Впервые в истории «микроволновка-снайпер» передала на Землю добытую в космосе солнечную энергию

В открытом космосе неограниченные запасы солнечной энергии. Она там доступна постоянно, без зависимости от смены дня и ночи, времён года и облачности. По подсчётам физиков, на земной орбите есть возможность вырабатывать в восемь раз больше электричества, чем солнечные панели выдают где бы то ни было на Земле.

Проект Caltech Space Solar Power Project («Космический проект Калифорнийского технологического института по производству солнечной энергии») называют для краткости просто SSPP. Прототип космической солнечной электростанции (SSPD-1) запустили на орбиту в январе. Испытания рабочего образца показали, что он функционирует и даёт возможность передавать энергию по беспроводной сети в космосе и направлять её с достаточной мощностью на Землю.

Прототип включает в себя гибкий лёгкий микроволновый передатчик MAPLE. MAPLE — это сокращение от Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment, что в переводе означает «Микроволновая решётка для низкоорбитального эксперимента по передаче энергии». Эта важная часть SSPD-1 состоит из массива гибких микроволновых передатчиков энергии. Передатчики приводятся в действие электронными чипами, которые были созданы с использованием недорогих кремниевых технологий.


Сделанное в космосе внутри MAPLE фото: передающая матрица справа и приёмники слева.

Чтобы проект SSPP состоялся, системы передачи энергии должны быть лёгкими с учётом топлива, необходимого для их отправки в космос. А ещё — гибкими, чтобы их можно было упаковать для транспортировки в ракете. В общем, стояла задача создать относительно недорогую и надёжную технологию.

Блок передатчиков спроектировали, чтобы изменять фокус и направление излучаемой энергии без каких-либо движущихся частей. В матрице передатчиков используются элементы точного управления синхронизацией для динамической фокусировки энергии выборочно путём сложения электромагнитных волн. Это позволяет передавать электричество в нужное место и никуда больше. Антенны для передачи энергии сгруппировали по 16 штук, и каждая управляется изготовленным на заказ гибким интегральным чипом.

MAPLE оснастили двумя отдельными матрицами приёмников, расположенными примерно в 30 см от передатчика. Они получили энергию и преобразовали её в постоянный ток, который зажигал в нужной последовательности пару светодиодов — это были индикаторы беспроводной передачи энергии в космосе. Оборудование в ходе эксперимента не заключали в герметичный корпус, несмотря на суровые условия космоса с их резкими перепадами температур и солнечную радиацию. Именно с ними впоследствии предстоит столкнуться крупномасштабным установкам SSPP.

Факт передачи электроэнергии MAPLE зафиксировал приёмник на крыше инженерной лаборатории в кампусе Калифорнийского технологического института в Пасадене. Принятый сигнал появился в ожидаемое время и с определёнными характеристиками.



Коллектив учёных под руководством Али Хаджимири сейчас оценивает производительность отдельных элементов системы. Это кропотливый процесс, полное завершение которого может занять до шести месяцев. Но он позволит исследователям устранить недочёты и проследить всё вплоть до отдельных блоков, и в итоге создать передатчик следующего поколения.

Когда проект SSPP полностью реализуют, создатели развернут группу модульных космических аппаратов, которые будут собирать солнечный свет, преобразовывать его в электричество, а затем в виде микроволн передавать беспроводным путём на большие расстояния туда, пока нет доступа к надёжному источнику питания.

Один из руководителей проекта SSPP профессор Серджио Пеллегрино рассказал, что такие системы передачи энергии необходимы для создания группы солнечных панелей, похожих на паруса. С этой целью отдельные блоки упакуют для транспортировки в багажные места объёмом по кубометру. В космосе они развернутся в квадраты размерами 50×50 м. Солнечные батареи будут на стороне, повёрнутой к светилу, а беспроводные передатчики энергии — на обращённой к Земле.

SSPP зародился ещё в 2011 году после того, как меценат Дональд Брен впервые узнал о потенциале солнечной энергетики в космосе из статьи в журнале Popular Science («Популярная наука»). Заинтригованный перспективами, Брен обратился к руководству Калифорнийского технолога, чтобы обсудить будущий проект получения солнечной энергии из космоса. Сумма внесённых филантропом пожертвований в поддержку проекта составила в итоге 100 миллионов долларов. К ним в процессе добавились и другие финансовые вливания.

Помимо испытаний MAPLE, коллектив SSPD работает ещё над двумя экспериментами. Уже проводится эксперимент ALBA — это 32 фотоэлектрических элемента различных типов. Из них выберут наиболее эффективные для суровых условий космоса.

Ещё один, который ещё только предстоит воплотить — эксперимент DOLCE. Для этого на орбите развернут сверхлёгкую композитную конструкцию размером 183×183 см. С её помощью испытают архитектуру, схему упаковки и механизмы развёртывания модульного космического аппарата.