Перспективы солнечной энергии из космоса: вызовы и возможности
Солнечная энергия, получаемая из космоса, в последнее время находит все больше сторонников. Успех проекта Caltech по космической солнечной энергии, который продемонстрировал возможность передачи энергии с орбиты на Землю, стал стимулом для множества пилотных проектов по всему миру. Все они пытаются воспользоваться почти неограниченными солнечными ресурсами, которые доступны на геостационарной орбите.
Однако, согласно новой статье, опубликованной в журнале Acta Astronautica группой итальянских и немецких исследователей, существует множество ограничений, касающихся передачи этой энергии на Землю — и большинство из них связано не с техническими, а с логистическими аспектами.
Цель исследования заключалась в расчете максимального объема энергии, который может быть получен от созвездия спутников солнечной энергии на геостационарной орбите. Для этого авторы разделили задачу на два простых этапа: сколько спутников может находиться на орбите и сколько энергии может каждый спутник эффективно передать в электрическую сеть.
Чтобы рассчитать возможное количество спутников, авторы рассмотрели четыре различные «сценария», каждый из которых имеет свои ограничения. Основное ограничение — это Минимальный Угол Расстояния (MDA), который определяет минимальное угловое расстояние между спутниками, чтобы избежать столкновений или радиоискажений. Авторы выбрали MDA в 0,1°, что уже является достаточно консервативной оценкой, учитывая, что каждый спутник будет иметь «апертуру» в 147 км, что более чем в 10 раз превышает их размер.
В первом сценарии расчет проводился без учета других ограничений — исходя из данных о 0,1° угле и 360° круга, было выявлено, что в GEO может функционировать 3600 спутников. Во втором сценарии учли существующие спутники, что уменьшило количество потенциальных до 2509.
Третий сценарий вводит географические ограничения: для приема энергии от SBSP необходима антенна, называемая ректенна, которая должна находиться на суше и в пределах 30° от экватора. С учетом этого ограничения общее количество потенциальных спутников сокращается до 1771.
В последнем, четвертом сценарии, авторы ограничили размещение ректенн только на территориях с высокой плотностью населения (3000 человек на квадратный километр), что по их мнению, соответствует наличию необходимой инфраструктуры для приема и передачи энергии. В результате число потенциальных спутников уменьшилось до 364, что на 89,9% ниже первоначальной оценки.
Несмотря на все эти ограничения, даже в самых строгих условиях, спутники могут обеспечить значительное количество энергии. Расчет их общей производительности требует учета площади, эффективности солнечных панелей и количества солнечной радиации, которой они подвергаются, что в GEO довольно стабильно. Авторы предположили площадь солнечных панелей в 10 км² и эффективность в 20%, что вполне соответствует современным технологиям. Но даже с учетом всех потерь во время передачи, предполагается, что каждый спутник сможет передавать в сеть около 1 ГВт, что удовлетворяет 3% мировых потребностей в электроэнергии.
Таким образом, несмотря на все потенциальные ограничения и консервативные предположения, возможность того, что эта технология сможет однажды обеспечить до 3% потребностей человечества в электроэнергии, оставляет открытыми новые горизонты для исследований и разработок в области солнечной энергии из космоса.
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
