Массив солнечных батарей в космосе теоретически может обеспечить мир чистой, возобновляемой и доступной энергией. Однако эта идея сопряжена со многими технологическими трудностями, как в сборе солнечной энергии, так и в ее передаче на Землю. Команда из Калифорнийского технологического института (Caltech) только что отправила на орбиту прототип космической солнечной батареи для тестирования различных технологий.
В условиях стремительного роста цен на энергоносители, а также в целях сохранения нашей планеты, расширение использования возобновляемых источников энергии сегодня кажется неизбежным. Хотя фотоэлектрические панели пользуются плодами технического прогресса и становятся все более эффективными, все они сталкиваются с одной и той же проблемой: они работают только тогда, когда светит солнце, т.е. не ночью и не в плохую погоду, и не могут обеспечивать постоянную энергию.
Чтобы обойти эту проблему и заставить солнечные панели работать 24 часа в сутки, решение очевидно: разместить их намного выше облачного покрова, в космосе, где солнечный свет будет попадать на них беспрепятственно. Однако эта концепция еще требует изучения, как с точки зрения стоимости размещения панелей на орбите, так и с точки зрения того, как эффективно доставить произведенную энергию на Землю. Чтобы проверить осуществимость проекта, исследователи из Калифорнийского технологического института только что отправили на орбиту прототип космического модуля солнечной энергии - Space Solar Power Demonstrator (SSPD).
"Независимо от того, что произойдет, этот прототип - большой шаг вперед", — сказал в своем заявлении соруководитель проекта, профессор электротехники и медицинской инженерии Калтеха Али Хаджимири. Солнечная энергосистема, если она будет реализована, будет состоять из созвездия модульных космических аппаратов, которые будут отвечать за сбор солнечного света, преобразование его в электричество, а затем передачу этого электричества (по беспроводной связи) обратно на Землю, "в том числе в места, где в настоящее время нет доступа к надежной электроэнергии".
Первый шаг - испытание модуля весом около 50 кг, который содержит три отдельных эксперимента для проверки ключевых технологий проекта. Первый - DOLCE (Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment), развертываемая конструкция размером примерно 2 x 2 метра, предназначенная для проверки (в небольшом масштабе) архитектуры и механизмов развертывания, предусмотренных для созвездия кораблей, которые составят космическую электростанцию.
Каждый оранжевый квадрат - это антенна, которая будет управляться одним передатчиком. В рамках эксперимента ALBA команда проекта протестирует и сравнит эффективность более 30 различных типов фотоэлектрических элементов, чтобы определить, какие из них лучше всего выдерживают суровые условия космоса. Наконец, эксперимент MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment) - вероятно, самый важный - 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.
Солнечные панели обычно тяжелые и громоздкие, поэтому команде пришлось проявить изобретательность в создании системы, которая была бы одновременно достаточно легкой, чтобы снизить стоимость запуска в космос, и достаточно прочной, чтобы выдержать особенно суровые условия.
"DOLCE] использует последнее поколение ультратонких композитных материалов для достижения беспрецедентной эффективности и гибкости упаковки", — сказал Серджио Пеллегрино, профессор аэрокосмического и гражданского строительства в Калтехе и один из руководителей проекта.
Точно так же, в то время как традиционные солнечные панели требуют обширной проводки для передачи энергии, для MAPLE необходимо было все заново изобрести.
"Вся гибкая сеть MAPLE вместе с ее электронными чипами для беспроводной передачи энергии и основными элементами передачи была разработана с нуля. Он был сделан не из элементов, которые можно купить, потому что их даже не существовало", — объясняет Али Хаджимири.
В прилагаемом к статье видеоролике показано, как эти различные компоненты устанавливаются на корабль Vigoride, разработанный компанией Momentus Space.
Запуск прототипа с помощью ракеты SpaceX Falcon 9 прошел без заминок 3 января. Команда Калтеха планирует начать проведение экспериментов в ближайшие несколько недель. Как только они получат доступ к SSPD, они начнут командовать развертыванием DOLCE, а бортовая камера обеспечит немедленную обратную связь о том, было ли развертывание успешным или нет.
Однако для оценки эффективности отдельных фотоэлектрических элементов потребуется до шести месяцев, а в рамках проекта MAPLE необходимо провести длинную серию испытаний. Несколько камер будут наблюдать за модулем на протяжении всего эксперимента. Все технологии, разумеется, были протестированы на Земле и прошли строгие этапы, необходимые для запуска в космос. Каким бы ни был результат космических испытаний, команда только выиграет.
"Мы считаем, что космические эксперименты дадут нам много дополнительной полезной информации, которая будет направлять проект по мере его дальнейшего продвижения", — сказал Али Хаджимири.
Прежде всего, этот прототип поможет определить, стоит ли уделять больше ресурсов и средств концепции космической солнечной энергетики.