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 учёным Константином Циолковским в 1920-х годах, в основном вдохновляла только писателей.
Однако столетие спустя учёные добились огромных успехов в воплощении этой концепции в реальность. Европейское космическое агентство осознало потенциал этих усилий и теперь ищет средства для финансирования таких проектов, прогнозируя, что первый промышленный ресурс, который мы получим из космоса, – это “луч энергии”.
Изменение климата – величайшая проблема нашего времени, поэтому на карту поставлено очень многое. От повышения глобальной температуры до изменения погодных условий, – последствия изменения климата ощущаются по всему миру. Преодоление этой проблемы потребует радикальных изменений в том, как мы производим и потребляем энергию.
Наше Солнце – звезда второй популяции возрастом около пяти миллиардов лет. Она включает в себя элементы, которые тяжелее водорода и гелия, а также кислород, углерод, неон и железо. Авторы и права: NASA / Solar Dynamics Observatory.
В последние годы технологии возобновляемых источников энергии претерпели резкое развитие, повысив эффективность и снизив стоимость. Но одним из основных препятствий для их усвоения является тот факт, что они не обеспечивают постоянный запас энергии. Ветряные и солнечные фермы производят энергию только тогда, когда дует ветер или светит Солнце, но нам нужно электричество круглосуточно, каждый день. В конечном счёте, нам нужен способ хранения энергии в больших объёмах, прежде чем мы сможем перейти на возобновляемые источники.
Преимущества космоса
Возможный способ обойти эту проблему – генерировать солнечную энергию в космосе. В этом есть много преимуществ. Космическая солнечная электростанция может вращаться вокруг Солнца 24 часа в сутки. Атмосфера Земли также поглощает и отражает часть солнечного света, поэтому солнечные элементы над атмосферой будут получать больше солнечного света и производить больше энергии.
Но одна из ключевых проблем, которую необходимо преодолеть, – это сборка, запуск и развёртывание таких больших конструкций. Площадь одной солнечной электростанции может достигать 10 квадратных километров, что эквивалентно 1400 футбольным полям. Использование лёгких материалов также будет иметь решающее значение, поскольку самыми большими расходами будут затраты на запуск станции в космос.
Одно из предлагаемых решений – создать рой из тысяч спутников меньшего размера, которые будут собраны вместе и сконфигурированы для создания единого большого солнечного генератора. В 2017 году исследователи Калифорнийского технологического института разработали проект модульной электростанции, состоящей из тысяч сверхлёгких солнечных панелей. Они также продемонстрировали прототип плитки весом всего 280 граммов на квадратный метр.
В последнее время также рассматриваются разработки в области производства, такие как 3D-печать. В Ливерпульском университете исследователи разрабатывают новые производственные технологии для печати сверхлёгких солнечных элементов на солнечных парусах. Солнечный парус – это складывающаяся, лёгкая и хорошо отражающая мембрана, способная использовать эффект давления солнечного излучения для движения космического корабля без использования топлива.
Эти методы позволят построить электростанции в космосе. Действительно, однажды станет возможным производить и размещать в космосе устройства с Международной космической станции или будущей лунной станции, которая будет вращаться вокруг нашего естественного спутника. Такие устройства на самом деле могут помочь обеспечить питание Луны.
Возможности на этом не заканчиваются. Хотя в настоящее время для строительства электростанций мы полагаемся на материалы с Земли, учёные также рассматривают возможность использования ресурсов из космоса, например, материалы, обнаруженные на Луне.
Бесконечная (почти) энергия
Ещё одна серьёзная проблема – вернуть энергию на Землю. План состоит в том, чтобы преобразовать электричество солнечных элементов в энергетические волны и использовать электромагнитные поля для передачи их вниз к антенне на поверхности Земли. Затем антенна преобразует волны обратно в электричество. Исследователи под руководством Японского агентства аэрокосмических исследований уже разработали конструкции и продемонстрировали орбитальную систему, которая должна это делать.
В этой области предстоит ещё много работы, но цель состоит в том, чтобы солнечные электростанции в космосе стали реальностью в ближайшие десятилетия. Исследователи из Китая разработали систему под названием Omega, которую они планируют ввести в действие к 2050 году. Эта система должна быть способна подавать 2 ГВт энергии в электросеть Земли. Чтобы производить столько энергии с помощью солнечных батарей на Земле, вам понадобится более шести миллионов панелей.
Меньшие спутники на солнечной энергии, такие как те, которые предназначены для работы на Луне, могут быть введены в эксплуатацию ещё раньше.
Во всём мире научное сообщество тратит время и силы на разработку солнечных электростанций в космосе. Мы надеемся, что однажды они могут стать жизненно важным инструментом в нашей борьбе с изменением климата.
Источник: https://universetoday.ru/
Обозрение "Terra & Comp".
