Солнечные электростанции в космосе могут стать ответом на наши потребности в энергии

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.

Солнечные электростанции в космосе могут стать ответом на наши потребности в энергии

Однако столетие спустя ученые добиваются огромных успехов в воплощении этой концепции в жизнь. Европейское космическое агентство осознало потенциал этих усилий и теперь пытается профинансировать такие проекты, прогнозируя, что первый промышленный ресурс, который мы получим из космоса, — это «луч энергии».

Солнечные электростанции в космосе могут стать ответом на наши потребности в энергии

Изменение климата — величайшая проблема нашего времени, поэтому на карту поставлено очень многое. От повышения глобальной температуры до изменения погодных условий — последствия изменения климата уже ощущаются во всем мире. Преодоление этой проблемы потребует радикальных изменений в том, как мы производим и потребляем энергию.

В последние годы технологии возобновляемых источников энергии претерпели резкое развитие, повысив эффективность и снизив стоимость.

Солнечные электростанции в космосе могут стать ответом на наши потребности в энергии

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 счете, нам нужен способ хранения энергии в больших объемах, прежде чем мы сможем перейти на возобновляемые источники.

Возможный способ обойти это — 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 развертывание таких больших конструкций. Площадь одной солнечной электростанции может достигать 10 квадратных километров, что эквивалентно 1400 футбольным полям. Использование легких материалов также будет иметь решающее значение, поскольку самыми большими расходами будут затраты на запуск станции в космос на ракете.

Одно из предлагаемых решений состоит в том, чтобы создать рой из тысяч спутников меньшего размера, которые будут объединены и сконфигурированы для создания единого большого солнечного генератора. В 2017 году исследователи Калифорнийского технологического института разработали проект модульной электростанции, состоящей из тысяч сверхлегких панелей солнечных элементов. Они также продемонстрировали прототип плитки весом всего 280 грамм на квадратный метр, что примерно равно весу карты.

В последнее время для этого приложения также рассматриваются разработки в области производства, такие как 3D-печать. В Ливерпульском университете мы изучаем новые производственные технологии для печати сверхлегких солнечных элементов на солнечных парусах.

Солнечные электростанции в космосе могут стать ответом на наши потребности в энергии

Солнечный парус — это складывающаяся, легкая и хорошо отражающая мембрана, способная использовать эффект давления солнечного излучения для продвижения космического корабля вперед без топлива. Мы изучаем, как встроить солнечные элементы в конструкции солнечного паруса для создания больших бестопливных солнечных электростанций.

Эти методы позволят нам построить электростанции в космосе. Действительно, когда-нибудь станет возможным производство и развертывание устройств в космосе с Международной космической станции или будущей лунной шлюзовой станции, которая будет вращаться вокруг Луны. Такие устройства на самом деле могут помочь обеспечить питание Луны.

Солнечные электростанции в космосе могут стать ответом на наши потребности в энергии

Возможности на этом не заканчиваются. Хотя в настоящее время мы полагаемся на материалы с Земли для строительства электростанций, ученые также рассматривают возможность использования ресурсов из космоса для производства, таких как материалы, найденные на Луне.

Еще одна серьезная 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.

Солнечные электростанции в космосе могут стать ответом на наши потребности в энергии

В этой области еще предстоит проделать большую работу, 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 сеть Земли с максимальной производительностью, что является огромным объемом. Чтобы производить столько энергии с помощью солнечных батарей на Земле, вам потребуется более шести миллионов штук.

Солнечные электростанции в космосе могут стать ответом на наши потребности в энергии

Меньшие спутники на солнечной энергии, такие как те, которые предназначены для работы луноходов, могут быть введены в эксплуатацию еще раньше.

Во всем 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.

Аманда Джейн Хьюз, преподаватель кафедры механики, материаловедения и аэрокосмической техники Ливерпульского университета и д-р Стефания Сольдини, преподаватель i