Gândește-te la ceea ce știi despre surse de energie curate. Care este cea mai verde?
Probabil că toate hidroelectrice, geotermice, eoliene și solare vin în minte. Deși ar putea fi ecologici, toate au limite semnificative cu privire la câtă energie pot produce și unde pot fi utilizate. De dorit, în ciuda unor progrese foarte grozave în solar, panourile solare încă pot genera energie în timp ce soarele strălucește.
Apoi, soluția este evidentă. Du-te unde soarele nu apune niciodată: în spațiu.
Aceasta este viziunea oamenilor de știință, cercetătorilor și antreprenorilor atât aici în Statele Unite, cât și în Japonia, China și Europa. Deși conceptul a fost bătut cel puțin începând cu anii '70, a fost revizuit și abandonat în mod repetat, deoarece obținerea tuturor părților acolo, iar oamenii pentru a pune totul la capăt, a fost imposibil de scump. Doar odată cu apariția sateliților super-mici, produși în masă și a rachetelor rapel reutilizabile, unele încep să arunce o privire mult mai dificilă pentru a face din spațiul solar o realitate.
Există zeci și zeci de idei despre cum să construiți un sistem de colectare solară bazat pe spațiu, dar aspectul de bază merge așa: lansați și asamblați robotic câteva sute sau mii de module de dimensiuni identice în orbita geosincronă. O parte cuprinde oglinzi care reflectă și concentrează lumina soarelui pe panouri solare care transformă energia în electricitate. Convertizoarele transformă această energie electrică în microunde cu intensitate mică, care sunt transmise către receptoare mari, circulare pe sol. Aceste antene re-convertesc microundele înapoi în energie electrică, care poate fi alimentată în rețeaua existentă.
John Mankins, care a petrecut 25 de ani la NASA și Laboratorul de propulsie Jet Caltech, a primit finanțare de la Institutul de Concepții Avansate al NASA în 2011 pentru a-și perfecționa mai detaliat conceptul de centrală solară spațială. El insistă deja că tehnologia și ingineria necesare pentru a face din spațiul solar o realitate există, însă, ca în cazul oricărei idei noi și scumpe, aceasta se reduce la valorile ecologice.
„Nu este ca fuziunea - nu există o fizică nouă implicată”, spune Mankins, făcând referire la ITER, colaborarea cu 35 de națiuni pentru a construi un reactor de fuziune în Franța. „Nu există sos secret. Este un obstacol financiar pentru a obține finanțare pentru dezvoltarea elementelor și pentru a demonstra noua arhitectură necesară pentru a face acest lucru. ”
Mankins și alții estimează costul total pentru dezvoltarea, construirea, lansarea și asamblarea tuturor componentelor unei centrale solare bazate pe spațiu este de ordinul 4 până la 5 miliarde de dolari - o fracțiune din prețul de 28 de miliarde de dolari al barajului din China Trei Chei. Mankins estimează că un model de scară de lucru cu componente cu dimensiuni complete ar putea fi obținut pentru 100 de milioane de dolari. Prin comparație, planta nucleară Watts Bar, completată recent de autoritatea din Tennessee, a avut nevoie de 43 de ani pentru a construi, de la început până la bâlbâie și a costat 4, 7 miliarde de dolari.
În mod critic, ceea ce ar plăti consumatorii - prețul pe kilowatt-oră - trebuie să se afle în același pachet de bilă ca sursele convenționale de energie produse cu cărbune, gaze naturale și nucleare, care variază în prețuri de la 3 la 12 centi pe kilowatt-oră. Hidroelectricul poate fi relativ ieftin, la mai puțin de un cent pe kilowatt-oră, dar numai dacă ai norocul să trăiești într-o regiune cu râuri cu fluxuri abundente, ca în unele părți din Canada și Wisconsin. Geotermul este, de asemenea, foarte economic, verificând 3 centi pe kilowatt-oră, dar va trebui să întrebați islandezii cum le place facturile la energie. Și avocații eolieni au trumpit vestea anul trecut că costurile pentru resursele regenerabile au scăzut până la 2, 5 centi pe kilowatt-oră.
