Китай намерен построить космическую солнечную электростанцию

Китай добился важного успеха в своих усилиях по созданию солнечной электростанции в космосе, для преобразования солнечного света в космическом пространстве в электроэнергию для управления спутниками на орбите или передачи энергии обратно на Землю.

В этом месяце исследовательская группа из Университета Сидянь завершила первую в мире полную наземную проверку космической солнечной электростанции, продемонстрировав множество ключевых ноу-хау для футуристического проекта, известного как Zhuri или погоня за солнцем.

Космическая солнечная электростанция (SSPS), технология горячей точки, представляет собой космическую систему выработки электроэнергии, используемую для сбора солнечной энергии перед преобразованием ее в электричество, а затем в микроволны. За пределами атмосферы солнечный свет ярче и светит почти весь день.

Затем энергия в микроволнах передается на приемную антенну в космосе или на поверхности Земли и собирается ею, которая преобразует микроволны обратно в электричество.

Среди проверенных ключевых технологий - высокоэффективное светоконцентрирующее и фотоэлектрическое преобразование, микроволновое преобразование, 55-метровое микроволновое излучение и оптимизация формы волны, измерение и управление наведением микроволнового луча, прием и выпрямление микроволн, а также интеллектуальная механическая конструкция.

В погоне за Солнцем

На южном кампусе университета в Сиане возвышается стальная конструкция высотой 75 метров. Это наземный проверочный комплекс Zhuri.

Перед командой под руководством Дуань Баояна, 67-летнего эксперта по антеннам из университета Сидянь, стоит задача смоделировать производство и передачу энергии на земле. Основная техническая задача - минимизировать потери энергии при изменении энергии различных форм.

Прежде всего, исследователи работали над регулировкой углов огромной собирающей линзы в зависимости от высоты солнца. В центре линзы расположены массивы солнечных батарей, соединенные с передающими антеннами. Они тестировали те антенны, которые дистанционно передают микроволны на приемные.

Эксперименты были одновременно и исследовательскими, и тяжелой физической работой. Чтобы перенести 200-килограммовую антенну, Дуаню пришлось нанять студентов колледжа в качестве временных носильщиков.

"Приходится снова и снова пробовать на месте", - говорит Дуань. "Компьютерное моделирование не работает".

В проекте приняли участие более 100 исследователей и студентов. Благодаря их упорному труду проверка успешно прошла 5 июня, примерно на три года раньше, чем ожидалось.

Техника горячих точек

Американский ученый и аэрокосмический инженер Питер Эдвард Глейзер задумал использовать спутники для передачи солнечной энергии из космоса на Землю в 1968 году.

Джон К. Мэнкинс, бывший физик НАСА, в 2012 году предложил подход под названием SPS-ALPHA (Solar Power Satellite via Arbitrarily Large Phased Array). В 2015 году американская корпорация Northrop Grumman спонсировала исследование стоимостью 17,5 миллионов долларов США в течение трех лет для разработки инициативы Space Solar Power Initiative (SSPI).

В конце 2013 года Дуань предложил начать собственную инициативу Китая, после чего его команда выдвинула китайский технологический подход OMEGA.

"По сравнению с ALPHA, эффективность генерации энергии OMEGA увеличилась примерно на 24 процента, она легко управляется и имеет лучший теплоотвод", - сказал Дуань.

Япония включила технологию космической солнечной энергетики в свой национальный план развития космонавтики. В 2015 году ученые этой страны провели испытания по передаче энергии на расстоянии 55 метров с помощью микроволновой печи, продемонстрировав свое техническое преимущество в беспроводной передаче энергии.

Однако японский эксперимент не является полноценным, поскольку в нем отсутствует тест преобразования света в электричество, говорит Дуань.

Дорожная карта

Кроме того, инженеры Китайской академии космических технологий, государственного производителя космических аппаратов, в начале этого месяца в исследовании, опубликованном в журнале China Space Science and Technology, представили план продвижения этой новаторской технологии.

Согласно плану, в 2028 году на низкой околоземной орбите будет проведен космический эксперимент по передаче высокого напряжения и беспроводной передачи энергии.

Спутник будет способен генерировать 10 киловатт и нести четверть массива солнечных батарей, передающую микроволновую антенну, маломощную лазерную передающую полезную нагрузку и передающий массив в несколько метров, чтобы протестировать передачу энергии на расстояние 400 километров от орбиты.

К 2030 году планируется расширить солнечную батарею до генерации более 100 киловатт и провести испытания лазерной передачи средней мощности на расстояние 36 000 километров.

К 2035 году ожидается увеличение передающей микроволновой антенны примерно до 100 метров и выработка энергии в 10 мегаватт. В 2050 году планируется построить коммерческую солнечную электростанцию, вырабатывающую электроэнергию в два гигаватта, с антенной диаметром около одного километра и сложным массивом солнечных батарей, который будет собираться в космосе.

"Передача энергии из космоса на Землю - наша конечная цель, и она требует работы на несколько лет", - сказал Дуань. "Но мы можем достичь некоторых ближайших целей".

Дуань сказал, что солнечная энергия в космосе может быть использована для зарядки средних и малых спутников. "Сейчас их приходится запускать с огромной полезной нагрузкой в виде солнечных панелей, и панели не могут собирать энергию в затененных областях, когда они находятся на орбите за Землей".

По его словам, в ближайшем будущем эти спутники планируется оснастить складными приемными антеннами, отбрасывая при этом солнечные панели.

(Добавил: RoboAstroNews)