Специалисты холдинга «Российские космические системы» (РКС, входит в Госкорпорацию «Роскосмос») завершили работу над проектом перспективной солнечной космической электростанции (СКЭС). Разработка обеспечит регулярное снабжение альтернативной электроэнергией труднодоступные — островные, горные и северные — районы Земли независимо от погодных условий и времени суток, а также позволит передавать энергию на другие космические аппараты — для «плановой подзарядки» и в случае аварийных ситуаций.
Комплекс СКЭС состоит из двух сегментов. Передающий модуль — это беспилотный космический корабль площадью 70 м2, накапливающий энергию Солнца и транслирующий ее на Землю, и принимающий модуль — системы наземных мобильных антенн (так называемых ректенн) с аккумуляторами, которые получают солнечную энергию с космического корабля по лазерному каналу, преобразуют в электроэнергию и распространяют наземным потребителям. Также корабль может служить орбитальной «зарядной станцией» — передавать энергию сторонним спутникам для оперативной подзарядки. Космическая электростанция оснащена управляющим устройством, которое позволяет сбалансированно рассредоточить энергию, а также буфером накопления излишков солнечной энергии.
Инженер-исследователь отделения разработки перспективной аппаратуры РКС Мария Баркова:
«В связи истощением природных ресурсов Земли остро встает задача нахождения альтернативных источников энергии. В атмосфере нашей планеты солнечные лучи рассеваются и почти полностью теряют свою энергоэффективность. Однако в открытом космосе КПД использования солнечной энергии превосходит в десятки раз. Она может быть преобразована в лазерный луч и с минимальной энергопотерей передана на Землю. То есть человечество может черпать энергию в неограниченном количестве в космосе из возобновляемого источника — Солнца. Эта разработка — прекрасная альтернатива термоядерной энергетике».
СКЭС работает по схеме раздельного накопления энергии — специальный солнечный коллектор станции принимает солнечное излучение, и оно распределяется по двум направлениям. Меньшая часть, около 5% поступает в «снабжающий» аккумулятор, предназначенный для питания самой СКЭС. Остальные 95% передаются во второй накопительный аккумулятор, предназначенный для трансляции энергии на Землю по лазерному каналу. Достоинством лазерной передачи энергии является малая длительность трансляции — от наносекунды, и крайне низкая расходимость пучка.
В конструкции СКЭС также предусмотрен «буфер накопления солнечной энергии», который задействуется при переполнении «снабжающего» и «накопительного» аккумуляторов: излишки ценной энергии поступают в специальный генератор излучения, а затем — в «буферный» аккумулятор на хранение. Генератор излучения состоит из магнетрона и оптического квантового генератора. В связке они вырабатывают лазерное и СВЧ-излучение при взаимодействии потока электронов с электрическим полем. Это излучение транслируется в преобразователь, тот превращает его в электрический ток, который копится в «буферном» аккумуляторе. В любой момент по команде управления эта «буферная» электроэнергия может быть пущена через циклотронный преобразователь на наземную ректенну лазером.
Предполагается, что такие космические электростанции будут находиться на солнечно-синхронных орбитах с наклонением 82°, 90° и 98°. Точное наведение лазерного пучка на мобильные наземные ректенны будет обеспечено синхронизирующим программным комплексом.