Obținerea costurilor în cifre duble mici sau chiar cifre unice de cenți pe kilowatt-oră este absolut esențială pentru a face din spațiul solar un utilitar competitiv, spune Gary Spirnak, CEO al companiei energetice din Solaren, din California.
Compania Spirnak este aprobată ca furnizor de energie solară în California și a avut acorduri de aprovizionare anterioare cu Pacific Gas and Electric, dar modelul său de afaceri este complet bazat pe generarea energiei lor din energia solară recoltată în spațiu. Solaren este în proces de negociere de noi acorduri cu una sau mai multe utilități. Compania are brevete aici în SUA pentru proiectarea sa, precum și în Europa, Rusia, China, Japonia și Canada și a asigurat o primă rundă de finanțare pentru o demonstrație bazată pe laborator a tehnologiilor sale componente cândva în anul următor. Spirnak speră să-i convingă pe investitori să susțină o fabrică pilot de 250 de megavatiți până la sfârșitul fazei de dezvoltare și testare, poate în termen de cinci ani.
Două structuri cheie sunt necesare pentru ca spațiul solar să funcționeze. În primul rând, amplificatoare de putere în stare solidă care transformă în mod eficient energia electrică din lumina soarelui colectată în unde de frecvență radio și receptoarele de pe sol care transformă din nou undele RF în electricitate.
Paul Jaffe deține modulul de conversie „treaptă” solară spațială brevetată a Laboratorului de Cercetări Navale din fața unei camere de testare a vidului termic. (Paul Jaffe) 
Space Solar Prototype: Acest modul de conversie a soarelui-microunde pentru spațiul solar a fost primul care a fost testat în condiții asemănătoare spațiului. Robotica spațială ar fi folosită pentru a asambla mii pentru a crea emițătorul unui satelit solar spațial. (Paul Jaffe) 
Prototipurile modulului de conversie solară spațială ale NRL au fost testate în acest vid termic și instalația de testare a iluminării solare simulate. (Paul Jaffe) Paul Jaffe, un inginer la Laboratorul de Cercetări Navale din Washington, DC, a lucrat la două prototipuri ale modulului de colectare, pe care el îl referă drept „sandwich”, deoarece colectorul solar, convertorul de putere și emițătorul RF sunt trimiși împreună la un picior. -gresie netedă de doi centimetri grosime. Greutatea fiecărui modul individual determină, în cele din urmă, prețul energiei electrice distribuite la sol; în ceea ce privește wati pe kilogram lansat, Jaffe spune că designul de bază al plăcilor a venit la aproximativ 6 wați pe kilogram.
Ținând cont de puterea de energie, o durată de viață a unei centrale solare de 20 de ani, un cost de lansare de 2.500 de dolari pe kilogram și niveluri de costuri diferite ale componentelor în sine, Jaffe calculează că, dacă masa a scăzut și puterea a crescut la 500 de wați pe kilogram, echivalează cu un cost de 3 centi pe kilowatt-oră.
„Făcând lucruri chiar foarte simple pentru a reduce masa, ne aduce în intervalul de 100 de wați pe kilogram și 1.000 de wați pe kilogram nu este nebun”, spune el. „Aveți eficiențe foarte bune cu tehnologia solară actuală, care este deja disponibilă în comerț, și în fiecare buzunare avem în fiecare zi aceste convertoare RF foarte eficiente și ușoare.”
Convertizoarele RF sunt tocmai motivul pentru care funcționează telefoanele celulare - telefoanele sunt, practic, glorificate walkie-talkies ale căror semnale sunt ajutate de o rețea de stații de releu de semnal. Convertoarele din telefon traduc traducerile radio în date pe care le înțelegem - audio - și invers. Această tehnologie este centrală pentru cercetarea în spațiul solar din Caltech, într-o colaborare între oamenii de știință și inginerii de acolo și Northrop Grumman.
