Исследователи Калтеха тестируют прототип космической солнечной батареи

Массив солнечных батарей в космосе теоретически может обеспечить мир чистой, возобновляемой и доступной энергией. Однако эта идея сопряжена со многими технологическими трудностями, как в сборе солнечной энергии, так и в ее передаче на Землю. Команда из Калифорнийского технологического института (Caltech) только что отправила на орбиту прототип космической солнечной батареи для тестирования различных технологий.

В условиях стремительного роста цен на энергоносители, а также в целях сохранения нашей планеты, расширение использования возобновляемых источников энергии сегодня кажется неизбежным. Хотя фотоэлектрические панели пользуются плодами технического прогресса и становятся все более эффективными, все они сталкиваются с одной и той же проблемой: они работают только тогда, когда светит солнце, т.е. не ночью и не в плохую погоду, и не могут обеспечивать постоянную энергию.

Чтобы обойти эту проблему и заставить солнечные панели работать 24 часа в сутки, решение очевидно: разместить их намного выше облачного покрова, в космосе, где солнечный свет будет попадать на них беспрепятственно. Однако эта концепция еще требует изучения, как с точки зрения стоимости размещения панелей на орбите, так и с точки зрения того, как эффективно доставить произведенную энергию на Землю. Чтобы проверить осуществимость проекта, исследователи из Калифорнийского технологического института только что отправили на орбиту прототип космического модуля солнечной энергии — Space Solar Power Demonstrator (SSPD).

Три основные технологии на испытательном стенде

«Независимо от того, что произойдет, этот прототип — большой шаг вперед«, — сказал в своем заявлении соруководитель проекта, профессор электротехники и медицинской инженерии Калтеха Али Хаджимири. Солнечная энергосистема, если она будет реализована, будет состоять из созвездия модульных космических аппаратов, которые будут отвечать за сбор солнечного света, преобразование его в электричество, а затем передачу этого электричества (по беспроводной связи) обратно на Землю, «в том числе в места, где в настоящее время нет доступа к надежной электроэнергии».

Первый шаг — испытание модуля весом около 50 кг, который содержит три отдельных эксперимента для проверки ключевых технологий проекта. Первый — DOLCE (Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment), развертываемая конструкция размером примерно 2 x 2 метра, предназначенная для проверки (в небольшом масштабе) архитектуры и механизмов развертывания, предусмотренных для созвездия кораблей, которые составят космическую электростанцию.

В рамках эксперимента ALBA команда проекта протестирует и сравнит эффективность более 30 различных типов фотоэлектрических элементов, чтобы определить, какие из них лучше всего выдерживают суровые условия космоса. Наконец, эксперимент MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment) — вероятно, самый важный — направлен на проверку беспроводной передачи вырабатываемой энергии на большие расстояния. Для этого космический аппарат несет массив микроволновых передатчиков энергии, которые будут передавать энергию на два целевых приемника в космосе.

Солнечные панели обычно тяжелые и громоздкие, поэтому команде пришлось проявить изобретательность в создании системы, которая была бы одновременно достаточно легкой, чтобы снизить стоимость запуска в космос, и достаточно прочной, чтобы выдержать особенно суровые условия. «DOLCE] использует последнее поколение ультратонких композитных материалов для достижения беспрецедентной эффективности и гибкости упаковки«, — сказал Серджио Пеллегрино, профессор аэрокосмического и гражданского строительства в Калтехе и один из руководителей проекта.

Полностью переработанный способ передачи

Точно так же, в то время как традиционные солнечные панели требуют обширной проводки для передачи энергии, для MAPLE необходимо было все заново изобрести. «Вся гибкая сеть MAPLE вместе с ее электронными чипами для беспроводной передачи энергии и основными элементами передачи была разработана с нуля. Он был сделан не из элементов, которые можно купить, потому что их даже не существовало«, — объясняет Али Хаджимири.

В следующем видеоролике показано, как эти различные компоненты устанавливаются на корабль Vigoride, разработанный компанией Momentus Space.

Запуск прототипа с помощью ракеты SpaceX Falcon 9 прошел без заминок 3 января. Команда Калтеха планирует начать проведение экспериментов в ближайшие несколько недель. Как только они получат доступ к SSPD, они начнут командовать развертыванием DOLCE, а бортовая камера обеспечит немедленную обратную связь о том, было ли развертывание успешным или нет.

Однако для оценки эффективности отдельных фотоэлектрических элементов потребуется до шести месяцев, а в рамках проекта MAPLE необходимо провести длинную серию испытаний. Несколько камер будут наблюдать за модулем на протяжении всего эксперимента. Все технологии, разумеется, были протестированы на Земле и прошли строгие этапы, необходимые для запуска в космос.

Каким бы ни был результат космических испытаний, команда только выиграет. «Мы считаем, что космические эксперименты дадут нам много дополнительной полезной информации, которая будет направлять проект по мере его дальнейшего продвижения«, — сказал Али Хаджимири. Прежде всего, этот прототип поможет определить, стоит ли уделять больше ресурсов и средств концепции космической солнечной энергетики.