Энергию Солнца передадут на Землю по лазерному лучу

28 января 2022




Холдинг «Российские космические системы» разработал проект перспективной солнечной космической электростанции (СКЭС). Она предназначена для энергообеспечения труднодоступных — островных, горных и северных — районов Земли, а также для плановой и аварийной подзарядки космических аппаратов.

Чем космическая солнечная станция отличается от знакомых всем наземных? В атмосфере Земли солнечные лучи рассеиваются и частично теряют энергоэффективность. В открытом космосе КПД использования солнечной энергии выше в десятки раз. Ученые РКС предложили преобразовывать ее в лазерный луч и с минимальными энергопотерями передавать на Землю.

По проекту СКЭС состоит из двух сегментов. Первый, передающий модуль — это беспилотный космический корабль площадью 70 м2, накапливающий энергию Солнца и транслирующий ее на Землю. Второй, принимающий модуль — это система наземных ректенн (мобильных антенн) с аккумуляторами, которые получают солнечную энергию с космического корабля по лазерному каналу, преобразуют ее в электроэнергию и раздают потребителям. Преимущества лазерной передачи энергии —  быстрая трансляция (от наносекунды) и крайне низкая расходимость пучка. Передающий модуль может также служить орбитальной зарядной станцией — передавать накопленную энергию космическим спутникам для оперативной подзарядки.

Станция работает по схеме раздельного накопления энергии: коллектор принимает солнечное излучение, и оно распределяется по двум направлениям. Около 5% поступает в снабжающий аккумулятор, питающий энергией саму СКЭС. Остальные 95% передаются в накопительный аккумулятор, предназначенный для трансляции энергии на Землю. Также предусмотрен буфер накопления солнечной энергии, который задействуется при переполнении снабжающего и накопительного аккумуляторов. В любой момент эту буферную электроэнергию можно направить через циклотронный преобразователь на наземную ректенну лазером.

Инициировала разработку в 2012 году инженерисследователь отделения разработки перспективной аппаратуры РКС Мария Баркова. «Задача накопления энергии на орбите возникла давно. Еще в 1920-е годы Валентин Глушко (советский инженер и ученый в области ракетно-космической техники) предложил построить гелиоракетоплан — космический корабль, работающий на энергии Солнца,— рассказала она.— Основная же концепция солнечной космической электростанции была предложена Питером Глейзером в 1960-е. Сегодня эта тема стала особенно актуальна: с одной стороны, идет поиск не связанных с ископаемыми ресурсами — нефтью, газом, углем — безопасных и экологически чистых источников энергии, с другой — есть необходимость освоения труднодоступных территорий для их развития и включения в хозяйственную и инфраструктурную систему».

Проект предполагает создание СКЭС малой мощности (до 100 кВт за одну трансляцию). Энергия накапливается довольно долго: 600 МВт придется ждать месяц-полтора —  или же создавать большую группировку из космических аппаратов, а это дороговато.

«СКЭС будет трудно конкурировать с традиционными способами получения энергии: ТЭС, ГЭС, АЭС,— говорит Мария Баркова.— Зато она может пригодиться в труднодоступных районах России, где использование традиционных способов получения энергии будет сопряжено со сложностями постройки и доставки топлива».

Предполагается, что космические электростанции будут находиться на солнечно-синхронных орбитах с наклонением 82°, 90° и 98°. Точное наведение лазерного пучка на мобильные наземные ректенны будет обеспечено синхронизирующим программным комплексом.

Разработчики подготовили технико-экономическое обоснование создания СКЭС. По их оценкам, пилотная станция, состоящая из одного космического аппарата и одной ректенны, окупится в течение 20 лет и полученная на ней энергия в труднодоступных районах будет стоить 2–6 рублей за 1 кВт·ч. В качестве потенциального заказчика на начальном этапе рассматривают региональные власти.

У станции РКС есть конкуренты. Например, Китай разрабатывает проект крупной станции на геостационарной орбите. Но российские ученые считают, что собирать ее в космосе будет слишком дорого. Японцы предлагают создать СКЭС на низкостационарной орбите, которая будет передавать энергию на Землю по СВЧ-волнам. В РКС говорят, что это будет малоэффективно: СВЧ имеет большую расходимость пучка, чем лазер, это чревато большими энергопотерями.

Источник