Солнечная энергия: собираем в космосе, отправляем на Землю. Как это работает?

Привет, жители Хабра! Это Виктор Сергеев из команды спецпроектов МТС Диджитал. Идея получения солнечной энергии прямиком из космоса появилась примерно в середине XX века, возможно, даже раньше. Ее озвучил, например, Айзек Азимов в НФ-рассказе «Логика» в 42-м году. Что касается практики, а не фантастики, то один из ранних проектов NASA из 60-х предполагал размещение больших солнечных панелей на орбите Земли с целью бесперебойной подачи энергии на Землю. Но отсутствие необходимых технологий и огромные затраты, требующиеся для их поиска, привели к заморозке проекта.

Сейчас компания Aetherflux, созданная Байджу Бхаттом (сооснователь платформы Robinhood), намерена превратить эту мечту в реальность. Миссия Aetherflux — использовать спутники на низкой околоземной орбите для сбора солнечной энергии и передачи ее на Землю через инфракрасный лазер.

Идея Aetherflux: не мытьем, так катаньем

Основная идея космической энергетики проста: в космосе солнечные панели могут работать постоянно, без перерывов на ночь или помех погодных условий. Теоретически Земля может быть обеспечена чистой энергией круглосуточно при помощи геостационарных спутников или аппаратов на низкой орбите.

На практике реализация проекта для покрытия хотя бы 30% энергетических потребностей Европы обошлась бы в миллиарды евро и потребовала масштабных инфраструктурных решений. Завершить строительство в лучшем случае можно к середине XXI века. А если будут задержки и переносы, то впору вспоминать анекдот про ишака, которого учили богословию, и султана.

Aetherflux предлагает новый подход — вместо развертывания массивной сети в геостационарной орбите на расстоянии 36 000 км компания начнет с единственного спутника на высоте около 500 км. Он будет построен на базе коммерческой платформы Apex. Она разрабатывается одноименной американской компанией для быстрой сборки спутников различного размера и назначения. Они могут быть настроены под конкретные задачи и используются в основном для проектов на низкой (LEO) и геостационарной орбитах (GEO). Продуктовая линейка включает несколько моделей, среди которых Aries и Nova, подходящие для малых и средних полезных нагрузок (весом от 100 до 500 кг), и GEO Aries, предназначенная для геостационарных миссий.

Спутник планируется запустить через 12–15 месяцев с помощью SpaceX. У него будут солнечные панели, способными генерировать около 1 киловатта энергии. При помощи инфракрасного лазера Aetherflux передаст собранную энергию на Землю, где она будет приниматься мобильной наземной станцией диаметром около 10 м.

«Представить себе проект размером с небольшой город на геостационарной орбите — за гранью моего воображения. Я думаю, что масштабы — одна из причин, почему идея космической солнечной энергии долгое время оставалась невостребованной. Наш подход совсем иной», — отмечает глава Aetherflux.

Тестовая миссия позволит проверить основные возможности технологии: безопасность и эффективность сбора солнечной энергии, ее передачу через атмосферу и получение уже на Земле.

«Наша цель — превратить концепцию космической энергетики из научной фантастики в реальность, начав с демонстрационной миссии, чтобы доказать ее безопасность и эффективность для удовлетворения глобальных нужд в энергии», — говорит Бхатт.

В случае успешного выполнения в будущем будут созданы сети спутников, обеспечивающих энергией отдаленные районы, где нет возможности получать ее иным способом в нужных объемах.

Вот основные преимущества проекта:

• Постоянный источник энергии. Об этом уже говорилось выше. В отличие от земных солнечных электростанций, которые зависят от смены дня и ночи, а также погодных условий, космические спутники могут собирать и передавать энергию круглосуточно.

• «Чистая» энергия. Она потенциально может заменить дизельные генераторы или такие традиционные источники энергии, как угольные электростанции. Это привело бы к значительному сокращению выбросов CO₂.

• Компактные приемные станции. В отличие от традиционных подходов, которые предусматривают установку крупных солнечных панелей на геостационарной орбите и передачу энергии с помощью микроволн, Aetherflux предлагает развернуть сеть небольших спутников с инфракрасными лазерами. Этот метод позволяет передавать энергию компактным наземным приемникам, что делает систему более доступной и гибкой в масштабировании.

Не все так гладко

Реализация проекта сопряжена с серьезными вызовами:

Высокие начальные затраты. Космическая солнечная энергетика требует значительных инвестиций в разработку, запуск и обслуживание спутников. Поддержка их работы на орбите также потребует регулярных вложений. Космический «извоз», т. е. ракеты-носители, вещь недешевая. И здесь нужны деньги. Финансов на развертывание масштабной структуры нужно очень много.

Технические сложности. Передача энергии через атмосферу — сложный процесс, связанный с потерями по пути. Не на последнем месте и вопросы обеспечения безопасности: лучи не должны представлять угрозу для людей, животных или авиации.

Обслуживание спутников. Разработка спутников, способных стабильно работать на орбите, требует применения передовых технологий, в том числе робототехники, для сборки и обслуживания конструкций в космосе. Проекты подобного масштаба требуют сотен запусков, что может создать дополнительные проблемы — как технические, так и экологические.

Угрозы безопасности. Всегда существует риск хакерских атак на спутники. С этим тоже надо что-то делать, поскольку перехват управления энергетическим спутником не игрушка.

Когда мечты станут реальностью?

Космическая солнечная энергетика рассматривается учеными, правительствами и компаниями как перспективное направление. Доступ человечества к постоянному «чистому» источнику энергии решит множество проблем на Земле.

Компании вроде Aetherflux предлагают необычные идеи и пути их реализации. В будущем, при успешной реализации первых проектов, возможно, у нас появится еще один источник энергии. Как сейчас возник дополнительный канал связи — тоже спутниковый, от Starlink.

Несмотря на высокую стоимость, сложности с разработкой технологий и вопросы безопасности, у космической энергетики есть потенциал стать частью глобальной энергетической инфраструктуры. Прорывы в области робототехники, материаловедения и снижения стоимости запусков приближают этот момент. Вероятно, в ближайшие 3–5 лет мы увидим и другие проекты, помимо пилота от Aetherflux.