Солнечная энергетика космического базирования (СЭКБ) в последнее время находится на слуху: прошлым летом было проведено успешное испытание демонстрационной установки, получавшей солнечную энергию в космосе. Несмотря на то, что концепция в основе своей здравая, существует множество препятствий, которые необходимо преодолеть, чтобы эта технология получила широкое распространение, и не последним из них является стоимость. Однако НАСА не чурается дорогостоящих проектов, и недавно они заказали исследование в своём внутреннем Управлении по технологиям, политике и стратегии, которое предлагает, как НАСА может продолжать поддерживать эту зарождающуюся идею. Самое интересное, что если технологические карты будут разыграны правильно, то СЭКБ может стать самым углеродоэффективным и недорогим источником энергии для человечества к 2050 году.
Для того чтобы достичь этой цели, необходимо преодолеть множество препятствий, но для начала давайте разберёмся, на что был направлен доклад. В первую очередь его интересовало два аспекта: насколько дорого стоит электроэнергия, получаемая со спутника, и насколько высоки выбросы углекислого газа в течение всего жизненного цикла спутника, включая выбросы в атмосферу, необходимые для его запуска в космос.
Эти две темы проанализировали в применении к двум различным системам: модульной SPS-Alpha Mark-III, предложенной известным изобретателем Джоном Мэнкинсом, которая считается более теоретической, и системе Tethered-SPS, разработанной группой японских исследователей, которая использует более традиционную конструкцию. В большинстве расчётов, приведённых в отчёте, SPS-Alpha Mark-III превосходит более традиционную систему. Тем не менее, существуют некоторые технические препятствия для её реализации, хотя и не такие сложные, как у некоторых других обсуждаемых в отчёте систем.
Результаты, представленные в отчёте, не слишком хорошо характеризуют СЭКБ. Учитывая текущий уровень технической зрелости, оба решения производят электроэнергию, которая дороже, чем любая из существующих технологий. Мало того, даже более дружественная к климату SPS-Alpha Mark-III по воздействию на климат всё ещё сопоставима только с солнечной энергией и проигрывает таким технологиям, как гидроэнергетика или даже ядерное деление. Таким образом, прежде чем появится коммерческий стимул для внедрения этой технологии, необходимо проделать определённую работу.
Давайте сначала разберёмся с затратами. Два основных источника расходов — это стоимость доставки спутника на орбиту и его обслуживания, с учётом того, что спутник предполагается собирать на орбите. В отчёте даже предусмотрены некоторые допуски для того, чтобы стоимость запуска была ниже, чем сейчас (без полнофункциональных звездолётов). Но даже при таком снижении стоимости 863 запуска на геосинхронную орбиту для меньшей из двух систем, скорее всего, не позволят ни одной из них быть конкурентоспособной по стоимости с наземными альтернативами.
Кроме того, на данный момент ни одна инфраструктура не может поддерживать такой массивный спутник. Поэтому, если какая-либо часть системы выйдет из строя в космосе, что, учитывая природу окружающей среды, неизбежно, не будет никакого реального способа её починить. Над этим, как и над снижением стоимости запуска, тоже работают несколько коммерческих организаций. Однако невозможность недорого поддерживать инфраструктуру на орбите будет затруднять оценку стоимости любого крупного проекта в ближайшем будущем.
Что касается выбросов парниковых газов — большинство из них вызваны запусками, необходимыми для выхода в космос. Исследований последствий выброса продуктов сгорания в высокие слои атмосферы, особенно с точки зрения их влияния на окружающую среду, было проведено не так много. Но неудивительно, если бы эти выбросы оказались довольно серьёзными. Но даже и так, огромное количество парниковых газов, которые придётся выбросить, чтобы поднять весь вес этих систем в космос, не позволит им конкурировать с низкоуглеродными альтернативами.
Эти трудности могут показаться приговором для создания системы СЭКБ в ближайшем будущем. Но есть и положительный момент. Используя анализ чувствительности статистической методологии, авторы отчёта создали сценарий, в котором СЭКБ будет наиболее экономически эффективным с наименьшими выбросами парниковых газов среди всех доступных источников энергии в 2050 году.
Для этого требуется большой технологический скачок; в частности, использование других технологий, таких как ионные приводы для перемещения частей с низкой околоземной орбиты (где звездолёты могут быть многоразовыми) на геостационарную орбиту, может значительно ограничить количество необходимых запусков. Другие улучшения включают оптимистичные стандарты для анализа затрат, такие как снижение стоимости запуска (хотя 500 долларов за килограмм, используемые в исследовании, намного ниже, чем самые оптимистичные оценки возможностей Starship) и увеличение срока службы самого оборудования.
В конечном счёте, этот анализ показывает, что при небольшом развитии СЭКБ может стать не только конкурентоспособным по стоимости через 25 лет, но и лучшим вариантом недорогой, экологически чистой энергетики. Однако целью отчёта было предложить руководству НАСА возможные варианты действий, а результатом стало неутешительное «мы будем за этим следить». В докладе справедливо отмечается, что многие мероприятия, которые позволят сделать СЭКБ потенциально фантастическим, такими как снижение стоимости запуска, ионные приводы и улучшенные схемы спутников, уже находятся на радаре НАСА и активно разрабатываются с разной степенью поддержки.
Авторы предлагают изучать технологию каждые несколько лет, как это делает НАСА уже несколько десятилетий, чтобы понять, не решаются ли какие-то конкретные технические проблемы в рамках других проектов. На данный момент таковых не обнаружено. Но множество технологий, которые даже не были упомянуты в отчёте, например, добыча астероидов или развёртываемые лёгкие конструкции, также могут кардинально изменить экономические расчёты. Одно можно сказать наверняка: в будущих отчётах о жизнеспособности СЭКБ будет учтено множество новых достижений.
