Неисчерпаемая энергия

Уже давно ученые и инженеры ведущих стран планеты пытаются поставить на службу человеку солнечную энергию, которая течет мимо нас в неограниченном количестве, являясь экологически чистой, а главное, фактически «дармовой».

Проблема, однако, заключается в том, что плотность потока солнечной радиации на земной поверхности весьма невелика. Не спасают положения и так называемые гелиоконцентраторы, которые за счет системы зеркал или линз способны повысить плотность солнечных лучей в сотни и тысячи раз. Притом все действующие модели солнечных электроустановок в значительной степени зависят от капризов погоды и могут работать только в светлое время суток.

Но все эти недостатки можно обойти, если вынести гелиоэнергетические установки за пределы земной атмосферы, создав принципиально новые конструкции, которые уже получили название «солнечные космические электростанции», или сокращенно СКЭС.

Правда, тут возникает другая проблема: как передать энергию из космоса, этого поистине неисчерпаемого источника, на Землю?

Выход был найден в использовании СВЧ-колебаний (СВЧ — сверхвысокие частоты).

В нашей стране этой темой многие годы занимался академик Петр Леонидович Капица. Еще в 1962 году он писал: «Электротехника, прежде чем перейти на службу энергетике, в прошлом веке занималась широко только вопросами электрической связи (телеграф, сигнализация и пр.). Вполне вероятно, что история повторится: теперь электроника используется главным образом для целей радиосвязи, но ее будущее лежит в решении крупнейших проблем энергетики».

В 1968 году специалист в области космических исследований Питер Е.Глейзер из США предложил размещать крупные панели солнечных батарей на геостационарных орбитах, передавая энергию на Землю сфокусированным пучком СВЧ-излучения. Преимущества такой схемы очевидны. Ее работа практически не зависела бы от погодных условий и времени суток, за исключением небольших периодов весеннего и осеннего равноденствий, когда СКЭС оказывалась бы в тени Земли.

Вскоре были сделаны и первые практические шаги в этом направлении. Американский исследователь Уильям Браун создал особый тип антенной решетки, которая могла бы не только принимать СВЧ-излучение, но и преобразовывать его в энергию постоянного или переменного тока. Такое устройство получило название ректенны. В 1976 году Браун осуществил при помощи СВЧ- пучка передачу 30 киловатт мощности на расстояние в одну милю, при этом кпд ректенны составил более 80 процентов. Вскоре после этого испытаниями и совершенствованием антенной решетки занялись экспериментаторы во многих странах мира.

У идеи СКЭС оказалась счастливая судьба. Едва появившись, она вызвала интерес не только у отдельных энтузиастов, но и у многих специалистов ведущих аэрокосмических фирм. Пожалуй, наиболее активно работы в этом направлении проводились в Японии — стране, недра которой, как известно, обделены ископаемыми энергоресурсами.

Уже в 1981 году здесь в Институте космических исследований начали разрабатывать проект по созданию прототипа СКЭС мощностью порядка 10 мегаватт. При этом японцы ориентировались в своих расчетах на уже существующие типы ракетоносителей. В рамках проекта был создан действующий макет СКЭС, что позволило накопить определенный технологический опыт.

Вот уже более четверти века в Японии собирается ежегодный симпозиум по космической энергетике, где ведущие специалисты обсуждают результаты экспериментов, проведенных в лабораториях университетов Киото, Кобе и Хоккайдо. Научно-исследовательская программа, направленная на определение перспектив CKЗC действует в рамках Министерства энергетики и НАСА. Исследования ведутся также в научных центрах России, Германии, Франции, Канады и ряда других стран.

Подвижки, достигнутые в разработке этой идеи, позволили oпределить основные принципы, которые, надо полагать, станут основой создания полномасштабной СКЭС.

Станция будет вращаться на геостационарной орбите на расстоянии 36 тысяч километров от Земли. Диаметр передающей антенны составит порядка километра. Солнечную энергию будет концентрировать огромное надувное зеркало с двумя отражателями. От них солнечная энергия будет попадать на фотобатареи, объединенные с передающей антенной в так называемую «сандвич-конструкцию». Отсюда, в свою очередь, сфокусированный пучок СВЧ- излучения будет направляться на Землю.

А на Земле этот драгоценный космический «гостинец» примет высокоэффективная ректенна размером 10х13 километров. Технологически наземную приемную систему можно приподнять над поверхностью планеты, при этом ее прозрачность для солнечного излучения достигнет 80-90 процентов.

Преимущество такой системы еще и в том, что пучок СВЧ можно легко перебрасывать с одной приемной станции на другую, обеспечивая оперативное подключение самых удаленных потребителей. Другой важный фактор CKЗC — это полное отсутствие вредных выбросов.

Каковы же перспективы строительства такой чудостанции? По мнению специалистов, работы должны вестись поэтапно. Сначала нужно создать экспериментальный образец CKЗC мощностью до 10 мегаватт. При этом для доставки грузов в космос потребуется модернизировать существующие сегодня ракетно-транспортные средства. На реализацию подобной программы может потребоваться не менее 10-20 лет. В случае успеха придет черед создания полномасштабных коммерческих СКЭС, превышающих по мощности такие уникальные сооружения, как, например, Красноярская ГЭС. Такая работа потребует создания транспортных ракет нового поколения. Очевидно, это станет технически возможным через 30-50 лет, то есть уже в середине нашего века.

Валерий НЕЧИПОРЕНКО