В рассказе «Логика» писатель-фантаст Айзек Азимов придумал космические станции, которые собирали солнечную энергию и отправляли ее на Землю мощным лучом света. Спустя десятилетия эту идею подхватили реальные инженеры.
Не фантастика
Айзек Азимов написал рассказ в 1941 году. Действие происходило на космической станции рядом с Меркурием. С ее помощью человечество получало энергию из космоса: сложная аппаратура улавливала солнечное излучение и отправляла его на Землю точно направленным лучом. Автор предполагал, что таким образом можно было бы обеспечить планету электричеством вне зависимости от погоды и времени суток.
Идею Азимова подхватил американский инженер Питер Глейзер. В 1968 году он предложил разместить на геостационарной орбите Земли огромные солнечные панели и передающие антенны. Спутники должны были собирать излучение звезды, преобразовывать его в микроволны и отправлять на поверхность планеты. Принимать сигнал предполагалось с помощью специальной антенны — ректенны, которая превращает излучение обратно в электричество. До Глейзера этот вид антенн успешно применяли в экспериментах по передаче энергии на расстоянии в земных условиях.
В 1970-х в США начали разрабатывать орбитальные солнечные станции, способные передавать энергию на Землю. На бумаге они могли выдавать мощность до 5 ГВт — это уровень нескольких крупных АЭС или ГЭС. Однако до строительства дело не дошло: для эффективной работы требовались установки такого размера и массы, что вывести их на орбиту с помощью ракет того времени было практически невозможно.
Солнечный зайчище
В начале 1990-х российские инженеры предложили другой подход: просто перенаправить солнечный свет на Землю — с помощью орбитального отражателя. В экспериментальной программе «Знамя» исследователи спроектировали солнечный парус, который работал как гигантское зеркало.
С помощью такого «солнечного зайчика» ученые планировали продлить световой день в полярных регионах России. Первый эксперимент прошел успешно. В 1993 году корабль «Прогресс М-15» развернул на орбите отражатель диаметром около 20 метров — парус создал на Земле движущееся световое пятно шириной несколько километров. Следующая миссия сорвалась из-за проблем с развертыванием отражателя, а саму программу закрыли из-за технических сложностей и сомнений в ее эффективности.
Космическая микроволновка
За годы экспериментов человечество так и не научилось эффективно передавать энергию с орбиты на Землю. Зато в космосе похожие решения работают: спутники получают электричество от солнечных панелей и годами обходятся без топлива. В первые десятилетия космической эры советские ученые разработали и испытали фотоэлектрическую установку с концентраторами солнечного излучения — такие системы собирают свет и фокусируют его на небольшом участке, повышая выработку энергии.
Отработаны и технологии передачи данных между космическими аппаратами. Спутники Starlink обмениваются информацией через лазерные каналы, а навигационные системы ГЛОНАСС и GPS стабильно передают радиосигналы на Землю.
Самым реалистичным способом передачи энергии на Землю остается концепция Питера Глейзера. Сегодня ректенны способны преобразовывать до 50–70% микроволнового излучения — примерно вдвое больше, чем в 1970-х. В 2023 году солнечная энергия небольшой мощности впервые была передана с орбиты на поверхность с помощью микроволн, что подтвердило работоспособность схемы Глейзера. Такие решения могут пригодиться там, где трудно построить обычные электростанции — в удаленных районах или в зонах чрезвычайных ситуаций.
Хотите узнать больше — спросите у ТЭКgpt.
Оригинал статьи и другие материалы об энергетике читайте на сайте журнала «Энергия+».