Блог

Nov 14, 2023

Спутник впервые передал солнечную энергию на Землю

Исследователи сделали небольшой, но необходимый шаг к осознанию

Исследователи сделали небольшой, но необходимый шаг к реализации давней мечты: собрать солнечную энергию в космосе и передать ее на Землю. Спутник, запущенный в январе, направил энергию микроволнового луча на цели в космосе и даже направил часть этой энергии на детектор на Земле, объявил 1 июня строитель эксперимента, Калифорнийский технологический институт (Калтех). «Никто раньше этого не делал», — говорит учёный-космонавт Санджай Виджендран из Европейского космического агентства (ЕКА). «Они повышают доверие к этой теме, демонстрируя эту возможность».

Доверие уже давно является проблемой для космической солнечной энергетики. Чтобы производить столько же энергии, сколько обычная угольная или атомная электростанция, спутнику потребуется площадь сбора в километры, что потребует сотен запусков и сборок на орбите. НАСА планировало демонстрационную миссию во время энергетического кризиса 1970-х годов. Но с учетом технологий того времени, поднятых на борт космического корабля «Шаттл» и собранных астронавтами, миссия стоила бы 1 триллион долларов. После этого мало кто воспринял это всерьез.

С тех пор пространство изменилось. Солнечные элементы и микроволновые лучи дешевле и эффективнее. Роботы, способные собирать конструкции, скоро появятся на орбите, а такие компании, как SpaceX, сократили стоимость запусков. Недавние исследования, проведенные по заказу ЕКА и правительства Великобритании, показывают, что гигантские орбитальные генераторы вскоре смогут производить электроэнергию по затратам, сопоставимым с наземными атомными электростанциями.

Несколько разрозненных исследовательских программ продвинули эту область вперед. Начиная с 1980-х годов исследователи из Киотского университета демонстрировали передачу энергии на короткие расстояния на краю космоса с помощью суборбитальных ракет. В 2020 году команда из Исследовательской лаборатории ВМС США отправила на орбиту «сэндвич-панель» размером с коробку для пиццы с солнечными элементами с одной стороны, электронной начинкой и микроволновыми передатчиками с другой стороны, чтобы продемонстрировать преобразование солнечного света в микроволновое. .

Миссия Калифорнийского технологического института, финансируемая Фондом Дональда Брена и корпорацией Northrop Grumman, стремилась пойти еще дальше с легкими, недорогими и гибкими компонентами. Микроволновой передатчик представлял собой массив из 32 плоских антенн, размещенных на поверхности размером чуть больше обеденной тарелки. Изменяя время подачи сигналов на разные антенны, исследователи смогли управлять лучом антенны. Они направили его на пару микроволновых приемников на расстоянии предплечья и по своему желанию переключали луч с одного приемника на другой, зажигая на каждом светодиод.

Передаваемая мощность была небольшой, всего 200 милливатт, меньше, чем у света камеры мобильного телефона. Но команде все же удалось направить луч на Землю и обнаружить его с помощью приемника в Калифорнийском технологическом институте. «Это было подтверждение концепции», — говорит инженер-электрик Калифорнийского технологического института Али Хаджимири. «Это показывает, на что способна вся система».

У космического корабля Калифорнийского технологического института запланированы еще два эксперимента. В настоящее время тестируются 32 различных варианта солнечных батарей, чтобы увидеть, какой из них лучше всего выдерживает суровые условия космоса. Второй представляет собой сложенный кусок сверхлегкого композитного материала, который разворачивается в парусоподобную конструкцию диаметром 2 метра. Хотя парус не будет содержать никаких солнечных батарей, он предназначен для тестирования тонких, гибких и крупных объектов, необходимых для будущей электростанции.

Интерес к космической солнечной энергетике, похоже, набирает обороты. В этом году ЕКА заказало два исследования потенциальной архитектуры орбитальных электростанций. Виджендран говорит, что к этим усилиям присоединились энергоснабжающие компании. Киотская команда объявила в прошлом месяце, что будет работать с японским космическим агентством JAXA над испытанием энергетического излучения на орбите.

Инженер-электрик из Киото Наоки Синохара говорит, что он был рад услышать об успехе Калифорнийского технологического института, «но в то же время я разочарован, потому что мы, японцы, намеревались провести первый в мире спутниковый эксперимент по беспроводной передаче энергии в 2025 году».

Стартап-компания Virtus Solis Technologies также тестирует передачу энергии и планирует запустить пилотную установку на орбиту в 2026 году. Генеральный директор Джон Бакнелл говорит, что компания намерена предложить клиентам коммерческую электроэнергию до конца десятилетия. «Космическая солнечная энергия — единственная чистая, надежная и масштабируемая энергетическая технология, которая ведет к реальному нулевому уровню выбросов углекислого газа».