Спутники смогут направлять энергию Солнца на Землю уже к 2025 году

Ветеран NASA, аэрокосмический предприниматель, и эксперт по космическим солнечным батареям Джон Мэнкинс спроектировал первую в мире практическую орбитальную солнечную электростанцию. Она получила название «SPS-ALPHA». Если всё пойдёт по плану, то она может быть запущена уже в 2025 году — что гораздо ближе, чем кажется, когда речь идёт о космической временной шкале.

Орбитальная электростанция имеет множество преимуществ перед наземной – она неподвластна погоде, атмосферным явлениям и не зависит от освещённости, поскольку работает круглые сутки. Она способна многократно увеличить возможности использования возобновимой энергии.

SPS-ALPHA может произвести революцию в деле борьбы с различными бедствиями, дать развивающимся странам доступ к надёжному источнику энергии, и предоставить всей планете доступное и экологичное электричество.

«Поскольку электростанция размещена на орбите, она может доставлять энергию в любую точку на поверхности планеты, которую она видит», говорит Мэнкинс. «Один-единственный энергоспутник может поставлять энергию трети всего человечества – не всем одновременно, но каждый сможет получить свою долю».

Технологические достижения последних лет сделали проект орбитальной электростанции возможным. Эффективность солнечных панелей выросла с 10 до 30 процентов, усилители стали миниатюрнее, а роевые технологии дали новые возможности для создания такого спутника. SPS-ALPHA представляет собой элегантное биомиметическое устройство, копирующее форму цветка и состоящее из меньших модулей. «Оно имитирует поведение полуавтономных насекомых, вроде пчелиного улья или колонии муравьёв», говорит Мэнкинс. «Всё делается с помощью ID-меток или штрихкодов. Каждый модуль знает каждого из своих коллег, и знает, как идут у него дела, и хочет ли он, чтобы его отремонтировали, или оставили в покое».

Плюс ко всему, SPS-ALPHA будет сделана в основном из тонкоплёночных зеркал, вместо громоздких фотоэлектрических элементов, как её наземные собратья. Эти зеркала отражают и концентрируют солнечный свет, а затем направляют его в центральное фотоэлектрическое ядро. С другой, обращённой к Земле стороны, микроволновые передающие панели будут направлять луч энергии вниз в форме радиоволн.

Мэнкинс отличается от других специалистов по космической энергетике тем, что склоняется к низкочастотной составляющей спектра. Большинство экспертов предпочитает использовать высокочастотные лазеры, поскольку они позволяют уменьшить размер передатчиков в космосе и приёмников на Земле, а на орбите более миниатюрное оборудование, как правило, имеет существенное преимущество. Однако Мэнкинс исключает использование лазеров, поскольку они могут повреждать сетчатку глаз, уничтожать электронику и потенциально вызывать пожары и взрывы. «Подумайте о Звезде Смерти», говорит он.

А поскольку Мэнкинс придерживается идеи низкоинтенсивных микроволновых передатчиков, то приёмники на Земле будут большими – порядка 6-8 километров в диаметре, размещёнными на высоте 5-10 метров над землёй. Они будут собираться из миллионов выпрямительных диодов, соединённых вместе. В собранном виде такой приёмник будет выглядеть как гигантская рыболовная сеть. Диоды крайне эффективны, и в состоянии использовать от 80 до 90 процентов энергии, излучённой со спутника. И хотя они будут покрывать большие пространства, их воздействие на экологию местности будет микроскопическим.

По оценке Мэнкинса, «На сегодняшний день не существует никакой особенной технической сложности в постройке и запуске первого прототипа». Но прежде чем SPS-ALPHA сможет стать не только функционирующей космической станцией, но и коммерчески рентабельным источником энергии, необходимо провести несколько улучшений.

Первоначальной целью является снизить стоимость энергии до 10 центов за киловатт-час – это на 2 цента меньше, чем средняя стоимость электричества в Америке. Для этого необходимо решить проблему рассеивания тепла. В космосе нет воздуха, и соответственно, нет способа охлаждать модули. Им необходимо научиться эффективно управлять теплом, или они просто изжарятся. Мэнкинс обозначил 4 перспективных пути решения этой проблемы. Первый – это сделать модули легче, возможно, собирая их из углеродного композита вместо алюминия. Второй и третий посвящены увеличению эффективности солнечных элементов и твердотельных усилителей соответственно. Четвёртый – это разработка материалов, которые смогут обеспечить работу солнечных элементов и электронных компонент при повышенной температуре. Решите две любые задачи из четырёх – и вы получите рентабельную работающую орбитальную энергостанцию. А это всего лишь вопрос времени.

Мэнкинс является сторонником быстрой разработки прототипов, и хочет создавать SPS-ALPHA с трёхлетними инкрементами. Следуя таким путём, уже четвёртое поколение установки сможет доставлять энергию из космоса. 2025 год может выглядеть отдалённым, но если чего-то и стоит ожидать – так это возможности фактически напрямую подключить Землю к Солнцу.