Spirnak spune că principala forță a activității lui Solaren în ultimele luni a fost doar aceea - reducerea greutății modulelor lor. Deși rachetele reutilizabile ar reduce costul total de producție cu și mai mult, Spirnak nu își mai ține respirația în termenul apropiat; se gândește la utilizarea vehiculelor convenționale de ridicare grele pentru a aduce componentele lui Solaren în spațiu.
„Am petrecut mult timp luând greutăți din sistem”, spune Spirnak. „Putem împacheta elemente mari individuale în lansatoare individuale, cu câteva faze interesante de origami”, deși livrarea întregului sistem în spațiu va necesita în continuare mai multe lansatoare super-grele.
Jaffe spune că cea mai frecventă întrebare pe care o primește atunci când vorbește despre spațiul solar nu este dacă se poate sau trebuie făcut, ci cât de periculos este acel fascicul de energie din spațiu. Nu vor fi păsări și avioane fulguratoare pe cer când trec prin grindă?
„Dacă stai afară într-o după-amiază însorită timp de 15 minute, nu te arzi”, explică el. „Radiourile, televizoarele și telefoanele noastre mobile nu ne gătesc, iar acestea sunt la aceeași frecvență cu cele propuse. Există deja limite de siguranță [la transmisiile cu microunde] stabilite de IEEE [Institutul Inginerilor de Electrotehnică și Electronică], deci proiectați un sistem pentru a vă asigura că puterea este răspândită pe o suprafață mare. Nu se va transforma accidental într-o rază de moarte.
Pentru a obține cele mai bune raporturi cost-greutate, eficiență la scară și o capacitate de generare electrică comparabilă a unei centrale nucleare medii (1 până la 2 gigawati), orice tablou de colectare solară în spațiu ar trebui să aibă aproximativ un kilometru în diametru.
Receptorii de colectare de pe sol ar trebui să fie în consecință mari - pentru ca o instalație solară din spațiu să genereze în jur de un gigawatt de energie, un colector solar de un kilometru (.62 mile) ar duce la energie la un kilometru de 3, 5 km (2 mile) ) receptor pe sol. Aceasta ar necesita o suprafață de aproximativ 900 de acri. Comparați-o cu instalația de panouri solare Solar Star din California, în prezent cea mai mare utilitate solară din Statele Unite, care ocupă 3.200 de acri.
Transmisia de putere de frecvență radio are un dezavantaj semnificativ: lungimile de undă „sigure” care, de asemenea, nu vor fi refractate de ceva atât de simplu, cum ploaia sunt deja supraaglomerate, înfundate prin transmisiile radio regulate, precum și utilizarea militară, industrială și prin satelit.
Criticii din spațiul solar, printre care se numără Elon Musk, de Tesla, spun că eficiența la scară economică nu poate fi realizată din cauza tuturor convertirii și reconvertirii puterii necesare.
Dar Jaffe speră că vechea fisură a fuziunii nu va deveni adevărată și în spațiul solar: „Au trecut 10 ani distanță în ultimii 60 de ani”, râde el.
Mankins subliniază că, cu prognoza populației globale care va exploda la 11, 3 miliarde până la sfârșitul secolului, cu aproape toate cele reprezentate în lumea în curs de dezvoltare, spațiul solar merită investiții serioase atât de către entitățile publice, cât și de partenerii privați. El spune că este necesară o energie abundentă și curată pentru a răspunde nevoilor umane de bază, precum și pentru a rezolva distrugerea asigurată a mediului dacă toată energia provine din surse convenționale.
„Dacă amestecul de surse de energie nu se schimbă radical, nu există nicio modalitate de a ajunge la neutrul de carbon”, spune Mankins. „De asemenea, nu puteți spune 800 de milioane de oameni din China că trebuie să rămână în sărăcie abjectă. Este nevoie nu doar de a compensa consumul de carbon de astăzi, ci de a privi cu nerăbdare 70 de ani și modul în care vom compensa de trei ori consumul de astăzi. Chiar avem nevoie de soluții mari. ”
