Ученые готовятся продемонстрировать технологию добычи энергии в космосе

На этой неделе в рамках проекта космической солнечной энергии Калифорнийского технологического института (SSPP) на орбиту был запущен прототип, получивший название Space Solar Power Demonstrator (SSPD).

Он станет испытательной площадкой нескольких ключевых компонентов амбициозного плана по сбору солнечной энергии в космосе и передаче ее обратно на Землю.

Космическая солнечная энергия практически не ограничена и доступна в любое время вне зависимости от цикла дня и ночи, времени года и облачного покрова. Запуск, успешно состоявшийся 3 января, представляет собой важную веху в проекте и обещает воплотить в жизнь то, что когда-то было научной фантастикой. В рамках SSPP планируется развернуть целое созвездие модульных космических аппаратов, которые будут собирать солнечный свет, преобразовывать его в электричество, а затем беспроводным способом передавать его туда, где оно необходимо, в том числе в места, которые в настоящее время не имеют доступа к надежному энергоснабжению.

Космический аппарат Momentus Vigoride, установленный на борту ракеты SpaceX в рамках миссии Transporter-6, доставил 50-килограммовый SSPD в космос. Последний состоит из трех основных экспериментов, каждый из которых предназначен для тестирования одной из ключевых технологий проекта:

DOLCE (развертываемый на орбите сверхлегкий композитный эксперимент): структура размером примерно два на два метра, которая продемонстрирует архитектуру, схему упаковки и механизмы развертывания модульных космических кораблей, которые в конечном итоге составят созвездие километрового масштаба, образующее электростанцию;

ALBA: коллекция из 32 различных типов фотоэлектрических элементов, позволит оценить какие из них наиболее эффективны в суровых условиях космоса;

MAPLE (Микроволновая решетка для низкоорбитального эксперимента по передаче энергии): набор гибких легких микроволновых передатчиков мощности с точным управлением синхронизацией, который будет выборочно фокусироваться на двух разных приемниках для демонстрации беспроводной передачи энергии на расстоянии в космосе.

Дополнительным четвертым компонентом SSPD является блок электроники, который взаимодействует с компьютером Vigoride и управляет экспериментами. Команда Калифорнийского технологического института на Земле планирует начать свои эксперименты с SSPD в течение нескольких недель после запуска.

"Мы планируем развернуть DOLCE в течение нескольких дней после получения доступа к SSPD через Momentus, — говорит Серджио Пеллегрино, профессор аэрокосмической отрасли Калифорнийского технологического института и содиректор проекта. — Мы сразу же узнаем, работает ли DOLCE".

Другие элементы потребуют больше времени. Тесты ALBA займут до шести месяцев, а MAPLE предстоит целый ряд экспериментов от первоначальной проверки функционирования до оценки производительности системы в различных средах. Все это время две камеры на выдвижных стрелах, установленных на DOLCE, и дополнительные камеры на блоке электроники будут следить за ходом эксперимента и передавать данные обратно на Землю. Команда SSPP надеется, что они получат полную оценку производительности SSPD в течение нескольких месяцев после запуска.

"Что бы ни случилось, этот прототип — большой шаг вперед, — говорит Али Хаджимири, профессор электротехники и медицинской инженерии Калифорнийского технологического института и содиректор SSPP. — Он работает здесь, на Земле, и прошел строгое тестирование, необходимое для всего, что запускается в космос. Есть еще много рисков, но прохождение всего процесса преподало нам ценные уроки. Мы верим, что космические эксперименты дадут нам большое количество дополнительной полезной информации".

Хотя солнечные батареи существуют на Земле с конца 1800-х годов и в настоящее время производят около четырех процентов мировой электроэнергии, все, что связано с производством и передачей солнечной энергии, необходимо было переосмыслить для использования в больших масштабах в космосе. Панели громоздки и тяжелы, что делает их запуск дорогостоящим, и для передачи энергии им требуется много проводки. Чтобы преодолеть эти проблемы, команде SSPP пришлось предусмотреть и создать новые технологии, архитектуры, материалы и конструкции для системы, способной на практике реализовать космическую солнечную энергию, которая при этом должна оставаться достаточно легкой (чтобы быть рентабельной для массового развертывания в космосе) и достаточно прочной, чтобы выдержать недружелюбную среду.

"DOLCE демонстрирует новую архитектуру для космических кораблей на солнечных батареях и фазированных антенных решеток. В ней используется ультратонкие композитные материалы последнего поколения для достижения беспрецедентной эффективности и гибкости упаковки. Мы ожидаем, что достижения, с которыми мы уже начали работать, в дальнейшем будут применяться для множества будущих космических миссий", — говорит Пеллегрино.

"Вся решетка MAPLE, а также его основные электронные микросхемы беспроводной передачи энергии и передающие элементы были разработаны с нуля. Это не было сделано из предметов, которые можно купить, потому что их даже не существовало. Это фундаментальное переосмысление системы необходимо для реализации масштабируемых решений для SSPP", — говорит Хаджимири.

Успех или неудача на трех испытательных стендах будут измеряться различными способами. Наиболее важным испытанием для DOLCE является конструкция, которая полностью развернется из сложенной конфигурации в открытую. Для ALBA успешный тест позволит оценить, какие фотоэлектрические элементы работают с максимальной эффективностью и отказоустойчивостью. Задача MAPLE — продемонстрировать выборочную передачу энергии в свободном пространстве к различным конкретным целям по требованию.

SSPP стремится в конечном итоге обеспечить глобальные поставки доступной, возобновляемой и чистой энергии. Подробнее о SSPP можно узнать на сайте программы.