Амбициозные проекты по разработке орбитальных солнечных электростанций существуют во всех странах с собственными космическими программами. На орбите с каждого квадратного метра можно добывать в восемь раз больше энергии, чем на Земле и происходит это 24 часа в сутки без перерывов на ночь. Учёные из Калифорнийского технологического института намерены реализовать свой проект уже в декабре, запустив на орбиту первый прототип солнечной электростанции.
Источник изображений: Caltech
Проект Калтеха стартовал с рекордного пожертвования в 2013 году. Председатель совета директоров Irvine Company Дональд Брен (Donald Bren) передал на программу создания орбитальной солнечной электростанции чуть больше $100 млн. В 2015 году в проект влила средства компания Northrop Grumman, выделив институту $17,5 млн.
Разработка велась по трём направлениям. Одна группа учёных разрабатывала сверхлёгкие солнечные элементы, другая создавала сверхлёгкие и эффективные преобразователи электрической энергии от батарей в микроволновое излучение, а третья группа проектировала структуру солнечных полей для вывода в космос с учётом ограничений современных ракет-носителей.
Сейчас все три проекта воплощены в одном прототипе, который вскоре будет отправлен на орбиту. Созданные первой группой солнечные элементы обещают в 50–100 раз лучшее соотношение вырабатываемой мощности к весу, чем современные спутниковые солнечные панели, включая самые новейшие на МКС.
Вторая команда представила сверхлёгкое, миниатюрное и недорогое оборудование для преобразования постоянного тока от солнечных батарей в радиочастотный сигнал для последующей передачи на Землю. Решение направляет его с помощью манипуляции фазой сигнала, обещая высочайшую точность и скорость.
Сама панель выполнена в виде плитки площадью 10 см2. В одном модуле расположены как двухсторонние солнечные элементы, так и модуль преобразования в радиочастотный сигнал. Вес одного модуля всего 2,8 г. Модули собираются в ленты шириной 2 м и длиной до 60 м в самой длинной части солнечной фермы. Из лент создаётся квадрат со сторонами 60 м, а само поле для отправки в космос сворачивается в очень компактную форму — почти как оригами. Из таких квадратов предполагается собирать солнечные фермы на орбите площадью 9 км2. На орбите поля будут самостоятельно разворачиваться в квадраты, механизм для чего тоже придуман и он очень лёгкий — порядка 150 г на м2.
Учёные рассматривают два варианта орбиты для своих солнечных орбитальных ферм — геосинхронную с постоянным направлением на одну приёмную станцию на Земле и менее затратную по стоимости запуска более низкую орбиту, но с несколькими «кочующими» по орбите станциями с рассредоточенными по Земле приёмными станциями. Последний вариант представляется предпочтительнее. Пять солнечных ферм на средней орбите потребуют 39 запусков и обеспечат от $1 до $2 за киловатт-час. Это от 10 до 20 раз дороже, чем сегодня в США в среднем стоит один киловатт-час электрической энергии, но с точки зрения экологической чистоты эффект обещает быть существенным.
