Массив солнечных батарей в космосе может обеспечить мир чистой, возобновляемой и доступной энергией. Эта идея сталкивается с технологическими трудностями как в сборе энергии Солнца, так и в ее передаче на Землю. Команда из Калифорнийского технологического института (Caltech) отправила на орбиту прототип космической солнечной батареи для тестирования различных технологий.
В связи с быстрым ростом цен на энергоресурсы и ради сохранения нашей планеты применение возобновляемых источников энергии выглядит сегодня как необходимость. Несмотря на то что фотоэлектрические панели прогрессируют и становятся все более эффективными, каждая из них сталкивается с одной проблемой: работает только при солнечном свете, то есть не ночью и в непогоду, и не может обеспечивать постоянную энергию.
Для непрерывной работы солнечных панелей в течение суток необходимо разместить их выше облаков, в космосе, где солнечный свет доступен постоянно. Эта концепция нуждается в изучении, как с точки зрения стоимости размещения панелей на орбите, так и с точки зрения эффективного доставки энергии на Землю. Исследователи Калифорнийского технологического института отправили на орбиту прототип космического модуля солнечной энергии — Space Solar Power Demonstrator (SSPD) для проверки осуществимости проекта.
Три основные технологии на испытательном стенде
«В любом случае этот образец представляет собой существенный прогресс. — заявил соруководитель проекта, профессор электротехники и медицинской инженерии Калтеха Али Хаджимири. Если система будет реализована, то составит из множества модульных космических аппаратов, которые будут отвечать за сбор солнечного света, преобразование его в электричество и передачу по беспроводной связи обратно на Землю, в том числе в места с отсутствием надежной электроэнергии.
Вначале проведут испытание модуля массой около 50 килограммов, включающего три эксперимента по проверке ключевых технологий проекта. Первый из них — DOLCE (Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment) — это развертываемая конструкция размером примерно 2 на 2 метра, предназначенная для проверки (в небольшом масштабе) архитектуры и механизмов развертывания, предусмотренных для созвездия кораблей, которое составит космическую электростанцию.
В ходе эксперимента ALBA участники проекта протестируют и сравнят эффективность более 30 различных типов фотоэлектрических элементов, чтобы определить наиболее приспособленные к суровым условиям космоса. Самый важный эксперимент MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment) направлен на проверку беспроводной передачи вырабатываемой энергии на большие расстояния. Для этого космический аппарат несет массив микроволновых передатчиков энергии, которые будут передавать энергию на два целевых приемника в космосе.
Из-за своей массы и габаритов солнечные панели представляли сложность для команды. Необходимо было разработать систему, сочетающую легкость для снижения стоимости запуска в космос и прочность для выносливости в экстремальных условиях. DOLCE применяет новейшие ультратонкие композитные материалы, чтобы обеспечить непревзойденную эффективность и гибкость упаковок. — сообщил Серджио Пеллегрино, профессор аэрокосмического и гражданского строительства в Калифорнийском технологическом институте и один из руководителей проекта.
Полностью переработанный способ передачи
Подобно тому как обычные солнечные батареи нуждаются в разветвлённых проводках для переноса энергии, для MAPLE понадобилась полная переработка этой системы. Полноценная гибкая сеть MAPLE со встроенными электронными чипами для беcпроводного энергоснабжения и ключевыми передаточными компонентами создавалась с чистого листа. Изготовление осуществлялось без применения готовых элементов, так как таковые отсутствовали на рынке. «, — объясняет Али Хаджимири.
3 января запуск прототипа с помощью ракеты SpaceX Falcon 9 прошел успешно. Команда Калтеха намерена начать проведение экспериментов в ближайшие недели. Пополучении доступа к SSPD команда начнет управление развертыванием DOLCE, а бортовая камера даст немедленную обратную связь о результатах развертывания.
Оценивать эффективность отдельных фотоэлектрических элементов потребуется до шести месяцев, а проект MAPLE потребует длительной серии испытаний. Несколько камер будут фиксировать работу модуля на протяжении всего эксперимента. Все технологии были протестированы на Земле и прошли строгие этапы, необходимые для запуска в космос.
Независимо от исхода космических испытаний, команда одержит победу. Космические эксперименты предоставят ценные сведения, влияющие на развитие проекта в дальнейшем. — заметил Али Хаджимири. Сначала этот образец позволит понять, целесообразно ли вкладывать больше ресурсов и средств в идею космической солнечной энергетики.