Новая эра энергетики или несбыточная мечта?
Япония объявила о планах направить солнечную энергию из космоса на Землю в 2025 году, через два года после аналогичного достижения американских инженеров. Эта разработка является шагом к потенциальной космической солнечной электростанции, которая может способствовать отказу от ископаемого топлива.
На Международной конференции по космической энергетике, состоявшейся на этой неделе, Коити Идзичи (Koichi Ijichi), советник Японского исследовательского института космических систем, представил план Японии по созданию миниатюрной космической солнечной электростанции на орбите, которая будет беспроводным способом передавать энергию с низкой околоземной орбиты на Землю.
Один киловатт — количество энергии, необходимое для работы бытового прибора, такого как небольшая посудомоечная машина, в течение часа, в зависимости от его размера. Это значительно меньше масштаба, необходимого для коммерческого использования. Кроме того, спутник сможет передавать энергию только в течение нескольких минут, а затем ему потребуется несколько дней для подзарядки.
Космический аппарат будет использовать бортовую фотоэлектрическую панель площадью 2 квадратных метра для зарядки аккумулятора. Затем накопленная энергия будет преобразована в микроволны и направлена к приёмной антенне на Земле. Поскольку космический аппарат движется со скоростью около 28 000 км/ч, элементы антенны должны быть разнесены на расстояние около 40 километров с интервалом 5 километров друг от друга, чтобы обеспечить передачу достаточного количества энергии.
Миссия, являющаяся частью проекта под названием OHISAMA (по-японски «солнце»), готовится к запуску в 2025 году. Исследователи уже продемонстрировали беспроводную передачу солнечной энергии на землю со стационарного источника, а в декабре планируют провести передачу с самолёта. По словам Идзичи, самолёт будет оснащен идентичной фотоэлектрической панелью, которая будет установлена на космическом аппарате, и будет передавать энергию на расстояние от 5 до 7 километров.
Производство солнечной энергии в космосе, впервые описанное в 1968 году бывшим инженером Аполлона Питером Глейзером, долгое время считалось научной фантастикой. Хотя эта технология теоретически осуществима, она считалась непрактичной и слишком дорогой, поскольку для производства необходимой выходной мощности требовалось собирать огромные конструкции на орбите. Однако, по мнению экспертов, выступавших на конференции, ситуация изменилась в результате технологических достижений и срочности декарбонизации мирового энергоснабжения для предотвращения изменения климата.
В отличие от большинства технологий производства возобновляемой энергии, используемых на Земле, включая солнечную и ветровую энергию, космическая солнечная энергия может быть доступна постоянно, поскольку она не зависит от погоды и времени суток. В настоящее время атомные электростанции или электростанции, работающие на газе и угле, используются для покрытия спроса, когда ветер прекращает дуть или после захода солнца. Усовершенствование технологий может помочь частично решить эту проблему в будущем. Однако всё ещё существуют затруднения с тем, чтобы обеспечить бесперебойное энергоснабжение с нулевым уровнем выбросов углерода к середине этого столетия, как это предусмотрено международными соглашениями по изменению климата.
Развитие робототехнических технологий, повышение эффективности беспроводной передачи энергии и появление ракеты Starship от SpaceX могут сделать космическую солнечную энергию реальностью, заявили эксперты на конференции.
В 2022 году миссия Space Solar Power Demonstrator, возглавляемая Калифорнийским технологическим институтом, успешно продемонстрировала передачу солнечной энергии из космоса. Это достижение ознаменовало значительный прогресс в области космической солнечной энергетики.
В настоящее время разрабатывается ряд подобных демонстрационных проектов. Исследованием этой технологии занимаются космические агентства и исследовательские институты, такие как Европейское космическое агентство (ESA), Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) и Военно-воздушные силы США. Коммерческие компании и стартапы также разрабатывают концепции с расчётом на возможности Starship и достижения в области космической робототехники.
Однако потенциал космической солнечной энергетики вызывает неоднозначную реакцию. В январе NASA опубликовало отчёт, в котором выразило сомнения в осуществимости этой технологии. Отчёт подчёркивает сложность и высокие энергетические затраты, связанные со строительством, запуском и сборкой орбитальных электростанций. По оценкам NASA, стоимость электроэнергии, вырабатываемой таким образом, составит 61 цент за киловатт-час, что значительно превышает стоимость солнечной или ветряной энергии на Земле (5 центов за киловатт-час).
Кроме того, общий углеродный след производства электроэнергии и выбросы парниковых газов, генерируемые ракетами-носителями, выводящими сборки на орбиту, делают такую электроэнергию менее благоприятной для климата по сравнению с наземными технологиями. Например, космическая солнечная электростанция мощностью в один гигаватт, такая как концептуальная установка CASSIOPeiA, предложенная британской компанией Space Solar, потребует 68 запусков Starship для доставки компонентов в космос.