В 2025 году Япония собирается запустить на низкую околоземную орбиту солнечную электростанцию для передачи энергии на Землю. Первый прототип весом примерно 180 килограммов будет вырабатывать около одного киловатта, что достаточно для работы бытовой техники. Такой шаг – первый в реализации масштабного производства, способствующего уменьшению зависимости от ископаемого топлива.
Хотя солнечную энергию применяют с 1970-х годов, её широкое использование ограничено техническими и логистическими трудностями. К ним относятся отсутствие подходящих мест для установки панелей, деградация установок со временем и зависимость от погоды и цикла день-ночь. В результате недостатка производства пользователи вынуждены прибегать к ископаемому топливу.
Предложенная Питером Глейзером, бывшим инженером миссии «Аполлон», космическая солнечная энергетика может помочь преодолеть эти ограничения. В отличие от большинства наземных технологий «зеленой» энергетики, космические солнечные электростанции могли бы вырабатывать энергию круглосуточно, поскольку не зависели бы от погодных условий и были бы менее зависимы от цикла день/ночь в зависимости от типа орбитального размещения.
Производство солнечной энергии из космоса обычно признается непрактичным и затратным. Для реализации такого проекта потребуется построить масштабную инфраструктуру на орбите, а для ее транспортировки — множество ракет. Исследователи из Japan Space Systems полагают, что последние достижения в космической технике и солнечных технологиях могут все изменить, особенно с учетом необходимости декарбонизации мировой энергетики.
Спорное соотношение затрат и выгод
В рамках проекта Ohisama компания Japan Space Systems создала небольшой спутник массой 180 килограммов, который будет находиться на орбите высотой 400 километров. Спутник оснащен фотоэлектрической панелью площадью 2 квадратных метра, которая заряжает встроенную батарею. Накопившаяся энергия преобразуется в микроволны и передается на приемную антенну на Земле. Из-за высокой скорости движения спутника (28 000 км/ч) элементы приемной антенны будут располагаться на расстоянии 40 километров друг от друга с интервалом в 5 километров.
Важно заметить, что это пока лишь демонстрационный образец, способный передавать всего один киловатт энергии. Этого хватает, чтобы за час запитать небольшую посудомойку или чайник. Передача энергии продлится не более нескольких минут, однако для полного восстановления заряда батареи понадобится несколько суток. — Пояснил Коичи Иджичи, консультант компании Japan Space Systems, представив план проекта на Международной конференции по космической энергетике в Лондоне.
Учёные продемонстрировали беспроводную передачу солнечной энергии от наземного источника. В декабре планируется провести передачу с самолёта, оборудованного панелью, аналогичной той, что будет установлена на спутнике. Самолет сможет подавать энергию на расстояние 5-7 километров до антенны на земле.
Разработчики уверены, что успехи в фотоэлектрике, например гибких солнечных батарей, приведут к коммерчески выгодным масштабам этой технологии. В рамках государственного проекта планируется запуск спутников с гигантскими панелями площадью 2 квадратных километра, которые будут генерировать в десять раз больше энергии, чем наземные панели. Каждый спутник сможет производить энергию, эквивалентную суточной выработке атомной электростанции, ежемесячно.
Истинный потенциал космической солнечной энергетики вызывает споры. Недавний отчет NASA указывает, что затраты на строительство и запуск космических электростанций велики по сравнению с получаемой энергией, что ставит под сомнение их рентабельность. При учете вложений стоимость вырабатываемой энергии может составить около 0,61 доллара за киловатт-час против 0,5 доллара для наземной солнечной энергии. С другой стороны, выбросы углекислого газа от ракет, необходимых для запуска, делают их менее экологичными, чем может показаться. Для размещения на орбите электростанции мощностью один гигаватт-час потребуется 68 космических аппаратов.
Другие исследовательские центры и космические агентства, например ESA и ВВС США, разрабатывают различные стратегии по поводу создания космических солнечных электростанций.