NASA подсчитало стоимость создания электростанции на орбите
Руководство NASA поставило под сомнение возможность человечества быстро уйти от использования ископаемого топлива, начав вместо этого получение солнечной энергии в космосе для ее последующей передачи на Землю. В недавнем отчете агентства утверждается, что эта схема осуществима к 2050 году, но будет стоить в 12-80 раз дороже, чем наземные возобновляемые источники энергии. Однако некоторые правительственные учреждения и компании посчитали анализ NASA чересчур пессимистичным.
Космическая солнечная энергетика — это идея получения электроэнергии в космосе с помощью солнечных панелей. Затем энергия будет передаваться с помощью высокочастотных радиоволн на наземные приемники. Последние в свою очередь будут преобразовывать волны обратно в электричество. По оценке Европейского космического агентства (ЕКА), свет от Солнца за пределами атмосферы Земли в 11 раз интенсивнее, поэтому солнечные панели могут обеспечить огромное количество энергии. Причем электрогенерации не помешает плохая погода или заход светила за горизонт.
Если вывести космические аппараты с солнечными панелями на геостационарную орбиту, то они будут способны отслеживать движение Солнца и генерировать электричество в режиме нон-стоп. При наличии доступного финансирования и соответствующей инфраструктуры эти аппараты можно сделать достаточно большими, чтобы они вырабатывали несколько гигаватт (ГВт) энергии, конкурируя с мощностью атомной или угольной электростанции. Однако поднять на орбиту несколько тысяч тонн материала довольно затруднительно. Руководство NASA начало изучать эту идею еще в 1970-х годах, но посчитало ее непомерно дорогой, учитывая запуски шаттлов и подготовку астронавтов.
Впрочем, последние достижения в области автоматизированной сборки космических аппаратов, а также резкое снижение стоимости солнечных панелей и пусков ракет побудили правительства и космические агентства пересмотреть позицию. Так, к примеру, американское управление оценило стоимость электроэнергии в течение жизненного цикла орбитальной электростанции мощностью 2 ГВт в двух конфигурациях.
В первой использовались управляемые зеркала для концентрации света на фотоэлектрических элементах и преобразования энергии в микроволны для передачи на Землю, а во второй — множество «сэндвич-панелей» с солнечными элементами с одной стороны и микроволновым передатчиком — с другой. Если более гибкая зеркальная система сможет излучать энергию в 99% случаев, то использование плоских панелей ограничено 60% из-за необходимости быть обращенными к Солнцу.
В отчете NASA было установлено, что зеркальная конфигурация более экономична. Но даже для этого потребовалось бы поднять на орбиту 5900 тонн и произвести свыше 2300 запусков ракет. Затраты на эти пуски составили бы 71% от общей стоимости в $276 млрд. В этом смысле в агентстве рассчитывают на самую мощную космическую ракетную систему Starship/Super Heavy, которая будет способна выводить на низкую околоземную орбиту до 150 тонн за один полет. Впрочем, пока она совершила лишь два испытательных полета. В ходе третьего запуска в феврале корабль попытается выйти на устойчивую околоземную орбиту с перигеем, лежащим над границей атмосферы.
Тем не менее компании SpaceX, которая занимается разработкой Starship, уже удалось произвести настоящую революцию на рынке космических запусков. Ее частично многоразовая ракета Falcon 9 с момента дебютного полета в 2010 году смогла снизить затраты на пуск с более чем $7 тыс. за килограмм полезной нагрузки до менее $3 тыс. «Как только Starship вступит в строй, все снова изменится», — выразила уверенность Лаура Форчик из консалтинговой компании Astralytical.
Обсудив ситуацию с отраслевыми экспертами, NASA решило остановиться на $1 тыс. за килограмм полезной нагрузки, перевозимой Starship, отметил ведущий автор отчета Эрик Роджерс. При этом советник SpaceX заявил в прошлом году, что компания намерена достичь показателя в $200. В свою очередь ЕКА прогнозировало стоимость запуска в размере от $300 до $500. По оценке NASA, для каждого запуска оборудования на низкую орбиту потребуется еще 12 единиц топлива, чтобы перевести его на геостационарную орбиту — это также отразится на стоимости подобных миссий. Поэтому составители отчета рекомендовали действовать в этом направлении осторожно.
«[В этом отчете] есть предположения, которые просто неверны, а другие невероятно консервативны», — обратил внимание со-генеральный директор Space Solar Мартин Солтау. По его мнению, снижение стоимости запуска, равно как и повышение конкурентоспособности технологии по отношению к наземным возобновляемым источникам энергии, вполне достижимо.
Так, на прошлой неделе исследователи из Калифорнийского технологического института объявили о завершении годовой космической миссии, в ходе которой была протестирована передача энергии с использованием микроволнового луча. В 2025 году исследовательская лаборатория ВВС США и Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) намерены провести похожие испытания, передав излучение микроволновой энергии с аппарата, находящегося на орбите, на Землю.
Не отстает и Space Solar, ранее запросившая у британского правительства $800 млн на запуск комплексного демонстратора мощностью 1 ГВт в рамках своей шестилетней программы. «Космос играет огромную роль в достижении нулевого уровня выбросов. НАСА абсолютно точно должно быть в авангарде этого процесса», — резюмировал Солтау.
