В начале этого года небольшая группа зрителей собралась в Модельном бассейне Дэвида Тейлора, пещерном крытом бассейне ВМС в Мэриленде, чтобы посмотреть то, что они не могли видеть. На каждом конце сооружения был 13-футовый столб с маленьким кубиком на вершине. Мощный инфракрасный лазерный луч выстрелил из одного из кубов, ударив по множеству фотоэлектрических элементов внутри противоположного куба. Однако невооруженным глазом это выглядело как ничто. Единственным доказательством того, что что-то происходило, была небольшая кофеварка, которая производила «лазерные латте», используя только энергию, генерируемую системой.
Лазерная установка смогла передать 400 ватт энергии - достаточно для нескольких небольших бытовых приборов - через сотни метров воздуха без движения массы. Военно-морская исследовательская лаборатория, которая руководила проектом, надеется использовать систему для передачи энергии беспилотникам во время полета. Но инженер электроники NRL Пол Джаффе ставит перед собой задачу еще более амбициозной задачи: излучать солнечную энергию на Землю из космоса. В течение десятилетий идея была зарезервирована для будущего, но ряд технологических прорывов и масштабная новая правительственная исследовательская программа предполагают, что далекий день, возможно, наконец наступил.
С тех пор, как идея космической солнечной энергетики впервые появилась в научной фантастике Исаака Азимова в начале 1940-х годов, ученые и инженеры выдвинули десятки предложений по воплощению этой концепции в жизнь, включая надувные солнечные батареи и роботизированные самосборки. Но основная идея всегда одна и та же: гигантский спутник на орбите собирает энергию от солнца и преобразует ее в микроволны или лазеры для передачи на Землю, где она превращается в электричество. Солнце никогда не заходит в космосе, поэтому космическая солнечная энергетическая система может поставлять возобновляемую энергию в любую точку планеты, днем или ночью, дождем или сиянием.
Как и термоядерная энергия, космическая солнечная энергия, казалось, обречена стать технологией, которая всегда была на расстоянии 30 лет. Технические проблемы продолжали возникать, оценки затрат оставались стратосферными, и, поскольку солнечные элементы стали дешевле и эффективнее, случай космической солнечной энергии, похоже, сокращался.
Это не помешало правительственным исследовательским агентствам попробовать. В 1975 году, после партнерства с Министерством энергетики по серии исследований возможностей использования солнечной энергии в космосе, НАСА излучало 30 киловатт мощности за милю, используя гигантскую микроволновую антенну. Энергия пучка является ключевым аспектом космической солнечной энергетики, но этот тест остается самой мощной демонстрацией технологии на сегодняшний день. «Тот факт, что прошло почти 45 лет с момента демонстрации НАСА, и это остается наивысшей отметкой, говорит само за себя», - говорит Джаффе. «Космическая солнечная энергия не была национальным императивом, и поэтому многие из этих технологий не достигли значительного прогресса».
Джон Мэнкинс, бывший физик из НАСА и директор Solar Space Technologies, был свидетелем того, как правительственная бюрократия из первых рук убила развитие космической солнечной энергетики. В конце 1990-х годов Мэнкинс написал доклад для НАСА, в котором сделан вывод о том, что пришло время всерьез относиться к космической солнечной энергии, и возглавил проект по разработке проекта спутниковой системы. Несмотря на некоторые многообещающие результаты, агентство в итоге отказалось от него.
В 2005 году Мэнкинс покинул НАСА, чтобы работать консультантом, но он не мог избавиться от идеи космической солнечной энергетики. Он сам провел несколько скромных космических экспериментов на солнечной энергии и даже получил грант от программы инновационных усовершенствованных концепций НАСА в 2011 году. Результатом стал SPS-ALPHA, который Манкинс назвал «первым практичным спутником солнечной энергии». Идея, по словам Манкинса, была « создать большой спутник на солнечных батареях из тысяч мелких деталей ». Его модульная конструкция значительно снизила стоимость оборудования, по крайней мере, в принципе.
Джаффе, который только начал работать над оборудованием для космической солнечной энергетики в Военно-морской исследовательской лаборатории, был взволнован концепцией Мэнкинса. В то время он разрабатывал «сэндвич-модуль», состоящий из небольшой солнечной панели с одной стороны и микроволнового передатчика с другой. Его электронный сэндвич продемонстрировал все элементы реальной космической солнечной энергосистемы и, возможно, самое главное, это было модульным. Он мог прекрасно работать с чем-то вроде концепции Мэнкинса, полагал он. Им не хватало только финансовой поддержки, чтобы перенести идею из лаборатории в космос.
Джаффе пригласил Мэнкинса присоединиться к небольшой команде исследователей, участвующих в конкурсе Министерства обороны, на котором они планировали представить концепцию космической солнечной энергии на основе SPS-ALPHA. В 2016 году команда представила эту идею высшим должностным лицам Министерства обороны и в итоге получила четыре из семи призовых категорий. И Джаффе, и Манкинс описали это как решающий момент для возрождения интереса правительства США к космической солнечной энергии.
Они могут быть правы. В октябре Исследовательская лаборатория ВВС объявила о программе стоимостью 100 миллионов долларов для разработки оборудования для спутника солнечной энергии. Это важный первый шаг к первой демонстрации космической солнечной энергии на орбите, и Манкинс говорит, что это может помочь решить то, что он считает самой большой проблемой космической солнечной энергии: общественное восприятие. Технология всегда казалась идеей «бездельника», а стоимость установки солнечной батареи на Земле стремительно падает. Но космическая солнечная энергетика обладает уникальными преимуществами, главным из которых является наличие солнечной энергии круглосуточно, независимо от погоды или времени суток.
Это может также обеспечить возобновляемую энергию отдаленным местоположениям, таким как передовые операционные базы для военных. И в то время, когда лесные пожары заставляли коммунальное предприятие PG & E неоднократно убивать электроэнергию для тысяч жителей Калифорнии, наличие способа подачи возобновляемой энергии через облака и дым не кажется такой плохой идеей. (По иронии судьбы, PG & E заключила первое в своем роде соглашение о покупке космической солнечной энергии у компании Solaren еще в 2009 году; система должна была начать работать в 2016 году, но так и не была реализована.)