Навукоўцам упершыню ўдалося перадаць энергію з космасу на Зямлю
Навукоўцы правяраюць, як спадарожнікі могуць збіраць энергію Сонца і пасылаць яе на Зямлю. Вынікі эксперыментаў абнадзейваюць.
Мастацкая канцэпцыя касмічнай сонечнай устаноўкі. Фота: NASA / SAIC
Перадаваць сонечную энергію наўпрост з космасу на Зямлю, без кабеляў, — гэта мара навукоўцаў, якая з'явілася даўно, пра яе разважалі яшчэ паўстагоддзя таму.
Над зямной атмасферай сонечнае святло ніколі не засланяецца хмарамі, там няма ні дня, ні ночы. Тэарэтычна спадарожнікі, што збіраюць сонечную энергію, могуць працаваць кругласутачна, накіроўваючы электраэнергію туды, дзе яна неабходная, у любы пункт Зямлі. Але рэалізацыю гэтай ідэі доўгі час адхілялі як занадта складаную і дарагую.
Цяпер навукоўцы, нарэшце, пачалі яе ажыццяўленне.
1 чэрвеня 2023 года амерыканскія навукоўцы з Каліфарнійскага тэхналагічнага інстытута паведамілі, што ім упершыню ў гісторыі ўдалося правесці паспяховы эксперымент па перадачы энергіі з космасу на Зямлю.
Касмічны дэманстратар SSPD (Space Solar Power Demonstrator) — невялікі спадарожнік вагой прыблізна 50 кг — быў запушчаны ў студзені 2023-га года пры дапамозе ракеты SpaceX. Адзначаецца, што энергія ад спадарожніка была зарэгістраваная спецыяльнай устаноўкай, змантаванай на даху інжынернай лабараторыі ў кампусе Каліфарнійскага тэхналагічнага інстытута. Прыняты сігнал з'явіўся ў чаканы час, а велічыня яго частотнага зруху дакладна адпавядала разліковым значэнням.
Над чым працуе Каліфарнійскі інстытут
Адным з ключавых кампанентаў дэманстратара SSPD Каліфарнійскага тэхналагічнага інстытута ёсць прататып магутнага праменя пад назвай Maple — скарочана ад Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment, распавядае WSJ.
Дэманстратар стварыў мікрахвалі і накіраваў іх з адной часткі спадарожніка ў іншую, запаліўшы два тэставыя святлодыёды. Пройдзеная адлегласць невялікая, каля 0,3 метра, але гэта першая задакументаваная дэманстрацыя магутнага праменя ў космасе. Як ужо было адзначана, прылада таксама накіроўвала мікрахвалі на Зямлю, якія ўлоўліваліся наземнымі дэтэктарамі Каліфарнійскага тэхналагічнага інстытута.
Бартавая вэб-камера адсочвала працу прыбора Maple, калі ён выканаў першае выпраменьванне энергіі ў космасе. Перадатчык справа генераваў кіраваны пучок мікрахваляў і накіроўваў яго на прымальнік злева, які пераўтвараў гэтыя мікрахвалі ў электрычнасць. Загарэліся два святлодыёды, даказваючы, што эксперымент удаўся. ФОТА: Space Solar Power Project / Caltech
Maple мае новую модульную канструкцыю, якая аб'ядноўвае калектар сонечнай энергіі і перадатчык у адзіны аўтаномны блок. Такі падыход можа дапамагчы ліквідаваць адну з найбольш сур'ёзных перашкод на шляху стварэння спадарожнікаў на сонечнай энергіі — шакавальнае патрабаванне да памеру. У прыватнасці, каб адпавядаць магутнасці электрастанцыі сярэдняга памеру, сонечнаму спадарожніку спатрэбіцца не менш за паўтара кіламетра плошчы збору святла.
Над перадачай энергіі з космасу працуюць і іншыя лабараторыі.
Так, праект «Арахна», якім кіруе даследчая лабараторыя ў Дэйтане, штат Агая, павінен вырашыць больш складаную задачу па перадачы энергіі з арбіты на наземную станцыю. Яго запуск запланаваны на 2025 год. Еўрапейскае касмічнае агенцтва распрацоўвае план магчымай еўрапейскай касмічнай сонечнай сеткі. Пра планы размясціць на арбіце сонечныя батарэі, каб перадаваць энергію на Зямлю, паведамляў таксама Кітай.
Адна з цэнтральных задач усіх гэтых праектаў — пошук бяспечнага, эфектыўнага і надзейнага спосабу перадачы гігаватаў электраэнергіі на зямлю, а затым пераўтварэнне яе ў электрычнасць, якую могуць выкарыстоўваць людзі.
Пераважны метад перадачы — мікрахвалевыя прамяні, у значнай ступені таму, што яны могуць свабодна перамяшчацца ў паветры незалежна ад надвор'я. Хоць гэтыя прамяні аналагічныя тым, што выкарыстоўваюцца ў мікрахвалёўках, навукоўцы кажуць, што яны не будуць такімі канцэнтраванымі.
Як гэта будзе працаваць
Спадарожнік на сонечнай энергіі будзе пераўтвараць электрычнасць у мікрахвалевы сігнал і перадаваць яго да прымальніка, толькі ў гэтым выпадку прымальнік будзе знаходзіцца за сотні ці тысячы кіламетраў на Зямлі. Гэты прымальнік, у сваю чаргу, будзе збіраць мікрахвалі і выкарыстоўваць электроніку для зваротнага працэсу, пераўтвараючы хвалі назад у электраэнергію. Большасць канцэпцый спадарожнікаў на сонечнай энергіі выкарыстоўвае гэты падыход.
Каб данесці сонечную энергію з космасу да людзей, спатрэбіцца не толькі шмат спадарожнікаў, але і мноства антэнных фермаў на зямлі. Паводле справаздачы, для магутнасці выпраменьвання ў два гігаваты спатрэбіцца каля 40 квадратных кіламетраў прымальніка.
Куды пойдзе энергія?
Ёсць шмат прапаноў, куды можа пайсці энергія, калі яна дасягне Зямлі. Хтосьці ставіць ваенную мэту: перадаваць энергію ў месцы баявых дзеянняў, каб людзям не даводзілася спадзявацца на бензавозы. Хтосьці хоча выкарыстаць яе для аварыйнага электразабеспячэння пасля стыхійных бедстваў або для электрыфікацыі месцаў без правадоў, напрыклад, аддаленых раёнаў Афрыкі.
Яшчэ адно пытанне — бяспечнасць мікрахвалевай энергіі для чалавека. Нядаўняе даследаванне Еўрапейскай камісіі паказала, што ўваходныя мікрахвалевыя прамяні будуць занадта слабыя і рассеяныя, каб нанесці шкоду здароўю чалавека. Аднак некаторыя ўдзельнікі навуковых праектаў кажуць, што для грамадскага прызнання спатрэбяцца далейшыя ўважлівыя даследаванні.
Што датычыць кошту касмічнай сонечнай энергіі, то ён будзе залежаць непасрэдна ад кошту касмічных запускаў і электронікі. Па словах даследчыкаў, гэта можа быць «канкурэнтаздольная па цане тэхналогія».
Чытайце яшчэ:
Гэтае вынаходніцтва дазволіць чалавецтву жыць вечна. Расказваем, як яго пабудаваць
Італьянскія фермеры ратуюць старажытны фрукт з дапамогай сонечнай энергіі
Apple прэзентавала новыя акуляры змяшанай рэальнасці. У іх аб'яднаюцца віртуальны і рэальны светы
