Испытание космической солнечной энергии в США прошло успешно

Орбитальный спутник, испытывающий возможность использования технологии сбора и передачи солнечной энергии на Землю, успешно завершил годичную миссию.

Моделирование спутника-демонстратора солнечной космической энергии на низкой орбите. Фото: Калтех — Моделирование спутника-демонстратора солнечной космической энергии на низкой орбите. Фото: *Калтех*

Согласно отчету о миссии, опубликованному Калифорнийским технологическим институтом (Caltech) 16 января, инженеры, стоящие за проектом Solar Space Power Demonstrator (SSPD-1), оценили все три устройства, размещенные на прототипе спутника весом 50 кг, как успешно работающие и считают, что проект «откроет будущее для солнечной энергетики в космосе», сообщает Popular Science .

Запущенный на ракете SpaceX Falcon 9 в начале января 2023 года, SSPD-1 проведет три эксперимента. Во-первых, эксперимент по развертыванию на орбите сверхлегкого композитного материала (DOLCE) исследует долговечность и эффективность сверхлегких структур солнечных элементов, созданных по принципу оригами. Тем временем в ходе эксперимента ALBA было протестировано 32 конструкции солнечных панелей, чтобы определить, какая из них лучше всего подойдет для космоса. В то же время в ходе эксперимента MAPLE (Микроволновая решетка для передачи энергии на низкой орбите) было проведено испытание микроволнового передатчика для передачи солнечной энергии, собранной на орбите, обратно на Землю.

Но самое главное, MAPLE впервые продемонстрировал, что солнечную энергию можно собирать с помощью фотоэлектрических элементов и передавать обратно на Землю посредством микроволновых лучей. В течение восьми месяцев члены команды SSPD-1 намеренно увеличивали нагрузку на MAPLE, что приводило к снижению возможностей передачи энергии. Затем группа смоделировала проблему в лабораторных условиях и определила, что причина кроется в сложных электро-тепловых взаимодействиях и ослаблении отдельных компонентов в кластере.

По словам Али Хаджимири, соруководителя проекта по использованию солнечной энергии в космосе (SSPP) Калифорнийского технологического института и профессора электротехники и медицинской инженерии, результаты помогают усовершенствовать конструкцию многих компонентов MAPLE, чтобы максимально увеличить их долгосрочную производительность.

Производство солнечных элементов, используемых сегодня в спутниках и многих других космических технологиях, обходится более чем в 10 раз дороже, чем производство устройств, используемых на Земле. В Калтехе поясняют, что это в значительной степени связано со стоимостью добавления защитной кристаллической пленки, называемой ростом поверхностного растяжения. Используя ALMA, исследователи определили, что, хотя конструкция перовскитных солнечных элементов является многообещающей для условий Земли, в космосе они имеют большие пробелы в производительности. Между тем, батареи на основе арсенида галлия работают стабильно в течение длительного времени, без необходимости использования дополнительных слоев пленки.

Команда DOLCE признает, что не все прошло по плану. Хотя изначально планировалось провести операцию в течение 3–4 дней, DOLCE столкнулась со множеством технических проблем, таких как неисправная электропроводка и механические детали. Однако исследователи попытались решить проблему, используя спутниковые камеры для имитации неисправности в лабораторных условиях.

Но даже если проект SSPD-1 окажется успешным, пройдет еще много лет, прежде чем солнечную энергию можно будет эффективно и недорого использовать с помощью спутников. Предыдущие оценки предполагали, что космическая солнечная энергия будет стоить 1–2 долл. США/кВт⋅ч, тогда как текущие затраты в США составляют менее 0,17 долл. США/кВт⋅ч. Стоимость материалов должна быть значительно снижена, но при этом они должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать солнечную радиацию и геомагнитную активность в космосе.

Прежде чем космическая солнечная энергетика сможет внести свой вклад в устойчивую энергетическую инфраструктуру человечества, необходимо решить еще множество вопросов. Количество электроэнергии, передаваемое SSPD-1 посредством микроволновых лучей, ничтожно по сравнению с повседневными потребностями, а солнечный элемент в космосе должен иметь ширину в тысячи метров. Также стоит рассмотреть вопрос безопасности передачи мощных микроволн и лазеров на Землю. Команда SSPP работает над решением всех проблем, прежде чем орбитальная солнечная электростанция станет по-настоящему осуществимой.

Ан Кханг (по версии Popsci )

Ссылка на источник