С ростом числа спутников на орбите Земли возникает необходимость в эффективных методах их энергоснабжения. Учитывая, что традиционные солнечные панели могут быть громоздкими и требовать регулярного обслуживания, исследователи начали искать более устойчивые решения. Одним из таких подходов стало использование фотосинтетических структур, извлеченных из бактерий, для создания лазеров, которые будут работать на солнечной энергии.
Проект APACE, возглавляемый профессором Эриком Гогером из Университета Хериот-Уотта (Шотландия), ставит перед собой задачу адаптировать молекулярные антенны бактерий для передачи энергии в космос. Эти антенны способны поглощать солнечный свет и преобразовывать его в лазерное излучение. Гогер объясняет, что такая система может заменить традиционные солнечные панели, сокращая необходимость в сложной электронике и тяжелых конструкциях.
На начальном этапе проект направлен на создание доказательства концепции на Земле. Исследователи планируют протестировать различные виды бактерий, чтобы определить, какие из них наиболее эффективны для использования в космосе. Например, экстремофилы, которые могут выживать в условиях низкой освещенности, обладают уникальными молекулярными антеннами, способными максимизировать поглощение света. Эти свойства могут оказаться полезными для будущих космических технологий.
Лазеры, основанные на фотосинтетических антеннах, работают по принципу стимулированного излучения. Когда фотоны взаимодействуют с усиливающей средой, они генерируют дополнительные фотоны, что приводит к образованию когерентного лазерного луча. Исследователи рассматривают возможность использования неодимовых нанокристаллов в качестве этой среды, что может повысить эффективность системы.
Одним из главных преимуществ этой технологии является возможность выращивания бактерий в космосе, например, на Международной космической станции. Это устраняет необходимость в постоянных запусках с Земли ракет для замены старых солнечных панелей. Правда, для начала работы прототипа в космосе потребуется значительное финансирование и успешное завершение первой фазы.
Несмотря на то что эффективность новых фотосинтетических антенн может быть ниже, чем у традиционных солнечных панелей, они имеют свои преимущества. Обычные кремниевые панели преобразуют солнечный свет в электричество с эффективностью около 30%. В то время как органические солнечные батареи, разрабатываемые в рамках проекта APACE, могут достигать лишь 10–15% эффективности. Гогер подчеркивает, что это все равно значительно лучше, чем отсутствие альтернативы.
В отличие от традиционных солнечных панелей, которые требуют сложных электрических компонентов для преобразования энергии, система APACE должна упростить процесс. Она автоматически преобразует солнечный свет в лазерное излучение, минуя необходимость в батареях и схемах. Это упрощение может привести к значительному снижению стоимости передачи энергии в космос.
Кроме того, если технология окажется успешной, ее можно будет использовать не только для питания спутников, но и для обеспечения энергией баз на Луне или Марсе. Гогер отмечает, что в будущем можно будет расширить проект, выращивая больше бактерий в космосе и производя их на месте, что также снизит затраты на запуск ракет для доставки новых солнечных панелей и оборудования с Земли.