Луч солнца золотого

Мечта ученых о сборе солнечной энергии в космосе и ее передаче на Землю может скоро стать явью.

Идея о сборе солнечной энергии в космосе и дальнейшем ее перенаправлении на Землю вызревала в умах ученых по меньшей мере 70 лет. В своей новелле «Логика», опубликованной в 1941, американский писатель-фантаст Айзек Азимов повествует о космической станции, которая передает энергию, производимую солнцем, на разные планеты с помощью микроволновых пучков лучей.

Преимущество перехвата солнечного света в космосе заключается в том, что свет, проникающий на Землю через атмосферные слои в значительной степени поглощается воздушной средой. Сторонники данной технологии утверждают, что изменив частоту солнечного излучения, космический коллектор сможет аккумулировать в среднем в 5 раз больше энергии, чем наземный.   

Недостаток такого способа сбора энергии состоит в его стоимости. Запуск и обслуживание подходящих спутников были бы абсурдно дорогими. Хотя, возможно и нет, если бы спутники были маленькими, а энергия, аккумулируемая ими, предназначалась конкретному покупателю. Участники военных экспедиций, руководители отдаленных опреснительных заводов и научно-исследовательских баз могли бы стать потенциальными покупателями этой «небесной» энергии. Члены исследовательской группы в университете графства Саррей, Великобритания, надеются, что смогут предложить такого рода услуги уже через несколько лет.

Жизненная энергия

В этом году Стивен Суини и его коллеги проведут тестовые испытания лазера, принцип действия которого, по мнению Азимова, должен был быть основан на использовании сверхвысокочастотных волн. Конечно, их использование должно было бы привести к положительным результатам: в ходе испытания, проведенного в 2008 году, ученым удалось передать необходимое количество микроволновой энергии между двумя Гавайскими островами, расположенными на расстоянии 148 километров, – так что передать энергию на расстояние в 100 километров стало бы для них простейшей задачей. Однако проблема заключается в том, что СВЧ-волны рассеиваются при увеличении расстояния. Площадь наземного коллектора, который получает энергию со спутника на геостационарной орбите, расположенной на расстоянии почти 36 тысяч километров от поверхности Земли, должна была бы составить сотни квадратных метров. Использование лазера позволит сократить площадь коллектора всего лишь до нескольких десятков квадратных метров.

Команда профессора Суини совместно с космической компанией «Астриум», входящей в составЕвропейского аэрокосмического и оборонного концерна, будут проводить испытания новой системы в огромном авиационном ангаре в Германии. Лучи будут создаваться с помощью устройства, называемого «волоконный лазер». Он генерирует когерентный свет лазерного луча в сердцевине длинного, тонкого оптического волокна. Это значит, что создаваемый луч отличается высоким качеством и  исключительной прямотой (даже по стандартам обычного лазерного луча) – благодаря этим качествам он может быть сфокусирован на малой территории. Еще одно достоинство такого рода лазеров заключается в том, что они становятся все более мощными и эффективными. 

Волна волоконного лазера профессора Суини будет иметь длину в 1,5 микрона, то есть станет частью инфракрасного спектра. Такая длина волны соответствует свойствам самого подходящего атмосферного окна (зоны, где поглощение энергии минимально). Луч будет направлен на коллектор, расположенный в противоположном конце ангара. Задача ученых состоит в изучении влияния различных загрязняющих веществ и водяного пара на состояние атмосферного окна.

В случае если эксперимент пройдет успешно, следующим шагом станет испытание системы в космосе. Это может произойти уже через пять лет – ученые не исключают возможности использования лазера Международной космической станции для передачи на Землю солнечной энергии, аккумулированной с помощью солнечных панелей станции. В качестве первого задания экспериментальная система должна будет передать на нашу планету всего лишь киловатт энергии. Специалисты компании «Астриум» надеются, что через 10-15 лет можно будет вывести на орбиту небольшой спутник, который будет производить гораздо больше энергии, чем станции с установленными на них солнечными панелями.

Исследователи из других стран – таких, как США и Япония – также рассматривают возможность использования лазеров для передачи энергии через атмосферу. Специалисты Национального агентства по аэронавтике и исследованию космического пространства США стали использовать лазеры, чтобы снабжать энергией беспилотные летательные аппараты. Процессы преобразования и передачи энергии приводят к снижению коэффициента полезного действия, однако благодаря технологическим новшествам этот недостаток может быть исправлен. Для сравнения: самые современные солнечные панели могут преобразовывать солнечный свет в электроэнергию с эффективностью чуть более 40 процентов – в 80-х годах прошлого века уже 20 процентов считались достижением.

Является ли система компании «Астриум» узкоспециализированной технологией или предвестником разработки станции, описанной Азимовым, – остается для нас загадкой. В случае если эта технология получит широкое распространение, она повторит историю геостационарных спутников связи, первое описание которых встречается в книгах писателя-фантаста Артура Кларка, современника Айзека Азимова. Так плод воображения одного человека становится реальностью.

TheEconomist, перевод с английского – Наталья Коношенко

http://www.economist.com/node/18864324