Текст опубликован в личном блоге и его автор не имеет отношения к администрации сайта
Японские исследователи достигли важного рубежа в разработке солнечных электростанций в космосе для снабжения электроэнергией Земли. В декабре в качестве промежуточного шага они успешно испытали передачу электроэнергии с помощью микроволн с самолета на Землю. Хотя расстояние составило всего семь километров, развитие проекта Ohisama Японской организации космических систем, с помощью которого Япония стремится стать мировым лидером в этой новой технологии, идет по графику.
Еще в 1968 году американский ученый Питер Глейзер предложил устранить два недостатка наземных солнечных электростанций за счет использования электростанций в космосе: солнечные элементы на Земле не вырабатывают электроэнергию ночью и очень мало в плохую погоду. В космосе солнечные панели на геостационарной орбите могут вырабатывать электроэнергию в течение всего дня, независимо от погоды, и передавать ее на Землю с помощью микроволн и лазеров.
На практике высокие затраты на транспортировку необходимых солнечных модулей долгое время делали эту идею нереалистичной. Однако снижение стоимости запусков ракет дает надежду на то, что в долгосрочной перспективе эту технологию можно будет использовать и в коммерческих целях.
Началась всемирная гонка по исследованию солнечных электростанций в условиях невесомости. Крупнейшими инвесторами в эту технологию являются США и Китай, но к участию подключаются и более мелкие страны: в 2030 году Исландия хочет стать первой страной, которая будет использовать солнечную энергию из космоса в больших масштабах для своей собственной энергосети.
Однако НАСА в своем исследовании, проведенном в начале 2024 года, показало, насколько высоки препятствия. Космическое агентство исследовало, при каких условиях космические электростанции могут стать конкурентоспособной альтернативой наземным солнечным электростанциям для общества с нулевым уровнем выбросов.
В базовых сценариях солнечная энергия с орбиты была в 12–80 раз дороже, чем от традиционных электростанций. Однако конкурентоспособность по сравнению с другими источниками энергии может быть достигнута, если затраты на запуски и производство ракет снизятся больше, чем предполагалось в базовом сценарии.
Этих прогнозов должно быть достаточно для правительств и исследователей, чтобы продолжить разработки. Япония полагается на свое конкурентное преимущество: в то время как США и Китай являются лидерами по запускам ракет, Япония считает себя пионером в области передачи энергии с помощью микроволн.
Фактически, правительство включило этот вопрос в базовый план космической политики 15 лет назад и продолжает его продвигать. При разработке этой технологии японцы, как обычно, подходят к делу обстоятельно и поэтапно.
В 2019 году исследователям удалось осуществить первую в мире беспроводную передачу энергии с использованием фазированной антенной решетки для передачи микроволновой энергии. Эта технология разрабатывается не только для далеких планов в космосе, но и для предстоящего использования на Земле, например, для беспроводного питания дронов или роботов на заводах.
С 2020 года Япония стала первой страной, которая приняла правила беспроводной передачи энергии в следующих диапазонах частот: 920 МГц, 2,4 ГГц и 5,7 ГГц. Испытания, проведенные в сентябре, доказали, что передача возможна и на больших расстояниях. 13 измерительных приборов, каждый площадью десять квадратных сантиметров, без проблем принимали радиоволны от самолета.
Далее будут испытаны другие важные компоненты, такие как легкая складная приемная мембрана — «ректенна». Её планируется испытать при передаче энергии в космосе от одного космического корабля к другому. Планируется также передача энергии со спутников на низкой орбите. Однако могут пройти еще десятилетия, прежде чем эта технология будет по-настоящему готова к выходу на рынок.
Правительство Японии надеется, что к 2050 году электроэнергия с крупных электростанций сможет направляться станциям на Земле. В своих презентациях Japan Space System изображает солнечную батарею площадью два квадратных километра в космосе и четырехкилометровый приемник на Земле.