Прорыв произошёл на крыше дома в Калифорнии. Вы о нём не слышали.
22 мая 2023 г., Пасадена, Калифорния
Ректенна — микроволновый приёмник — на крыше лаборатории Мура Калифорнийского технологического института обнаружила нечто, чего никогда раньше не наблюдалось: электроэнергию, передаваемую по беспроводной связи с орбиты. Сигнал пришёл в ожидаемое время, на ожидаемой частоте, с точным сдвигом частоты, предсказанным для передачи из космоса.
Это сработало.
После десятилетий теорий, предложений и скептицизма человечеству впервые удалось успешно передать солнечную энергию из космоса на Землю.
Последствия ошеломляют. И почти никто этого не заметил.
Что они на самом деле сделали
В январе 2023 года Калифорнийский технологический институт запустил 50-килограммовый прототип под названием Space Solar Power Demonstrator на борту ракеты SpaceX. Устройство оснащалось системой MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment) — набором гибких и лёгких микроволновых передатчиков.
Концепция элегантно проста: собирать солнечную энергию в космосе, преобразовывать ее в микроволны, передавать на Землю и преобразовывать обратно в электричество.
В марте 2023 года MAPLE успешно передал энергию по беспроводной связи между приёмниками в космосе, зажигая светодиоды, чтобы продемонстрировать полную последовательность передачи энергии. Эксперимент проходил в суровых условиях космоса — под воздействием резких перепадов температур и солнечной радиации — без защитной герметизации.
Затем наступило 22 мая. MAPLE направил свою энергию к Земле через небольшое окно передачи. Приёмник в Пасадене зафиксировал её.
Первая успешная передача электроэнергии из космоса на Землю: подтверждено.
Почему это все меняет
Солнечные панели на Земле сталкиваются с очевидной проблемой: солнце не светит ночью. Облака его закрывают. На него влияют времена года. Панели собирают энергию с перерывами, что требует масштабной инфраструктуры для хранения энергии.
В космосе таких ограничений не существует.
Солнечные электростанции космического базирования работают круглосуточно. Без ночи, без погоды, без времён года. Спутники на правильной орбите постоянно получают чистый солнечный свет. Доступная энергия в восемь раз превышает энергию лучших солнечных установок на поверхности Земли.
Но революционным аспектом является не только постоянное электроснабжение, но и способ передачи.
MAPLE использует прецизионное управление синхронизацией для фокусировки микроволновой энергии в определённых точках без использования подвижных частей. Антенна может динамически направлять пучок энергии туда, где это необходимо. Сейчас одно место, через несколько минут — другое. Энергия направляется точно туда, куда нужно, и никуда больше.
Часть, о которой никто не говорит
Вот что делает это по-настоящему преобразующим: не требуется наземная инфраструктура.
Традиционная энергетика требует огромной инфраструктуры. Электростанции. Линии электропередачи. Подстанции. Сетевые сети. Десятилетия строительства. Миллиарды инвестиций. А если вы находитесь в отдалённом регионе или зоне бедствия, у вас просто нет доступа.
Солнечная космическая энергетика устраняет все это.
Спутник может передавать энергию непосредственно на приёмник в любой точке Земли. В отдалённые деревни. В районы стихийных бедствий. В зоны боевых действий. В регионы без электросетей. В места, где строительство инфраструктуры невозможно или займёт десятилетия.
Та же технология, которая используется в вашей микроволновой печи, становится системой доставки неограниченной чистой энергии.
Как сказал профессор Калифорнийского технологического института Али Хаджимири: «Точно так же, как Интернет демократизировал доступ к информации, мы надеемся, что беспроводная передача энергии демократизирует доступ к энергии».
Дизайн, который делает это возможным
Причина, по которой космическая солнечная энергетика так долго оставалась лишь теорией, заключалась в проблеме веса. Запуск любого объекта на орбиту обходится примерно в 1500 долларов за килограмм. Тяжёлые солнечные батареи были бы невероятно дорогими.
Конструкция Калифорнийского технологического института решает эту проблему. Каждый модуль складывается в контейнер объёмом около 1 кубического метра — достаточно компактный, чтобы запуск был экономически выгодным. Выйдя на орбиту, он разворачивается в квадрат со стороной примерно 50 метров. Солнечные элементы одной стороной обращены к Солнцу. Беспроводные передатчики энергии другой стороны обращены к Земле.
Массивы гибкие, лёгкие и построены с использованием недорогих кремниевых технологий. Массовое производство становится рентабельным. Стоимость запуска становится контролируемой.
Полная концепция: созвездие таких спутников, каждый из которых представляет собой модульную единицу в системе генерации электроэнергии, охватывающей орбитальное пространство. В совокупности они могли бы производить больше энергии, чем все наземные солнечные установки вместе взятые.
При максимальном масштабировании каждый спутник сможет генерировать около 2 гигаватт электроэнергии, что примерно эквивалентно мощности атомной электростанции.
Что происходит дальше
Демонстрация Калифорнийского технологического института доказала работоспособность концепции. Технология выдерживает запуск, работает в космосе и успешно передаёт электроэнергию на Землю.
Теперь перед нами стоит инженерная задача: масштабирование.
Этим занимаются несколько организаций:
Программа SSPP Калифорнийского технологического института продолжает совершенствовать технологию, получив финансирование в размере более 100 миллионов долларов от филантропа Дональда Брена.
Компания Space Solar (Великобритания) разрабатывает CASSIOPeiA — свою версию орбитальных спутников солнечной энергии.
Европейское космическое агентство осуществляет активные исследовательские программы.
Китай разрабатывает конкурирующие системы.
Гонка началась. Не ради военного преимущества или национального престижа. За возможность обеспечить неограниченное количество чистой энергии в любой точке Земли.
Хронология, которую никто не ожидал
Обычно революционные технологии описываются десятилетиями разработки, скептицизма, бюрократических проволочек и окончательного внедрения спустя долгое время после смерти изобретателей.
Это не соответствует шаблону.
Первая успешная передача энергии из космоса на Землю состоялась в 2023 году. Не в рамках секретной военной программы. Не в государственном учреждении. В университетской лаборатории, финансируемой частной благотворительностью, и опубликованной в открытом доступе.
В демонстрации использовались готовые компоненты и недорогое производство. Никаких экзотических материалов. Никаких секретных технологий. Только продуманная инженерия и физика, изученная десятилетиями.
Сроки коммерческого внедрения уже обсуждаются. По некоторым оценкам, системы будут готовы через 10–15 лет. Не «может быть, когда-нибудь», а в течение следующего десятилетия.
Почему это не стало главной новостью в газетах
Технология, которая может обеспечить неограниченное количество чистой энергии, работать круглосуточно, не требовать наземной инфраструктуры и подавать электроэнергию в зоны стихийных бедствий, была успешно продемонстрирована в 2023 году.
Это событие попало в заголовки научных изданий. О нём писал Space.com. IEEE Spectrum сообщил о нём. Упомянула о нём New York Times. Затем оно исчезло из поля зрения общественности.
Возможно, потому что это слишком похоже на научную фантастику. Возможно, потому что энергетическая отрасль приучила нас ожидать постепенных улучшений, а не революционных возможностей. Возможно, потому что до коммерческого внедрения ещё долгие годы, и оно кажется далёким. Возможно, потому что хорошие новости не привлекают такого же внимания, как кризисы и конфликты.
Но физика работает. Демонстрация прошла успешно. Инженерные проблемы решаемы. Финансирование есть. Сроки реалистичны.
Технологии, способные решить энергетический кризис Земли, не появятся.
Он уже на орбите.