Япония в следующем году собирается запустить «космическую электростанцию» — небольшой спутник, который должен продемонстрировать возможность передачи энергии с низкой околоземной орбиты на Землю. Ожидается, что разработка может стать одним из шагов к отказу человечества от ископаемого топлива в пользу солнечной энергии.
«Это будет небольшой спутник весом около 180 кг, который будет передавать около 1 кВт энергии с высоты 400 км», — рассказал представитель японского исследовательского института Japan Space Systems Коити Идзити на Международной конференции по использованию энергии из космоса. Такого количества энергии хватит для работы небольших бытовых приборов, например, посудомоечной машины. Это говорит о том, что технология пока далека от коммерческих масштабов, но у нее есть потенциал для совершенствования в будущем.
Аппарат станет частью проекта OHISAMA (в переводе с японского — «солнце»), запуск которого планируется в 2025 году. Разработчики ранее уже испытали беспроводную передачу солнечной энергии на Землю от стационарного источника, а в декабре текущего года планируют провести такой же эксперимент с помощью самолета. Он будет оснащен фотоэлектрической панелью — такой же, как у будущего спутника, — и будет передавать энергию на расстояние от 5 до 7 км.
Известно также, что спутник-демонстратор будет использовать бортовую фотоэлектрическую панель площадью 2 кв. м, которая будет заряжать его аккумулятор. Затем накопленная энергия будет преобразовываться в микроволны и направляться на наземную приемную антенну. Поскольку космический аппарат движется с высокой скоростью — около 28 тыс. км/ч, антенные элементы должны быть распределены на трассе длиной порядка 40 кми расположены в 5 км друг от друга, чтобы обеспечить непрерывное поступление достаточного количества энергии. «Передача энергетического импульса займет всего несколько минут. Но как только аккумулятор спутника разрядится, на подзарядку уйдет несколько дней», — добавил Идзити.
На конференции также обсуждались перспективы использования на Земле солнечной энергии, полученной в космосе. Эксперты отметили, что, в отличие от большинства технологий по получению возобновляемой энергии, которые сейчас используются на нашей планете, электроэнергия, полученная при преобразовании солнечного света в космосе может быть доступна постоянно, поскольку она не зависит от погоды и времени суток.
Специалисты отмечают, что развитие робототехники, совершенствование технологий беспроводной передачи энергии и, самое главное, создание гигантской ракетной системы Starship/Super Heavy от компании SpaceX могут воплотить идею о космических солнечных электростанциях в реальность.
В январе-феврале 2023 года демонстрационный спутник Space Solar Power Demonstrator, построенный инженерами Калифорнийского технологического института, впервые передал солнечную электроэнергию из космоса. Во время эксперимента электроэнергия передавалась с низкой околоземной орбиту с помощью решетки микроволновых преобразователей-излучателей MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment). Микроволны, передаваемые со спутника, преобразовывались на Земле в электроэнергии и смогли зажечь два мощных светодиода. За один раз в ходе испытаний удавалось передать 1 милливатт электроэнергии.
Технологию преобразования и передачи разрабатывают ряд космических агентств и исследовательских центров по всему миру, включая Европейское космическое агентство, Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов и Военно-воздушные силы США. Возможность постройки орбитальных солнечных электростанций с беспроводной передачей электроэнергии на Землю впервые была описана в 1968 году.
Однако у использования солнечной электроэнергии из космоса есть и минусы. В январе NASA опубликовало отчет, в котором раскритиковала возможность практического применения этой технологии. В агентстве отмечают, что она достаточно сложная в реализации и требует больших ресурсных затрат для строительства, запуска и сборки крупных орбитальных электростанций. Это означает, что производимая ими энергия будет дорогой — по расчетам NASA выходит 61 цент за киловатт-час, по сравнению с пятью центами за киловатт-час за энергию от солнечных батарей и ветрогенераторов.
Сторонники этой идея постоянно «забывают» о том, что орбитальная солнечная электростанция, передающая энергию на Землю в промышленных масштабах, — это не спутник-демонстратор, а гигантское сооружение, для постройки которого потребуется большое количество полетов ракет-носителей. По мнению NASA, для строительства космической солнечной электростанции мощностью 1 гигаватт, такой как перспективная станция CASSIOPeiA от британской компании Space Solar, нужно будет как минимум 68 пусков системы Starship компании SpaceX. 350 тысяч тонн продуктов сгорания, выброшенные при этом, негативно скажутся на экологии.