Даже по меркам космической гонки эта идея казалась смелой, может быть, даже немного сумасшедшей.

В 1968 году, еще до того, как первый человек ступил на Луну, инженер, работавший над одним из экспериментов миссии «Аполлон», предложил новый способ обеспечить мир энергией. Гигантские орбитальные солнечные электростанции могут поглощать постоянный солнечный свет в космосе — без препятствий ни облаками, ни ночью, ни сезонами — и направлять его обратно на Землю, написал Питер Глейзер в журнале Science. Только космический солнечный и, возможно, ядерный синтез потенциально мог однажды заменить ископаемое топливо в качестве основного источника энергии цивилизации, но термоядерный синтез был настолько далек, что Глейзер назвал его «мечтой физика».

В мае этого года исследователи, собравшиеся на крыше в Пасадене, штат Калифорния, получили заряд энергии в результате эксперимента, проходящего высоко над головой. Разработанный в Калифорнийском технологическом институте и запущенный на ракете SpaceX в январе, эксперимент передавал энергию по беспроводной сети, изменял направление луча без движущихся частей, а затем направлял его на Землю. Это один из трех экспериментов Калифорнийского технологического института, проведенных на одном спутнике, в ходе которого сейчас проверяются ключевые компоненты космической солнечной системы. Мечта Глейзера приблизилась к реальности.

«Когда я впервые подумал об этом, для меня это было нелепо», — говорит профессор Калифорнийского технологического института Гарри Этуотер, руководитель школьного проекта «Космическая солнечная энергия». «Но потом я начал думать, и это как бы грызло меня, и я смог не отпускай этого».

Этуотер принадлежит к новому поколению инженеров, движимых изменением климата и вооруженных технологиями, недоступными Глейзеру, который умер в 2014 году, и делает ставку на то, что время космической солнечной энергии наконец пришло. Тонкопленочные солнечные элементы и строительные материалы из углеродного волокна снизили потенциальный вес орбитальных установок, а частные компании-запускатели, такие как SpaceX, сократили стоимость их вывода в космос. Строительство не потребует высококвалифицированных астронавтов, работающих в скафандрах; компоненты установки, уложенные для запуска, могут развернуться в космосе.

В 2020 году Исследовательская лаборатория ВМС США использовала военный космический самолет X-37B для запуска устройства, преобразующего солнечную энергию непосредственно в микроволны, что является строительным блоком для будущих орбитальных электростанций. У Европейского космического агентства есть собственная космическая солнечная программа, хотя до проведения орбитальных экспериментов еще далеко, как и Китай, Япония и Великобритания. Николай Джозеф, аналитик НАСА, заявил в прошлом году, что агентство еще раз рассмотрит эту идею. осуществимость, но пока легендарная организация, похоже, не принимает активного участия в гонке.

Кампус Калифорнийского технологического института в Пасадене, Калифорния | Блумберг

Однако создание сети орбитальных солнечных электростанций остается сложной задачей не только спроектировать эти станции, но и доказать, что они могут иметь экономический смысл. Препятствия, которые в прошлом препятствовали использованию солнечной энергии в космосе, не только технические, но и финансовые.

«Никто не показал, что ни одна из проблем не может быть решена», — говорит Санджай Виджендран, руководитель инициативы Solaris в Европейском космическом агентстве (ЕКА). «Нет никаких препятствий. Конечно, есть огромные проблемы. Но когда-нибудь нам придется начать. Нам нельзя терять десятилетие».

В отчете Frazer-Nash Consultancy для правительства Великобритании в 2021 году было обнаружено, что солнечная энергия космического базирования однажды может иметь нормированную стоимость энергии (которая включает в себя капитальные затраты, а также эксплуатационные расходы) от 35 до 79 фунтов стерлингов (от 43 до 96 долларов США). ) за мегаватт-час в соответствии с 18-летней программой развития. Это кажется оптимистичным, учитывая, что BloombergNEF сообщает, что новая ветряная электростанция в США с резервными батареями — проверенная, часто используемая технология — будет иметь приведенную стоимость от 63 до 103 долларов за МВтч.

