Человечеству требуется огромное количество энергии. К 2050 году на нашей планете прибавится ещё 2 миллиарда Homo sapiens, и можно с уверенностью утверждать, что спрос на неё будет только расти. К сожалению, удовлетворить его непросто. Около 13% населения Земли до сих пор не имеет надежного доступа к электричеству. При этом надо понимать, что ископаемое топливо, которое дает самый крупный объем энергии, не только нагревает планету, но и обладает тенденцией заканчиваться. Поэтому некоторые специалисты возлагают надежды на космос, куда можно вывести любое количество солнечных панелей, способных трансформировать в дефицитный товар совершенно бесплатные лучи нашей звезды.
Солнечные панели начали казаться многообещающим решением энергетической проблемы человечества почти столетие назад. Их преимущество более чем очевидно – преодолев препятствия технического характера, можно подключиться к неисчерпаемому источнику чистого электричества. Но этого до сих пор не произошло. Отчасти потому, что на поверхности планеты собирать энергию звезды не очень удобно. Солнечные панели более-менее оправдывают себя ближе к экватору и летом, то есть когда они освещаются в течение достаточного количества времени. Но при плохой погоде, не в подходящий сезон и в высоких широтах они не отличаются сколько-нибудь приемлемой эффективностью. Они дают энергию только днем. Кроме того, до них добирается не весь свет, отправляющийся в нашу сторону Солнцем – около тридцати его процентов отражается атмосферой.
Это значит, что идеальным местом для улавливания энергии нашей звезды является космос, где об ограничениях упомянутого характера не может быть и речи. Считается, что идея выведения панелей солнечных батарей в околоземное пространство была впервые сформулирована в одном из рассказов писателя-фантаста Айзека Азимова в 1941 году. Примерно через четверть века о реализации подобного плана задумались ученые. В конце семидесятых и начале восьмидесятых американцы потратили значительное количество усилий и средств, чтобы выяснить, насколько жизнеспособна эта технология.
Идея заключалась в строительстве крупных спутников, которые бы с помощью огромных зеркал перенаправляли лучи звезды на приемную установку, находящуюся в космосе. Эта промежуточная станция должна была преобразовывать солнечный свет в другую форму электромагнитного излучения, вроде микроволн или инфракрасного лазерного луча, после чего беспроводным способом передавать его на Землю. Огромным плюсом описанного метода является то, что волны в названных диапазонах преодолевают атмосферу гораздо успешнее обычного солнечного света. Но эта технология сопряжена и с немалыми трудностями. Прежде всего, лучи на таком расстоянии будут рассеиваться, несмотря на любые попытки сконцентрировать их в единый пучок. Кроме того, неизбежно смещение относительно друг друга частей системы, расположенных соответственно в космосе и на Земле.
Как бы то ни было, ученые, работавшие в рамках данного проекта, составили рекомендации для тех, кто решится реализовать идею на практике. Во-первых, они посоветовали передавать накопленную энергию с помощью микроволн, так как те легко преодолевают любую облачность на пути к поверхности. Во-вторых, была указана оптимальная область расположения спутников. Ещё в 60-х годах прошлого века было установлено, что космические аппараты, находящиеся в определенных точках на геостационарной орбите, практически никогда не оказываются в тени Земли. Именно такие локации были бы идеальны для размещения добывающих солнечную энергию спутников. Кроме того, это решило бы проблему передачи луча на планету, так как космические аппараты на геостационарной орбите всегда пребывают примерно над одной и той же точкой поверхности. К сожалению, здесь возникает другое серьезное препятствие: спутник в данном случае будет находиться очень далеко от приемного устройства – приблизительно в 35000 километрах над Землей.
На геостационарной орбите в данный момент времени находится немало запущенных землянами аппаратов, но для добычи энергии в больших масштабах потребуется нечто по-настоящему грандиозное. Направленная на планету антенна и зеркала (диаметром по три километра каждое) будут весить, согласно некоторым подсчетам, в общей сложности 80000 тонн. Это потребует множества ракетных запусков, причем в дальнейшем обслуживать и ремонтировать собранную в космосе установку будет невозможно. Огромное расстояние до Земли означает также, что приемное устройство, улавливающее пересылаемую на планету энергию, должно иметь несколько километров в поперечнике. Как бы то ни было, если построить описанный комплекс все-таки удастся, награда для его обладателя будет огромной. Всего один низкоинтенсивный микроволновый пучок способен передавать на Землю несколько гигаватт энергии. Этого достаточно, чтобы снабдить электричеством целый мегаполис.
Если все обрисованные препятствия окажутся в конечном итоге непреодолимыми, инженеры могут попытаться реализовать другой, чуть менее амбициозный проект. Речь идет о небольших спутниках, находящихся гораздо ближе к Земле, на высоте всего в четыреста километров. Согласно этой концепции, передача энергии осуществляется инфракрасным лазером, а не микроволнами. Если не считать трудностей с преодолением облачности, у подобных низкоорбитальных аппаратов будет множество преимуществ.
По имеющимся прикидкам, масса каждого из них будет составлять около десяти тонн, и их доставка до точки дислокации может осуществляться всего одной ракетой. Впоследствии они будут подлежать ремонту и обслуживанию. Наконец, рассеивание узкого лазерного луча на таком расстоянии должно оставаться в приемлемых рамках, и приемное устройство, находящееся на поверхности планеты, может иметь не самые большие размеры. Загвоздка в том, что из-за не очень крупных зеркал и вынужденного пребывания в тени Земли такие спутники будут способны выдавать всего по несколько мегаватт энергии. Чтобы застолбить за этими аппаратами достойное место в структуре электроснабжения планеты, придется поднимать на орбиту мощную их группировку.
Как видим, до крупномасштабной добычи солнечной энергии непосредственно в космосе ещё довольно далеко. Хотя существует мнение, что она сдерживается не отсутствием требующихся технологий, а нежеланием инвесторов вкладываться в рискованные проекты. Как бы то ни было, активные попытки отправить на орбиту спутники соответствующего типа в настоящее время предпринимаются в нескольких государствах, в том числе в Великобритании и Японии.
В 2020 году американцы провели первый в истории эксперимент по добыче солнечной энергии в космосе. Они установили панели на секретный военный спутник, находящийся на высоте около трехсот километров, и попытались проверить описанную сегодня технологию. О результатах пока не сообщается. В общем, простым потребителям электроэнергии остается только ждать, чем все это закончится. Вполне возможно, что «космические» киловатты будут питать наши жилища раньше, чем исполнится сто лет рассказу Айзека Азимова, в котором он предсказал эту заманчивую технологию.
