Орбитальные электростанции появятся совсем скоро?

Ученые всерьез рассматривают возможность сборки в космосе солнечных электростанций, передающих электроэнергию на Землю. Уже при нынешних технологиях это реально, к тому же стоимость вывода грузов в космос снизится в ближайшие десятилетия.

На международном симпозиуме по космической солнечной энергетике SPS 2014 специалисты из разных стран мира обсудили текущее состояние дел в этой области. Ученые пришли к выводу, что сегодня человечество как никогда близко подошло к возможности создания космических солнечных электростанций (КСЭ) мегаваттного класса. В некоторых областях, например, борьбе с ураганами или поставках энергии в зоны ведения боевых действий, КСЭ не только окупится, но и принесет прибыль.

Космические солнечные электростанции представляют собой большой массив солнечных панелей, выведенных на геостационарную орбиту. Благодаря большой площади и отсутствию атмосферных помех такие электростанции будут собирать огромное количество энергии, которую можно отправлять на Землю с помощью лазерного луча или микроволн.

Ключом к реализации данной идеи является низкая стоимость многоразовых ракет-носителей, которые могли бы доставить в космос груз в сотни тонн солнечных панелей и сопутствующих конструкций. По мнению ученых, в ближайшее время стоимость вывода груза на орбиту резко упадет, и первые КСЭ будут выведены в космос.

Сегодня только Япония имеет масштабную государственную программу в области КСЭ и планирует миссии, которые, в конечном счете, позволят построить в космосе электростанции мощностью в гигаватты (для сравнения энергоблок АЭС выдает мощность примерно 1000 мегаватт). Кроме того, исследования в области КЭС ведет и Китай: каждый года на них тратится примерно $30 млн.

«Для строительства КЭС мы должны иметь многоразовые ракеты», - говорит почетный профессор JAXA Сусуми Сасаки (Susumu Sasaki) из Токийского университета. Ученый подсчитал, что при нынешней стоимости запуска в $10 тыс. за 1 кг полезной нагрузки, стоимость электроэнергии гигаватной КЭС массой 10 000 т будет равна $1,12 за 1 кВт*ч. Это слишком дорого для конкуренции с ТЭЦ или АЭС, хотя и приемлемо для зон боевых действий, где сегодня электричество вырабатывают неэффективные дизельные генераторы.

Сокращение стоимости запуска до $1000 за 1 кг снизит цену электроэнергии КЭС до 18 центов за 1 кВт*ч. Для сравнения, в Техасе нынешняя цена на электроэнергию начинается с 9 центов за 1 кВт*ч, а в некоторых регионах США приближается к 20 центам.

В настоящее время компания SpaceX испытывает прототип многоразовой ракеты-носителя, которая, в случае успешного завершения разработки, позволит доставлять в космос грузы по «заветной» цене в $1000 за 1 кг. C этого момента, по мнению японского ученого, можно начать сборку первой опытной КЭС с темпом вывода груза примерно по 50 тонн в год. Всего за 15 рейсов ракеты-носителя на орбите будет построена КЭС мегаваттного класса. Разумеется, строительство гигаваттной электростанции потребует большего количества рейсов, но мощность станции можно наращивать постепенно. К тому же технологии не стоят на месте, например, повышение КПД солнечных ячеек резко ускорит процесс строительства.

Что касается безопасности при передаче энергии на Землю, то Сусуми Сасаки подчеркивает безопасность широкого луча микроволнового излучения: внутри него даже смогут без вреда для здоровья летать птицы. Единственная проблема, которую предстоит решить, - это выбор диапазона для передачи. Скорее всего, космическая электростанция будет передавать энергию на частотах микроволны 2,45 ГГц или 5,8 ГГц, поскольку эти частоты меньше всего подвержены воздействию погодных условий. КЭС не должна «глушить» беспроводные сети, работающие в данном диапазоне.

Надо отметить, что КЭС применима для управления климатом: сфокусированный микроволновый луч может «гасить» штормы и уводить торнадо от густонаселенного побережья. Таким образом, только на фоне многомиллиардных убытков от стихийных бедствий, строительство КЭС не кажется бессмысленной затеей.