Спутники в космосе, собирающие солнечный свет и превращающие солнечную энергию в полезную энергию для приложений на Земле, — это идея, которая изучается на протяжении десятилетий. Но хотя Соединенные Штаты были пионерами в этой технологии, интерес правительства к переносу ее из лаборатории на орбиту был в лучшем случае прохладным.
Сейчас американские военные пытаются возродить эту операцию. В 2020 году Военно-морская исследовательская лаборатория начала эксперимент на борту космического самолета X-37B ВВС, в ходе которого были успешно протестированы аппаратные средства для улавливания солнечного света и преобразования его в электрическую энергию постоянного тока.
Однако эксперимент NRL был только демонстрацией в космосе и не предназначался для передачи энергии, захваченной в космосе, обратно на землю. Эта возможность будет испытана Исследовательской лабораторией ВВС, если все пойдет по плану, в рамках эксперимента стоимостью 100 миллионов долларов, запуск которого запланирован на 2025 год.
Миссия AFRL, получившая название Arachne, была задумана в ответ на военную логистическую задачу: обеспечение надежных источников энергии на суровых базах, где нет никакой инфраструктуры. Сегодня топливо, используемое для работы генераторов поля, приходится перевозить на грузовиках, что превращает эти колонны в мишени для противников. AFRL считает, что доступ к солнечной энергии из космоса может помочь уменьшить эту уязвимость.
Лаборатория также утверждает, что более активная государственная поддержка этой технологии послужит сигналом для коммерческой отрасли и инвесторов, что расширит рыночные возможности.
«Подобно системе глобального позиционирования, которая начиналась как военный актив и превратилась в технологию, которая теперь используется людьми повсюду, эта система излучения солнечной энергии может перейти к более широкому использованию, обеспечивая солнечную энергию независимо от погоды, времени суток или широты. — заявил AFRL.
Arachne сделала шаг вперед в прошлом месяце, когда инженеры AFRL и Northrop Grumman в лаборатории в Линтикуме, штат Мэриленд, продемонстрировали так называемую «плитку-сэндвич».
По словам руководителя программы AFRL Джеймса Уинтера, плитка является важным компонентом, обеспечивающим сбор и преобразование энергии. На одной стороне плитки есть панель фотоэлементов, которые получают солнечную энергию. Электроника в середине преобразует постоянный ток в радиочастотные сигналы, а на другой стороне плитки есть антенна для передачи энергии.
Теперь, когда плитка продемонстрирована, сказал Уинтер, следующим шагом будет выяснить, как поместить массив из девяти плиток в обтекатель ракеты, чтобы его можно было запустить на орбиту на Northrop Grumman ESPAStar — автобусе, который может ездить как вторичная полезная нагрузка на больших ракетах национальной безопасности. После развертывания спутника радиочастотная энергия будет направляться на приемную станцию на земле, а затем выпрямляющая антенна будет преобразовывать радиочастотную энергию в полезную мощность.
Винтер сказал, что эксперимент 2020 года на борту X-37B дал полезную информацию о сэндвич-модуле, который применяется к Арахне.
Джей Патель, вице-президент программ дистанционного зондирования Northrop Grumman, отметил, что фотогальваника и радиочастотные преобразования являются хорошо изученными технологиями. «Но то, что мы смогли сделать, — это перевести их в среду, в которой мы хотим, чтобы они работали», — добавил он. «Арахна — это не столько изобретение, сколько инновация в том, как мы превращаем некоторые из этих проверенных и надежных технологий в миссию, которая действительно откроет новые возможности».
Космическая солнечная энергия получила широкое одобрение в ноябрьском отчете, опубликованном Космическими силами США, Отделом оборонных инноваций и AFRL. «Включение космической солнечной энергии в космическую и климатическую повестку Америки может не только дать еще одну стрелу в колчане для решения проблемы изменения климата, но и предоставить новые способы взаимодействия с промышленностью, общественностью и международными партнерами», — говорится в отчете.
Но, несмотря на военную поддержку и технический прогресс, космическая солнечная энергетика сталкивается с крутым подъемом.
«Сторонники представили его как самое умное и всеобъемлющее из доступных энергетических решений, в то время как недоброжелатели увидели в нем безумно дорогую схему, которая никогда не сработает», — отметила Aerospace Corp. в недавнем исследовании.
Как обычно бывает в таких спорах, реальность лежит где-то посередине. Но, как отмечают ученые, работающие над миссией «Арахна», мы никогда не узнаем истинный потенциал этой технологии, пока США не вложит достаточно ресурсов, чтобы выяснить это.
Сандра Эрвин освещает военное пространство для SpaceNews. Она - ветеран журнала национальной безопасности и бывший редактор журнала National Defense.
«О национальной безопасности» появляется в каждом номере журнала SpaceNews. Эта колонка была опубликована в январском номере 2022 года.
