Солнечная энергия космического базирования (SBSP) недавно была в новостях, поскольку прошлым летом состоялось успешное испытание демонстратора солнечной энергии в космосе. Хотя концепция в целом обоснована, существует множество препятствий, которые необходимо преодолеть, чтобы технология получила широкое распространение, не последним из которых является стоимость. Однако НАСА не новичок в дорогостоящих проектах, и недавно они заказали исследование своему внутреннему Управлению технологий, политики и стратегии, в котором предлагается, как НАСА может продолжать поддерживать эту многообещающую идею. Самое интересное, что если технологические карты будут разыграны правильно, SBSP может стать самым углеродоэффективным и дешевым источником энергии для человечества к 2050 году.
Чтобы внести ясность, нужно преодолеть множество препятствий, чтобы добраться до этой точки, но сначала давайте начнем с того, что рассматривается в отчете. Его основная проблема заключалась в двух аспектах: насколько дорого стоит электроэнергия, вырабатываемая энергетическим спутником, и насколько высоки выбросы углерода в течение его жизненного цикла, включая те, которые выбрасываются в атмосферу, прежде всего, для доставки его в космос.
Эти две точки данных были проанализированы для двух разных систем: одна модульная, называемая SPS-Alpha Mark-III, предложенная плодовитым изобретателем Джоном Мэнкинсом и имеющая немного более теоретический характер, а другая, созданная группой японских исследователей под названием Tethered-SPS, которая использует более традиционный дизайн. В большинстве расчетов, представленных в отчете, SPS-Alpha Mark-III превосходит более традиционную систему. Тем не менее, существуют некоторые технические препятствия на пути его реализации – хотя и не такие сложные, как некоторые другие, обсуждаемые в нем.
Результаты, представленные в отчете, не очень приятны для SBSP. Учитывая текущий уровень технической зрелости, оба решения производят электроэнергию, которая стоит дороже, чем любая существующая технология. Мало того, даже более благоприятный для климата SPS-Alpha Mark-III все еще сравним с солнечной энергией с точки зрения воздействия на климат и уступает таким вещам, как гидроэнергетика или даже ядерное деление. Таким образом, необходимо провести определенную работу, прежде чем появится какой-либо коммерческий стимул для внедрения этой технологии.
Давайте сначала разберемся с затратами: двумя крупными источниками являются затраты на вывод спутника на орбиту и его обслуживание, пока он там находится, известные как сборка и обслуживание в космосе (ISAM). В отчете даже предусмотрены некоторые допуски на то, что стоимость запуска будет ниже, чем сейчас (без полнофункциональных звездолетов). Но даже при такой более низкой стоимости запуски 863 на геосинхронную орбиту для меньшей из двух систем, скорее всего, не позволят ни одной системе быть конкурентоспособной по стоимости с наземными альтернативами.
Кроме того, на данный момент никакая инфраструктура ISAM не может поддерживать такой массивный спутник. Поэтому, если какая-либо часть системы выйдет из строя в космосе, что, учитывая природу окружающей среды, неизбежно, не будет никакого реального способа это исправить. Как и над снижением затрат на запуск, над этим тоже работают несколько коммерческих структур. Однако неспособность недорого поддерживать инфраструктуру на орбите будет мешать оценке стоимости любого крупного проекта в ближайшем будущем.
Кредит — Канал SFIA на YouTube
Что касается выбросов парниковых газов, то большая их часть вызвана запусками, необходимыми для выхода в космос. Не было проведено много исследований последствий выбросов продуктов сгорания в верхние слои атмосферы, особенно с точки зрения их воздействия на окружающую среду. Но было бы неудивительно, если бы это было не хорошо. Но даже без этого, просто огромное количество парниковых газов, которое необходимо выбросить, чтобы поднять весь вес этих систем в космос, затруднит конкуренцию с низкоуглеродными альтернативами.
Эти трудности могут звучать как похоронный звон по созданию системы SBSP в ближайшем будущем. Но есть и худая сторона. Используя анализ чувствительности статистической методологии, авторы отчета создали сценарий, в котором SBSP является наиболее экономически эффективным с наименьшими выбросами парниковых газов из всех источников энергии, доступных в 2050 году.
Для этого требуются большие технологические прорывы; в частности, использование других технологий, таких как увеличение ISAM и ионных двигателей для перемещения частей с низкой околоземной орбиты (где звездолеты можно использовать повторно) на геостационарную орбиту, может резко ограничить количество необходимых запусков. Другие улучшения включают в себя оптимистические стандарты анализа затрат, такие как более низкие затраты на запуск (хотя 500 долларов за кг, используемые в исследовании, намного ниже, чем даже более оптимистичные оценки того, что может сделать Starship) и увеличение срока службы самого оборудования.
Кредит – YouTube-канал Financial Times
В конечном счете, этот анализ показывает, что при некотором дальнейшем развитии SBSP может стать не только конкурентоспособным по стоимости через 25 лет, но и лучшим вариантом для получения недорогой и экологически чистой энергии. Однако цель отчета заключалась в том, чтобы предложить руководству НАСА потенциальные действия, и его результат был разочаровывающим: «следите за этим». В нем справедливо отмечается, что множество мероприятий, которые могли бы сделать SBSP настолько потенциально фантастическим, насколько это возможно, такие как более низкие затраты на запуск, ионные двигатели и улучшенные системы ISAM, уже находятся на радаре НАСА и активно разрабатываются с различными уровни поддержки.
Авторы предлагают каждые несколько лет изучать эту технологию, как это делало НАСА на протяжении десятилетий, чтобы увидеть, не устраняются ли какие-либо конкретные технические препятствия в рамках других проектов. На данный момент они ничего не нашли. Но множество технологий, которые даже не были упомянуты в отчете, такие как добыча полезных ископаемых на астероидах или развертываемые легкие конструкции, также могут фундаментально изменить экономические расчеты. Одно можно сказать наверняка: какие бы ни были будущие отчеты о жизнеспособности SBSP, они будут содержать множество новых достижений, которые стоит учитывать.
Узнать больше:
NASA OTPS – Новое исследование НАСА по космической солнечной энергии
НАСА OTPS — Солнечная энергия космического базирования
UT – Новый спутник успешно передает энергию из космоса
UT – Могут ли космические спутники служить источником удаленных мин?
Ведущее изображение:
Интерпретация DALL-E системы SBSP.
