Это все еще находится в стадии разработки, но вывод солнечных ферм на орбиту имеет очевидные преимущества. Электроэнергия вырабатывается круглосуточно, без выходных, и солнечный свет не теряется, проходя через атмосферу. Но есть две большие проблемы. Аманда Джейн Хьюз и Стефания Сольдини из Ливерпульского университета объясняют, как Европейское космическое агентство, Калифорнийский технологический институт, Японское агентство аэрокосмических исследований и Сидянский университет в Китае, среди прочих, пытаются с ними справиться.
Это похоже на научную фантастику: гигантские солнечные электростанции, плавающие в космосе, передают на Землю огромное количество энергии. И долгое время эта концепция, впервые разработанная русским ученым Константином Циолковским в 1920-х годах, в основном вдохновляла писателей.
Однако столетие спустя ученые добиваются огромных успехов в воплощении этой концепции в жизнь. Европейское космическое агентство осознало потенциал этих усилий и в настоящее время ищет финансирование таких проектов.
Изменение климата — это самая большая проблема нашего времени, поэтому на карту поставлено очень многое. От повышения глобальных температур до изменения погодных условий последствия изменения климата уже ощущаются во всем мире. Преодоление этой проблемы потребует радикальных изменений в том, как мы генерируем и потребляем энергию.
В последние годы технологии использования возобновляемых источников энергии получили значительное развитие с повышением эффективности и снижением затрат. Но одним из главных препятствий для их применения является тот факт, что они не обеспечивают постоянного запаса энергии. Ветряные и солнечные фермы производят энергию только тогда, когда дует ветер или светит солнце, но нам нужно электричество круглосуточно, каждый день. В конечном счете, прежде чем мы сможем перейти на возобновляемые источники энергии, нам нужен способ хранения энергии в больших масштабах.
Преимущества космоса
Возможным способом обойти это было бы генерирование солнечной энергии в космосе. В этом есть много преимуществ. Космическая солнечная электростанция могла бы вращаться вокруг Солнца 24 часа в сутки. Атмосфера Земли также поглощает и отражает часть солнечного света, поэтому солнечные батареи над атмосферой будут получать больше солнечного света и производить больше энергии.
…и проблемы
Но одна из ключевых проблем, которую необходимо преодолеть, заключается в том, как собрать, запустить и развернуть такие крупные структуры. Одна солнечная электростанция может иметь площадь в 10 квадратных километров, что эквивалентно 1400 футбольным полям. Использование легких материалов также будет иметь решающее значение, так как наибольшие расходы будут связаны с затратами на запуск станции в космос на ракете.
Модульная конструкция в космосе
Одним из предлагаемых решений является создание модуля из тысяч небольших спутников, которые будут объединены и сконфигурированы для формирования единого большого солнечного генератора. В 2017 году исследователи Калифорнийского технологического института наметили проекты модульной электростанции, состоящей из тысяч сверхлегких плит солнечных батарей. Они также продемонстрировали прототип плитки весом всего 280 граммов на квадратный метр, аналогичный весу карты.
Печать солнечных элементов на парусах
В последнее время для этого приложения также изучаются разработки в области производства, такие как 3D-печать. В Ливерпульском университете изучаются новые технологии производства для печати сверхлегких солнечных элементов на солнечных парусах. Солнечный парус — это складная, легкая и высоко отражающая мембрана, способная использовать эффект давления солнечного излучения для продвижения космического корабля вперед без топлива. Ученые изучают, как встроить солнечные элементы в конструкции солнечных парусов для создания больших солнечных электростанций без топлива.
Эти методы позволили бы построить электростанции в космосе. Действительно, в один прекрасный день можно будет производить и развертывать в космосе блоки с Международной космической станции или будущей лунной шлюзовой станции, которая будет вращаться вокруг Луны. Такие устройства действительно могли бы помочь обеспечить энергией Луну.
Возможности на этом не заканчиваются. Ученые также рассматривают возможность использования ресурсов из космоса для производства, таких как материалы, найденные на Луне.
Передача энергии на Землю
Еще одной серьезной проблемой будет передача энергии обратно на Землю. План состоит в том, чтобы преобразовать электричество от солнечных батарей в энергетические волны и использовать электромагнитные поля для передачи их вниз к антенне на поверхности Земли. Затем антенна преобразует волны обратно в электричество. Исследователи, возглавляющие Японское агентство аэрокосмических исследований, уже разработали проекты и продемонстрировали орбитальную систему, которая должна будет способна это сделать.
В этой области еще предстоит проделать большую работу, но цель состоит в том, чтобы солнечные электростанции в космосе стали реальностью в ближайшие десятилетия. Исследователи в Китае разработали систему под названием Omega, которую они намерены ввести в эксплуатацию к 2050 году. Эта система должна быть способна подавать 2 ГВт энергии в сеть Земли с максимальной производительностью, что является огромным количеством. Чтобы произвести столько энергии с помощью солнечных батарей на Земле, понадобится более шести миллионов штук.
Небольшие спутники солнечной энергии, вроде тех, что предназначены для питания луноходов, могли бы начать функционировать еще раньше.
Во всем мире научное сообщество посвящает время и усилия развитию солнечных электростанций в космосе. Мы надеемся, что однажды они смогут стать жизненно важным инструментом в нашей борьбе с изменением климата.