Люди, занимающиеся разработкой солнечной энергии в космосе, понимают ее статус как одного из тех долгожданных прорывов, до которых всегда кажется десятилетие. Чтобы генерировать значимое количество энергии, растения должны быть намного больше, чем любые объекты, которые люди до сих пор размещали на орбите. Они могут быть повреждены микрометеоритами или космическим мусором, и им придется преодолевать неизбежную потерю энергии, которую влечет за собой передача энергии с помощью микроволнового излучения — наиболее вероятный метод, поскольку микроволны могут пробивать облака.

Основная идея простирается даже дальше, чем Глейзер. Автор Айзек Азимов поместил свой рассказ «Разум» 1941 года на борту космической станции, которая поглощает энергию Солнца и излучает ее на далекую Землю, хотя технология, которую использует станция, никогда не разъясняется. Коллега Этуотера Али Хаджимири нашел перевод история, когда я рос в Иране. «Я был подвержен этому с раннего возраста», — говорит он. «Для меня это было больше из области научной фантастики».

Миллиардер-девелопер Дональд Брен, попечитель Калифорнийского технологического института, прочитал о солнечной энергии в космосе в журнале Popular Science, а в 2011 году обсудил создание исследовательской программы с президентом школы. С тех пор он и его жена Бриджит, коллега-попечитель, пожертвовали на эти усилия более 100 миллионов долларов. В школу вошли Этуотер, ветеран нескольких стартапов в области солнечной энергетики, и Хаджимири, который специализируется на интегральных схемах и беспроводной передаче энергии. Замыкает команду Серджио Пеллегрино, в чьи интересы входят легкие конструкции.

Корональная дыра на Солнце 3 июня 2012 г. | НАСА / AIA / Обсерватория солнечной динамики / через REUTERS

Они решили, что подход, который применяли в прошлом сторонники космической солнечной энергии, не сработает. Их альтернатива радикально отличается: Хаджимири описывает это как переход от слона к армии муравьев. Вместо массивной прочной конструкции в космосе каждая из электростанций Калифорнийского технологического института будет представлять собой флот отдельных солнечных батарей, похожих на воздушных змеев, вращающихся по орбите в строю. Каждый массив будет запускаться в сложенном виде, а затем разворачиваться на орбите. Крошечные двигатели будут удерживать его на месте относительно остальных. Вместе они составили бы единый завод шириной в километр, но без какой-либо физической структуры, соединяющей массивы.

Предыдущие концепции космической солнечной энергии предполагали, что растения излучают энергию через большую микроволновую тарелку. По версии Калифорнийского технологического института, передатчики, расположенные на всех массивах, будут излучать энергию вместе, используя конструктивные и деструктивные помехи, чтобы направить энергию именно туда, куда она нужна. Эта энергия будет собираться на земле с помощью приемника шириной в километр, сделанного из проволочной сетки, которую Этвуд сравнивает с проволочной сеткой. И орбитальная станция может легко изменить направление, куда она направляет свою энергию. Он мог бы снабжать зону бедствия или зону военных действий, где энергосистема была отключена. «На самом деле у вас может быть конструкция, похожая на ковер, которую можно развернуть и превратить в приемную станцию», — говорит Хаджимири.

Трудно говорить об этом последнем этапе космической солнечной энергии, то есть о передаче энергии, не вызывая в воображении образа луча смерти. Что произойдет с птицами или самолетами, пролетевшими сквозь лучи? Команда Калифорнийского технологического института утверждает, что плотность мощности луча будет сопоставима с плотностью мощности солнечного света.

«Вы можете пройти под лучом и подвергнуться большей опасности солнечных ожогов от солнечного света, чем от самого микроволнового луча», — говорит Этвуд. «Так что это помогает решить то, что люди называют проблемой «курящей птицы». Однако убедить общественность в безопасности системы может оказаться непросто.

На данный момент команда собирает данные своих орбитальных экспериментов. В дополнение к эксперименту по передаче энергии, еще один проверит, как работает небольшая версия массива, а третий увидит, как различные фотоэлектрические материалы работают без защиты в суровых условиях космоса. Полномасштабная система, по словам Хаджимири, появится еще через десять лет.

Но сторонники космической солнечной энергии настаивают, что эта идея может сработать, если у общества будет желание ее реализовать.

«Существует большая возможность, и людям просто нужно изменить представление о том, что энергия — это что-то, что должно быть земным», — говорит Виджендран из ЕКА. «Там есть ресурс, который мы еще не использовали».