Солнечные электростанции в космосе могут удовлетворить наши потребности в энергии
Это похоже на научную фантастику: гигантские солнечные электростанции, плавающие в космосе, передают на Землю огромное количество энергии. И долгое время концепция – впервые разработанная российским ученым, Константин Циолковский, в 20-е годы – главным источником вдохновения для писателей.
Однако столетие спустя ученые добиваются огромных успехов в воплощении этой концепции в реальность. Европейское космическое агентство осознало потенциал этих усилий и теперь пытается финансировать такие проекты, предсказывая, что первый промышленный ресурс, который мы получим из космоса, – это «луч энергии».
Изменение климата – величайшая проблема нашего времени, поэтому на карту поставлено очень многое. От повышения глобальной температуры до изменения погодных условий – последствия изменения климата уже чувствуется вокруг света. Преодоление этой проблемы потребует радикальных изменений в том, как мы производим и потребляем энергию.
Технологии использования возобновляемых источников энергии в последние годы претерпели резкое развитие, повышенная эффективность и более низкая стоимость. Но одним из основных препятствий для их усвоения является тот факт, что они не обеспечивают постоянный запас энергии. Ветряные и солнечные фермы производят энергию только тогда, когда дует ветер или светит солнце, но нам нужно электричество круглосуточно, каждый день. В конечном счете, нам нужен способ хранения энергии в больших объемах, прежде чем мы сможем перейти на возобновляемые источники.
Преимущества пространства
Возможный способ обойти это – генерировать солнечную энергию в космосе. В этом есть много преимуществ. Космическая солнечная электростанция может вращаться вокруг Солнца 24 часа в сутки. Атмосфера Земли также поглощает и отражает часть солнечного света, поэтому солнечные элементы над атмосферой будут получать больше солнечного света и производить больше энергии.
Но одна из ключевых проблем, которую необходимо преодолеть, – это сборка, запуск и развертывание таких больших конструкций. Площадь одной солнечной электростанции может достигать 10 квадратных километров, что эквивалентно 1400 футбольным полям. Использование легких материалов также будет иметь решающее значение, поскольку самыми большими расходами будут затраты на запуск станции в космос на ракете.
Одно из предлагаемых решений – создать рой из тысяч спутников меньшего размера, которые будут собраны вместе и сконфигурированы для создания единого большого солнечного генератора. В 2017 году исследователи из Калифорнийского технологического института разработали дизайн модульной электростанции, состоящий из тысяч сверхлегких панелей солнечных батарей. Они также продемонстрировали прототип плитки весом всего 280 граммов на квадратный метр, что соответствует весу карты.
В последнее время для этого приложения также рассматриваются разработки в области производства, такие как 3D-печать. В Ливерпульском университете мы изучаем новые технологии производства печать сверхлегких солнечных элементов на солнечных парусах. Солнечный парус – это складывающаяся, легкая и хорошо отражающая мембрана, способная использовать влияние радиационного давления Солнца на продвигать космический корабль вперед без топлива. Мы изучаем, как встроить солнечные элементы в конструкции солнечного паруса для создания больших бестопливных солнечных электростанций.
Эти методы позволят нам построить электростанции в космосе. Действительно, когда-нибудь станет возможным производство и развертывание единиц в космосе с Международной космической станции или будущего. лунный шлюз который будет вращаться вокруг Луны. Фактически, такие устройства могут помочь обеспечить питание Луны.
Возможности на этом не заканчиваются. Хотя в настоящее время мы полагаемся на материалы с Земли для строительства электростанций, ученые также рассматривают возможность использования ресурсов из космоса для производства, таких как материалы, найденные на Луне.
Еще одна серьезная проблема – вернуть энергию на Землю. План состоит в том, чтобы преобразовать электричество солнечных элементов в энергетические волны и использовать электромагнитные поля для передачи их вниз к антенне на поверхности Земли. Затем антенна преобразует волны обратно в электричество. Исследователи во главе с Японское агентство аэрокосмических исследований уже разработали конструкции и продемонстрировали орбитальную систему, которая должен уметь это делать.
В этой области предстоит еще много работы, но цель состоит в том, чтобы солнечные электростанции в космосе стали реальностью в ближайшие десятилетия. Исследователи из Китая имеют разработал систему под названием Omega, которые они планируют ввести в действие к 2050 году. Эта система должна быть способна подавать 2 ГВт мощности в сеть Земли с максимальной производительностью, что является огромным объемом. Чтобы произвести столько энергии с помощью солнечных батарей на Земле, вам понадобится более шести миллионов из них.
Спутники на солнечной энергии меньшего размера, например, предназначенные для луноходы, может быть введен в эксплуатацию еще раньше.
Во всем мире научное сообщество вкладывает время и усилия в разработку солнечных электростанций в космосе. Мы надеемся, что однажды они могут стать жизненно важным инструментом в нашей борьбе с изменением климата.
Эта статья переиздана Разговор по лицензии Creative Commons. Прочтите оригинальная статья.
Следите за всеми проблемами и обсуждениями Expert Voices – и станьте частью обсуждения – на Facebook и Twitter. Выраженные взгляды принадлежат автору и не обязательно отражают точку зрения издателя. Эта версия статьи изначально была опубликована на Живая наука.
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
