у наземних сонячних панелей є свої недоліки. Вони не працюють в нічний час або якщо небо занадто хмарне. Плюс наша атмосфера захищає поверхню Землі від більшої частини сонячної енергії, відображаючи частина світла назад в космос.
Тепер уявіть, що ми можемо доставити сонячні панелі на навколоземну орбіту - на 35 000 км вгору.
«Якщо ви поставите сонячні панелі в космосі, вони будуть працювати 24 години на добу, 7 днів на тиждень, 99,9% часу в році, - розповів Пол Яффі, космічний інженер Науково-дослідної лабораторії ВМС США, в інтерв'ю Business Insider. Оскільки вісь обертання Землі зміщена, Яффі каже, що «навіть на нічній стороні Землі, де може бути супутник, завжди буде сонячно».
Яффі пророкує, що окремі космічні сонячні батареї зможуть виробляти від 250 МВт до 5 ГВт енергії. Але оскільки Сонце - це безперервний поновлюване джерело, «загальна кількість виробленої енергії прямує до нескінченності». Велике місто, столиця держави, вимагає приблизно 20 гігават енергії. За розрахунками Яффі, чотири масиву сонячних батарей, кожен на 5 гігават, зможуть харчувати ціле місто цілий рік. Вартість будівництва одного сонячного масиву невідома, але напевно обійдеться в сотні мільйонів доларів. Однак як тільки буде побудований перший, другий буде вже значно дешевше.
Енергетична криза 1970-х років змусив США шукати альтернативні джерела енергії, оскільки стало ясно, що нафта є досить обмеженим ресурсом, а її видобуток дуже залежить від міжнародної політики. Як говорить Яффі, свого часу і NASA, і Міністерство енергетики порахували космічні сонячні електростанції можливими, але дуже, дуже дорогими.
У наступні роки багато країн зацікавилися космічної сонячною енергетикою, включаючи Японію, Китай і кілька європейських країн.
«Багато людей зацікавилися цим, але тоді було куди менше технічних можливостей і апаратних засобів», - каже Яффі.
Як працює технологія?
Хоча технологія потребує вдосконалення, основна ідея досить проста. Сонце посилає фотони, енергетичні пакети світла, у всіх напрямках. Звичайна сонячна панель перетворює ці фотони в електрони постійного електричного струму. Потім постійний струм перетвориться в змінний і передається через електричну мережу.
У космосі великою проблемою є те, як завести цю енергію в мережу.
З сонячними батареями в космосі вченим потрібно знайти найефективніший спосіб передачі постійного струму від сонячних відбивачів на Землю. Відповідь: електромагнітні хвилі на зразок тих, що використовуються для передачі радіочастот або розігріву їжі в мікрохвильовій печі.
Яффі називає технологію, над якою працює, модулем «сендвіч». На малюнку нижче показані схожі на дзеркала сонячні відбивачі, що концентрують фотони сонця на масиві модулів типу сендвіч. Верхня частина сендвіча отримує сонячну енергію. Антени на нижній бічній балці посилають радіохвилі на Землю.
Зображення вище виконано без дотримання масштабів. Модулі-сендвічі повинні бути три метри завдовжки, але їх знадобиться близько 80 000. Масив таких модулів буде довжиною в дев'ять футбольних полів, приблизно з кілометр. Це в дев'ять разів більше, ніж Міжнародна космічна станція.
Повернувшись на Землю, що містять енергію радіочастоти від космічних сонячних панелей будуть прийматися спеціальною антеною - ректенной - яка може бути три кілометри в діаметрі.
«Вона буде схожа на поле, засіяне проводами. Ці елементи ректенни будуть приймати вхідні радіохвилі і перетворювати їх в електрику », - каже Яффі.
Потужний пучок радіохвиль можна відправити в будь-яке місце на Землі, так як напрямок пучка можна змінити за допомогою методу під назвою «ретродіректівное управління променем». Досить відправити «пілотний сигнал» з центру приймаючої станції. Супутник бачить сигнал і переналаштовує передавач для передачі радіохвиль на земну станцію.
Величезною перевагою такої системи як для військових, так і цивільних осіб буде можливість передачі енергії на віддалені бази і місця, куди буде логістично складно і неймовірно дорого доставляти дизельне паливо.
Гігантський промінь енергії з космосу
Гігантський пучок радіохвиль, що йдуть вниз від космосу на Землю, може налякати більшість людей, які бачили, як інопланетний корабель використовує такі промені, щоб підривати міста. Але насправді ви навіть не побачите радиолуч неозброєним оком - радіосигнали течуть навколо нас всюди і у всіх напрямках.
Хоча ці радіосигнали містять більше енергії, ніж сигнал телевізора або радіо, щільність сигналу все одно буде досить низькою і не загрожуватиме людям, літакам або птахам, що пролітають через нього. Звичайно, технологія ще не була перевірена поза лабораторією, тому реальних доказів її безпеки поки немає.
Основною проблемою такої системи залишається її вартість. І ця проблема стосується всіх сторін-учасниць, будь то уряд, приватні чи комерційні фінансові фонди.
Важко сказати, скільки буде коштувати повномасштабна реалізація космічної системи сонячної станції, але явно не менше сотень мільйонів доларів. Є певна межа того, наскільки великий об'єкт ми можемо запустити в космос, та й ракети теж коштують недешево. Міжнародну космічну станцію, наприклад, будували в космосі по частинах, оскільки не було достатньо великий або потужної ракети, щоб запустити повну систему в космос.
Завдання Яффі - зробити прототип однієї секції модуля «сендвіч», але не закінчити проект. Він також тестує модулі в умовах, подібних космічним, щоб гарантувати, що вони зможуть протистояти і продовжувати працювати в неймовірною теплоті сонця в космосі.
Яффі намагається знайти спонсорів, щоб забезпечити фінансування продовження свого проекту. Але підкреслює, що довгострокові енергетичні проекти досить складно продавати, особливо коли він не може показати людям технологію в дії. Яффі вважає, що реальним мотиватором буде міжнародна конкуренція, як в 1950-х роках, коли Росія розробила перший супутник і обігнала США в космічній гонці. Тепер же, схоже, Японія планує вийти в цьому проекті першої.
Навіть без фінансування на державному рівні невеликі підприємства на кшталт Solaren вважають, що космічні сонячні станції стануть реальністю в найближчому майбутньому. Гарі Спірнка, генеральний директор Solaren, будував довгу кар'єру як в урядовому, так і приватному секторі космічної інженерії. Він роками спостерігав за тим, як уряд планує і заморожує проекти таких станцій, тому більше зацікавлений в приватному секторі.
Як працюватимуть космічні сонячні електростанції? Ілля Хель