Отражатели в космосе могут заставить солнечные фермы на Земле работать дольше с каждым днем

Если вам довелось смотреть на небо в Европе холодной ночью 5 февраля 1993 года, есть шанс, что вы увидели тусклую вспышку света. Эта вспышка произошла в результате российского эксперимента с космическим зеркалом под названием «Знамя-2».

«Знамя-2» представляло собой 20-метровую отражающую конструкцию, очень похожую на алюминиевую фольгу («Знамя» по-русски означает «знамя»), развернутую с космического корабля, который только что отстыковался от российской космической станции «Мир». Его целью было продемонстрировать, что солнечная энергия может отражаться из космоса на Землю.

Это был первый и единственный раз, когда зеркало было запущено в космос с этой целью. Но спустя три десятилетия мы с коллегами считаем, что пришло время вернуться к этой технологии.

В отличие от предложений построить солнечные электростанции в космосе и передавать энергию на Землю, вся генерация по-прежнему будет происходить здесь. Важно отметить, что эти отражатели могут помочь солнечным фермам вырабатывать электроэнергию даже тогда, когда прямой солнечный свет недоступен, особенно в вечерние и ранние утренние часы, когда спрос на чистую энергию наиболее высок. Мы с коллегами называем эту концепцию «орбитальными солнечными отражателями».

Пионер-ракетчик Герман Оберт осознал этот потенциал еще в 1929 году, когда он представил себе отражатели в космосе, передающие солнечный свет для освещения больших городов и маршрутов кораблей. Он предсказал, что эти отражатели будут очень большими, тонкими и сверхлегкими и будут построены в космосе астронавтами в водолазных костюмах.

Мы с коллегами недавно опубликовали статью, в которой исследовали возможность вывода на орбиту солнечных отражателей в ближайшем будущем. Мы считаем, что мечта Оберта теперь может быть достижима благодаря многообещающим технологиям, таким как роботизированные космические корабли, которые могут производить и собирать конструкции в космосе. Отражатели и другие материалы, необходимые для строительства таких больших конструкций, могут быть запущены с помощью современных ракет, таких как колоссальный звездолет SpaceX.

Каждый раз, когда отражатель проходит над солнечной электростанцией, он может поворачиваться так, чтобы осветить солнечную электростанцию ​​и ее ближайшее окружение. Каждый «проход» будет продлевать «день» солнечной фермы и, следовательно, часы выработки электроэнергии.

Когда отражатель больше не может освещать солнечную электростанцию, его можно повернуть так, чтобы он был обращен к Солнцу ребром и свет не отражался на землю. По этой причине мы ожидаем, что потенциальное вмешательство в наземные астрономические наблюдения будет минимальным.

Осветить территорию радиусом 10 км.

Учитывая, что рефлекторы вращаются на высоте 900 км над нами (что примерно в два раза превышает высоту Международной космической станции), по нашим оценкам, освещенная область на Земле будет иметь ширину примерно 10 км в самый яркий момент. Следовательно, подобная система будет нацелена не на отдельные солнечные панели на крыше, а на крупные солнечные электростанции, обычно расположенные вдали от населенных пунктов.

Каждый проход продлит выработку энергии примерно на 15–20 минут в часы рассвета или сумерек. Это важно, поскольку в эти часы спрос на электроэнергию самый высокий и часто превышает объем, вырабатываемый ветром и солнцем, а это означает, что для компенсации используются угольные и газовые электростанции. Таким образом, отражатели могут помочь сократить использование ископаемого топлива без необходимости накапливать энергию в течение дня.

Эти отражатели будут достаточно высокими, чтобы обслуживать несколько солнечных электростанций на одной орбите. Их орбиты можно даже использовать для информирования о том, где строить новые солнечные фермы в особенно солнечных регионах.

В нашем предложении используются шестиугольные отражатели со сторонами длиной 250 метров. Каждый весит около 3 тонн. В настоящее время запуск чего-то подобного в космос обойдется в несколько тысяч долларов США за килограмм, хотя затраты имеют тенденцию к снижению. Если затраты снизятся до нескольких сотен долларов США за килограмм, мы ожидаем, что орбитальные отражатели станут жизнеспособными в течение нескольких лет.

Мы ожидаем, что эти отражатели будут работать от 20 до 30 лет, хотя углеродный след такой системы трудно оценить, поскольку на проектирование, строительство и эксплуатацию космических кораблей обычно уходит много времени. Для проведения полной оценки жизненного цикла потребуются дальнейшие исследования, но в долгосрочной перспективе мы ожидаем, что отражатели помогут генерировать достаточно чистой энергии, чтобы перевесить их углеродный след.

Нет больше ночи?

Через три дня после того, как новость об эксперименте «Знамя-2» была опубликована в «Нью-Йорк Таймс», читатель написал в редакцию, задаваясь вопросом, откажемся ли мы от ночей. Короткий ответ — нет.

По нашим оценкам, даже при максимальной яркости уровень освещенности будет длиться всего несколько минут на каждый отражатель и не превысит уровень пасмурного дня. Это означает, что, если вы не находитесь очень близко к солнечной электростанции, большую часть времени освещение может быть даже не заметно, особенно в часы рассвета/сумерков, когда небо уже довольно яркое по сравнению с ночным временем.

По нашим оценкам, сам отражатель не будет виден невооруженным глазом, если вы не находитесь рядом с солнечной электростанцией. Эти оценки показывают, что воздействие этих отражателей на природную среду вокруг солнечной электростанции также может быть минимальным, хотя необходимы дополнительные исследования.

Когда отражатели устареют или больше не нужны, они могут «переплывать» на солнечном свете на менее перегруженные более высокие орбиты или на более низкую орбиту, чтобы безопасно сгореть.

До орбитальных солнечных отражателей еще далеко. Но они представляют собой способ соединить космический и энергетический сектора, чтобы ускорить переход к чистой энергетике и решить проблему изменения климата.

Информация от: Разговором