Художественная концепция космической солнечной установки. Фото: NASA / SAIC
Передавать солнечную энергию напрямую из космоса на землю, без кабелей, — это мечта ученых, которая появилась давно, о ней рассуждали еще полвека назад.
Над земной атмосферой солнечный свет никогда не затмевается тучами, там нет ни дня, ни ночи. Теоретически спутники, собирающие солнечную энергию, могут работать круглосуточно, направляя электроэнергию туда, где она необходима, в любую точку Земли. Но реализацию этой идеи долгое время отвергали как слишком сложную и дорогостоящую.
Теперь ученые, наконец, начали ее осуществление.
1 июня 2023 года американские ученые из Калифорнийского технологического института сообщили, что им впервые в истории удалось провести успешный эксперимент по передаче энергии из космоса на Землю.
Космический демонстратор SSPD (Space Solar Power Demonstrator) — небольшой спутник весом приблизительно 50 кг — был запущен в январе 2023-го года при помощи ракеты SpaceX. Отмечается, что энергия от спутника была зарегистрирована специальной установкой, смонтированной на крыше инженерной лаборатории в кампусе Калифорнийского технологического института. Принятый сигнал появился в ожидаемое время, а величина его частотного сдвига точно соответствовала расчетным значениям.
Над чем работает Калифорнийский институт
Одним из ключевых компонентов демонстратора SSPD Калифорнийского технологического института есть прототип мощного луча под названием Maple — сокращенно от Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment, рассказывает WSJ.
Демонстратор создал микроволны и направил их из одной части спутника в другую, зажег два тестовых светодиода. Пройденное расстояние небольшое, около 0,3 метра, но это первая задокументированная демонстрация мощного луча в космосе. Как уже было отмечено, устройство также направляло микроволны на Землю, которые улавливались наземными детекторами Калифорнийского технологического института.
Maple Бортовая веб-камера отслеживала работу прибора Maple, когда он выполнил первое излучение энергии в космосе. Передатчик справа генерировал управляемый пучок микроволн и направлял его на приемник слева, который преобразовывал эти микроволны в электричество. Загорелись два светодиода, доказывая, что эксперимент удался. Фото: Space Solar Power Project / Caltech
Maple имеет новую модульную конструкцию, которая объединяет коллектор солнечной энергии и передатчик в единый автономный блок. Такой подход может помочь устранить одно из наиболее серьезных препятствий на пути создания спутников на солнечной энергии — шокирующее требование к размеру. В частности, чтобы соответствовать мощности электростанции среднего размера, солнечному спутнику потребуется не менее полутора километров площади сбора света.
Над передачей энергии из космоса работают и другие лаборатории.
Так, проект «Арахна», которым руководит исследовательская лаборатория в Дейтоне, штат Огайо, должен решить более сложную задачу по передаче энергии с орбиты на наземную станцию. Его запуск запланирован на 2025 год. Европейское космическое агентство разрабатывает план возможной европейской космической солнечной сети. О планах разместить на орбите солнечные батареи, чтобы передавать энергию на Землю, сообщал также Китай.
Одна из центральных задач всех этих проектов — поиск безопасного, эффективного и надежного способа передачи гигаваттов электроэнергии на землю, а затем преобразование ее в электричество, которое могут использовать люди.
Предпочтительный метод передачи — микроволновые лучи, в значительной степени потому, что они могут свободно перемещаться в воздухе независимо от погоды. хотя эти лучи аналогичны тем, что используются в микроволновках, ученые говорят, что они не будут такими концентрированными.
Как это будет работать
Спутник на солнечной энергии будет преобразовывать электричество в микроволновый сигнал и передавать его к приемнику, только в этом случае приемник будет находиться за сотни или тысячи километров на Земле. Этот приемник, в свою очередь, будет собирать микроволны и использовать электронику для обратного процесса, Преобразуя волны обратно в электроэнергию. Большинство концепций спутников на солнечной энергии используют этот подход.
Чтобы донести солнечную энергию из космоса до людей, потребуется не только много спутников, но и множество антенных ферм на земле. Согласно отчету, для мощности излучения в два гигаватта потребуется около 40 квадратных километров приемника.
Куда пойдет энергия?
Есть много предложений, куда может пойти энергия, когда она достигнет Земли. Кто-то ставит военную цель: передавать энергию в места боевых действий, чтобы людям не приходилось полагаться на бензовозы. Кто-то хочет использовать ее для аварийного электроснабжения после стихийных бедствий или для электрификации мест без проводов, например, отдаленных районов Африки.
Еще один вопрос — безопасность микроволновой энергии для человека. Недавнее исследование Европейской комиссии показало, что входящие микроволновые лучи будут слишком слабы и рассеяны, чтобы нанести вред здоровью человека. Однако некоторые участники научных проектов говорят, что для общественного признания потребуются дальнейшие внимательные исследования.
Что касается стоимости космической солнечной энергии, то она будет зависеть непосредственно от стоимости космических запусков и электроники. По словам исследователей, это может быть «конкурентоспособная по цене технология».
Читайте еще:
Это изобретение позволит человечеству жить вечно. Рассказываем, как его построить
Итальянские фермеры спасают древний фрукт с помощью солнечной энергии
Apple представила новые очки смешанной реальности. В них объединятся виртуальный и реальный миры
