Инженеры Страны восходящего солнца готовятся сделать важный шаг на пути к созданию космической электростанции будущего. Флот спутников, которые бы собирали энергию нашего светила на орбите и затем передавали ее на станции на Земле, могли бы избавить мир от необходимости использования ископаемого топлива. Это особенно важно на фоне усиливающейся борьбы с изменением климата Земли.
В ходе предстоящей демонстрации передачи энергии Солнца из космоса Япония попробует изучить эффективность технологии.
Зачем собирать энергию в космосе
Всем известны солнечные панели, или «солнечные батареи», которые используются для сбора энергии нашей звезды на Земле. Однако у размещения в космосе есть свои достоинства. Там эффективному сбору энергии Солнца не мешает атмосфера планеты, которая поглощает и отражает часть солнечных лучей.
Для спутников Земли ночь гораздо короче, ведь они меньше времени проводят, находясь в тени планеты. Кроме того, аппаратам на орбите легче держать ориентацию панелей на Солнце, что также повышает эффективность сбора энергии. Не влияет на спутники и погода.
Как это работает
Для отправки на поверхность планеты космические аппараты могут преобразовывать солнечный свет в какую-то другую форму энергии, например, в микроволны. Микроволновой диапазон был выбран, так как это излучение способно проникать сквозь облака и поставлять энергию на наземную приемную станцию независимо от погодных условий.
В таком виде энергия Солнца может передаваться через атмосферу на приемники на поверхности Земли. Например, на ректенны, которые преобразуют ее в постоянный ток для питания оборудования.
Кто пытался построить электростанции на орбите Земли
Идея создания космической солнечной электростанции была впервые предложена в 1968 году Питером Глейзером, американским ученым и аэрокосмическим инженером родом из Чехословакии. В 1973 году он получил в США патент на свою разработку. С тех пор разрабатывались самые разные концепции и проекты, однако все они в итоге признавались нежизнеспособными.
Проблема заключалась в том, что затраты на запуски соответствующих аппаратов на орбиту были настолько велики, что перекрывали все экономические выгоды. Некоторые авторы предлагали снизить затраты на запуск с помощью сборки «солнечных спутников» прямо в космосе или же надеялись на радикально новые технологии космических запусков (не на ракетах).
Концепции орбитальных электростанций создавали ученые Китая, Индии, Великобритании, США и Японии. Велись подобные разработки и в России.
В 2008 году Япония объявила космическую солнечную энергетику своей национальной целью. У Японского космического агентства есть дорожная карта для реализации коммерческой станции сбора энергии Солнца. В 2015 году о похожих целях заявил Китай. В 2019 году в КНР началось строительство испытательной базы. Согласно последним планам Поднебесной, станция, способная вырабатывать мегаватты электроэнергии для Земли, заработает к 2035 году. В 2024 году в «элитный клуб» решила войти и Исландия, которая активно развивает альтернативную энергетику.
В 2020 году США провели первое испытание генерации солнечной энергии на спутнике. В 2023 году ученые Калтеха продемонстрировали передачу энергии на Землю. Правда, КПД оказался крайне низким. В январе 2025 года NASA опубликовало отчет, в котором эксперты выразили сомнения в том, что технология сможет заменить существующие электростанции.
Проект японцев и его особенности
О ближайших планах Страны восходящего солнца в этой области рассказал Коити Идзити, советник японского исследовательского института Japan Space Systems (JSS). На Международной конференции по энергии из космоса он описал конкретные шаги, которые планирует предпринять Япония для демонстрации миниатюрной орбитальной солнечной электростанции. Согласно планам, она сможет передать энергию с низкой околоземной орбиты на приемную станцию по беспроводной связи.
Это будет небольшой спутник, около 180 кг, который будет передавать около 1 кВт энергии с высоты 400 км
Миссия, которая станет частью проекта под названием Ohisama (по-японски «солнце»), должна быть запущена в 2025 году. Японские специалисты уже продемонстрировали беспроводную передачу солнечной энергии на Землю со стационарного источника.
В декабре 2025 года они также планируют отправить энергию с самолета. Последний будет оснащен такой же фотоэлектрической панелью, которую установят на космическом аппарате. Устройство будет передавать энергию на расстояние от 5 до 7 км.
Когда ждать запуска и первых тестов
Последние данные о проекте на сайте JSS опубликованы в июне 2023 года. Более свежей информации о точной дате запуска на сайте проекта нет. Однако по некоторым данным, в своих последних заявлениях JSS и партнеры компании подтверждают, что миссия запланирована на период после апреля 2025 года.
Недостатки концепции и вопросы безопасности
Сложность процессов и количество энергии, требуемой для строительства подобных орбитальных фабрик энергии, запуска и сборки орбитальных электростанций, означают, что производимая ими энергия будет слишком дорогой. Пока орбитальная солнечная энергия обойдется человечеству примерно в 12 раз дороже той, что получается на наземной солнечной или ветровой электростанции.
Еще один большой минус — общий углеродный след от производства энергии, необходимой для создания станций, и выбросы парниковых газов, генерируемых ракетами, выводящими станции на орбиту.
Немаловажный вопрос: безопасно ли отправлять энергию Солнца на поверхность планеты в виде микроволн. Не уничтожит ли такой «луч из космоса» живые организмы или земные устройства в случае неудачной настройки, сбоя в работе оборудования и прочих факторов?
Отметим, что в высокой точности попадания луча на приемную станцию заинтересованы прежде всего сами разработчики проекта. В случае ошибок КПД доставки энергии Солнца на Землю будет еще сильнее снижаться. Мешает высокая орбитальная скорость спутника, составляющая примерно 28 000 км/ч. Для решения этой проблемы японцы разработали передовые системы управления наведением луча. Что касается безопасности излучения, то она зависит прежде всего от мощности. Высокая мощность может представлять угрозу, но в случае проектов солнечной энергетики она будет низкой. Будет ограничен доступ к ректеннам. Соответствующие меры безопасности также прорабатываются.
Гораздо большую опасность для живых организмов на Земле представляют собой лазерные лучи. Они рассматриваются инженерами как возможная альтернатива микроволнам.
Может ли флот орбитальных спутников, перенаправляющих гигаватты энергии на станции на Земле, перегреть климат планеты? Эксперты поясняют, что, даже если сотня подобных аппаратов будет выведена на орбиту, общее количество энергии, которое поступит на Землю, все равно будет в сотни тысяч раз больше, чем энергия от спутников. То есть подобные электростанции не могут оказать существенное влияние на глобальное потепление.
Проект Ohisama и ему подобные в случае успеха могут привести к изменению глобальной энергетики. Несмотря на скептицизм и вызовы — от стоимости до безопасности, — ученые и инженеры с помощью орбитальных электростанций могут приблизить эру чистой энергии. И хотя 1 кВт, отправленный с орбиты, кажется каплей в океане потребностей землян, первый удачный эксперимент откроет путь следующим усилиям.
Если человечество научится «ловить Солнце» за пределами атмосферы, это дополнит работу земных электростанций, станет страховкой от энергетических кризисов и еще одним важным шагом на пути к углеродной нейтральности.
