Ученые впервые в мире передают солнечную энергию из космоса на Землю : ScienceAlert

Sep 01, 2023

Солнечная энергия является наиболее быстрорастущей формой возобновляемой энергии, и в настоящее время на ее долю приходится 3,6 процента мирового производства электроэнергии. Это делает его третьим по величине источником возобновляемой энергии на рынке, за которым следуют гидроэлектроэнергия и энергия ветра.

Ожидается, что эти три метода будут расти в геометрической прогрессии в ближайшие десятилетия, достигнув 40 процентов к 2035 году и 45 процентов к 2050 году. В целом ожидается, что к середине столетия возобновляемые источники энергии будут составлять 90 процентов энергетического рынка, а солнечная энергия будет составлять примерно половину.

Однако для того, чтобы этот переход состоялся, необходимо преодолеть ряд технических проблем и проблем.

Основным ограничивающим фактором для солнечной энергии является прерывистость, то есть она может собирать энергию только при наличии достаточного количества солнечного света. Чтобы решить эту проблему, ученые потратили десятилетия на исследования космической солнечной энергии (SBSP), где спутники на орбите будут собирать энергию 24 часа в сутки, 365 дней в году, без перерыва.

Чтобы разработать эту технологию, исследователи из проекта «Космическая солнечная энергия» (SSPP) в Калифорнийском технологическом институте недавно завершили первую успешную беспроводную передачу энергии с использованием микроволновой решетки для эксперимента по передаче энергии на низкой орбите (MAPLE).

MAPLE был разработан командой Калифорнийского технологического института под руководством Али Хаджимири, профессора электротехники и медицинской инженерии Брена и содиректора SSPP. MAPLE — одна из трех ключевых технологий, протестированных космическим демонстратором солнечной энергии (SSPD-1).

Эта платформа состоит из множества гибких и легких микроволновых передатчиков, управляемых специальными электронными чипами. Демонстратор был построен с использованием недорогих кремниевых технологий, предназначенных для сбора солнечной энергии и передачи ее на нужные приемные станции по всему миру.

SSPP началась в 2011 году, когда Дональд Брен, пожизненный член Попечительского совета Калифорнийского технологического института, обратился к тогдашнему президенту Калифорнийского технологического института Жану-Лу Шамо, чтобы обсудить создание исследовательского проекта SBSP.

Брен и его жена (также попечитель Калифорнийского технологического института) согласились пожертвовать в общей сложности 100 миллионов долларов на финансирование проекта, а корпорация Northrop Grumman предоставила дополнительные 12,5 миллионов долларов. SSPD-1 был запущен 3 января на борту космического корабля SpaceX Falcon 9 в рамках программы совместного использования транспортных средств и развернут космическим кораблем Vigoride (предоставленным аэрокосмической компанией Momentus).

Чтобы SBSP был осуществим, спутники должны быть легкими, чтобы их можно было запускать экономически эффективным способом, и гибкими, чтобы они могли помещаться внутри обтекателей полезной нагрузки (аналогично космическому телескопу Джеймса Уэбба (JWST).

Гарри Этуотер, руководитель отдела инженерных и прикладных наук Отиса Бута, профессор прикладной физики и материаловедения Говарда Хьюза и директор Liquid Sunlight Alliance, является одним из главных исследователей проекта. Как он объяснил в пресс-релизе Калифорнийского технологического института:

«Демонстрация беспроводной передачи энергии в космосе с использованием легких конструкций является важным шагом на пути к космической солнечной энергии и широкому доступу к ней во всем мире. Солнечные панели уже используются в космосе, например, для питания Международной космической станции, но для запуска и развертывания достаточно больших Чтобы обеспечить Землю электроэнергией, SSPP должна спроектировать и создать сверхлегкие, дешевые и гибкие системы передачи солнечной энергии».

Каждый блок SSPP весит около 50 кг (110 фунтов), что сопоставимо с микроспутниками, которые обычно весят от 10 до 100 кг (от 22 до 220 фунтов). Каждый блок складывается в пакеты объемом около 1 м3 (35 футов3), а затем разворачивается в плоский квадрат диаметром около 50 м (164 футов) с солнечными элементами с одной стороны и беспроводными передатчиками энергии с другой.

Компоненты СПДД-1 негерметичны, то есть подвергаются воздействию экстремальных температурных перепадов в космосе. Помимо демонстрации того, что передатчики энергии могут выжить при запуске в космос, эксперимент предоставил инженерам SSPP полезную информацию.

«Благодаря экспериментам, которые мы провели до сих пор, мы получили подтверждение того, что MAPLE может успешно передавать энергию приемникам в космосе», — сказал Хаджимири.