В результате беспрецедентного технологического прогресса была успешно продемонстрирована передача (солнечной) энергии из космоса на Землю. Возможно, мы стоим на пороге почти постоянной эксплуатации этого неисчерпаемого источника энергии.
Переход к более чистым и устойчивым источникам энергии — важнейший вопрос в наше нестабильное климатическое время. В этом контексте возможность улавливать солнечную энергию непосредственно из космоса и передавать ее на Землю представляет собой перспективную область прикладных исследований. Недавно группа исследователей из Калифорнийского технологического института (Caltech) сделала значительный шаг вперед, успешно продемонстрировав беспроводную передачу солнечной энергии из космоса.
Этот прорыв, зафиксированный в серии экспериментов, проведенных в рамках проекта Space Solar Power Project (SSPP) Калифорнийского технологического института, и подробно описанный на платформе arXiv, может открыть дорогу новой эре в производстве энергии, предлагая потенциальное решение основных ограничений наземных солнечных систем (а именно погодных условий).
Три технологические инновации в основе этого прорыва
Миссия SSPD-1, возглавляемая Калифорнийским технологическим институтом, стала важной вехой в стремлении использовать солнечную энергию из космоса. В основе этого прорыва лежат три технологические инновации. Во-первых, устройство MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment) позволило осуществлять беспроводную передачу энергии из космоса. Используя сборку легких и гибких микроволновых передатчиков, эта технология продемонстрировала способность направлять энергию на наземные приемники, подтвердив концепцию передачи солнечной энергии из космоса.
Во-вторых, эксперимент ALBA (коллекция из 32 различных типов фотоэлектрических элементов) позволил провести углубленную оценку различных типов фотоэлектрических элементов в уникальных условиях космоса. Протестировав 32 варианта, исследователи смогли выделить наиболее эффективные и устойчивые материалы, особенно в условиях экстремальных изменений окружающей среды, таких как солнечные вспышки. Ячейки из арсенида галлия отличились своей прочностью и неизменной эффективностью, что подтверждает их перспективность для применения в космосе.
Наконец, в рамках проекта DOLCE (Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment) изучался потенциал легкой, развертываемой конструкции, предназначенной для поддержки как солнечных батарей, так и устройств передачи энергии. Несмотря на то, что развертывание столкнулось с определенными препятствиями, эксперименты позволили извлечь ценные уроки для будущей разработки модульных космических конструкций. Предполагается, что эти конструкции будут эффективно разворачиваться на орбите и станут основой будущих станций сбора солнечной энергии в космосе. В совокупности эти три инновации подчеркивают прогресс, достигнутый на пути к реализации космической солнечной энергетики как жизнеспособного возобновляемого источника.
Будущее солнечной энергетики — в космосе?
Успех миссии SSPD-1 закладывает основу для потенциальной трансформации энергии фотовольтаики. Доказав возможность улавливания солнечной энергии непосредственно в космосе для беспроводной передачи на Землю, эта технология обещает стать чистым, постоянным и неисчерпаемым источником электроэнергии. В отличие от наземных солнечных систем, которые ограничены циклом день/ночь, временами года и климатическими условиями, космическая солнечная энергетика выигрывает за счет непрерывного солнечного облучения. Это означает, что она может генерировать в восемь раз больше энергии, чем солнечные установки на Земле, предлагая потенциально бесценное решение глобального энергетического кризиса и проблем, связанных с изменением климата.
Концепция SSP, разработанная в Калифорнийском технологическом институте, состоит из массива PV-WPT. Он преобразует солнечную энергию в постоянный ток, который, в свою очередь, преобразуется в радиочастотный ток, который затем собирается на Земле станцией захвата. Размещение такого устройства на высокой орбите устранит ограничения, связанные с циклом день/ночь.
Стремление развернуть созвездие модульных космических аппаратов для сбора и передачи солнечной энергии открывает возможности для доступа к электричеству, не зависящие от географии и наземной инфраструктуры. Это видение может также радикально изменить мировые энергетические сети, сделав энергию доступной даже в самых изолированных регионах или в регионах, пострадавших от стихийных бедствий. Эта технология обещает повысить устойчивость энергетики за счет диверсификации источников энергии и минимизации рисков, связанных с концентрированными энергетическими инфраструктурами.
Президент Калифорнийского технологического института Томас Ф. Розенбаум, профессор физики, в своем пресс-релизе отметил: «Солнечная энергия, излучаемая из космоса в коммерческих масштабах и освещающая весь земной шар, все еще остается далекой перспективой. Но эта важнейшая миссия показала, что это вполне достижимое будущее«.
