Сюжет известного фантастического рассказа о передаче из космоса на нашу планету огромных потоков солнечной энергии может претвориться в жизнь уже в ближайшие десятилетия. Впервые идея о развертывании за пределами Земли солнечных спутниковых систем появилась в 1968-м, но тогда она была абсолютно нереалистичной. Зато теперь, почти полвека спустя, наметился прорыв. Об интригующих подробностях создания солнечной космической электростанции (СКЭС) мы беседуем с авторитетным специалистом в области лазерной технологии, космического приборостроения и проектирования космических комплексов, заместителем начальника проектного центра НПО имени С.А. Лавочкина, доктором технических наук Валентином СЫСОЕВЫМ.
Над дерзким проектом давно работают специалисты Японии, России, США, Европы. Обнародовано несколько концепций. Дальше всех продвинулись японцы, которые намерены построить первую большую солнечную космическую электростанцию к 2030 году. А теперь и у России появились интересные перспективы. Прежде всего усилиями конструкторов и ученых знаменитого российского предприятия — НПО имени Лавочкина, где еще в советские годы были созданы автоматические межпланетные станции для исследования Луны, Марса, Венеры.
Свой рассказ Валентин Сысоев начал с главного вопроса: так ли уж нам нужны эти дорогостоящие солнечные электростанции?
— Известно: прогресс земной цивилизации невозможен без постоянного наращивания объемов потребляемой энергии, — констатирует ученый. — Ее и сегодня не хватает, а в недалеком будущем проблема резко обострится в планетарном масштабе, если, конечно, не найдем альтернативу истощающимся земным источникам. Тревогу вызывает и то, что при возрастающем энергопотреблении увеличивается переработка углеводородов, а это ведет к опаснейшему загрязнению планеты. К примеру, почвы России уже потеряли 70% плодородности из-за насыщения вредными элементами и веществами. Вот почему использование экологически чистой солнечной энергии надо рассматривать, по словам академика Алферова, как беспроигрышный и безальтернативный выбор для человечества. Да-да, иного пути у землян попросту нет!
Валентин Константинович приводит убедительные расчеты. За год Солнце отправляет на Землю колоссальный поток, составляющий в энергетическом эквиваленте 3,8 тысячи квинтиллионов киловатт-часов (представьте число 38 с 20 нулями). Это в 100 млн раз больше, чем сегодня потребляется во всем мире. Таких энергоресурсов землянам хватило бы на десятки миллионов лет. Но как приручить солнечную энергию?
Схема в принципе известна. Космическая платформа для сбора солнечной энергии и преобразования ее в электрическую запускается на высоту 36 тысяч километров — на геостационарную орбиту. Это нужно, чтобы рукотворная конструкция не совершала витки вокруг Земли, а постоянно находилась над одним и тем же участком земной поверхности. На космической платформе электричество преобразуется в микроволновое или лазерное излучение, и узкий пучок передается на нашу планету. Его принимает специальная антенна — ректенна. Здесь излучение превращается в постоянный или переменный ток и уходит к потребителям...
Помечтаем? Солнечная энергия доступна круглосуточно и не зависит от погоды. Может передаваться в любой район Земли. При этом не расходуются природные ресурсы нашей планеты, отсутствует загрязнение атмосферы, нет проблем, связанных с захоронением радиоактивных отходов. Но... Дорогое удовольствие. И технически сложное.
— Первая проблема — это огромный размер конструкций, которые планируют собирать в космосе с помощью роботов, — говорит Сысоев. — По одному из зарубежных проектов масса СКЭС на геостационарной орбите должна составлять 400 тонн, а диаметр ректенны на Земле — 10 километров. Это чрезвычайно трудоемкая и затратная технология. В нашей же концепции предлагается принципиально иной подход. Вместо сборки на орбите космического гиганта целесообразно, как показали расчеты и исследования, создавать солнечную электростанцию из отдельных модулей, запуская автономные, информационно связанные между собой космические аппараты. Для этого подойдут уже имеющиеся российские носители. Модули будут управляться по пилотному сигналу. Передача энергии на Землю в нашем варианте должна осуществляться не по микроволновому каналу, как в ряде зарубежных проектов, а по лазерному. Соответственно, и диаметр ректенны, точнее, наземного фотопреобразователя, будет у нас всего 100 метров...
В газетной публикации нет возможности рассказать обо всех оригинальных технических решениях российских ученых и конструкторов. Важно, что в итоговой концепции подробно рассмотрен каждый этап создания СКЭС. Среди новаторских решений — создание трансформируемой конструкции фотоизлучающих панелей из автономных фотопреобразователей, выбор волоконных лазеров с различной длиной волны, многоуровневая система точного наведения лазерного канала, обеспечение безопасности окружающей среды...
Особый интерес вызывают проектные решения, связанные со строительством демонстрационной солнечной космической электростанции мощностью 100 киловатт. Ее можно построить уже через 5 лет. И тогда специалисты будут проверять в реальных условиях новые технологии. Одна из главных задач — отработка высокоточного наведения лазерного луча и удержания его на приемной наземной площадке. Это необходимо для создания будущих промышленных солнечных космических электростанций. Лазерный канал предназначен не только для передачи энергии. Он будет использоваться еще и для отправки с высокой скоростью информационных потоков, а также для измерений атмосферы.
Как будет выглядеть 100-киловаттная солнечная космическая электростанция? Потребуется ли разработка для ее запуска специальной ракеты?
— Нет, не потребуется, ибо наши проектные решения во многом базируются на уже имеющихся технологиях, ракетоносителях, космических платформах, — уверен мой собеседник. — В частности, для выведения на околоземную орбиту двух панелей солнечных батарей выбрана ракета «Союз-2» с головным обтекателем типа «Союз-СТ». В сложенном виде эти панели, каждая из которых состоит из 36 створок, внешне напоминают шестигранную колонну высотой с двухэтажный дом (6,75 метра), диаметром 3,8 метра и массой 2,6 тонны. Все это помещается под обтекателем ракеты «Союз-2». В космосе площадь панелей в развернутом виде составит 300-340 кв. метров. Наиболее привлекательным вариантом представляется использование для демонстрационных экспериментов гибридной космической электростанции...
По словам Сысоева, изюминка в том, что приемная конструкция на Земле будет получать сразу два потока — по лазерному каналу, а еще отраженный от облаков солнечный свет в виде инфракрасного излучения. Приемное устройство, состоящее из фотопреобразователей, размещается на большом плоском аэростате размером с полтора футбольных поля. Такой аэростат нетрудно создать на базе уже имеющихся конструкций. По расчетам конструкторов, он должен висеть на высоте 2-4 тысячи метров. С аэростата ток в наземную подстанцию будет передаваться по 5-километровому трос-кабелю.
На выходе мощность для практического использования будет пока небольшой — около 10 киловатт в сутки. Но здесь важен первый шаг. Заманчиво выглядят сроки: 5 лет на подготовку и реализацию еще вчера фантастического проекта.
Затраты на российскую демонстрационную СКЭС будут, по оценкам, в десятки раз меньше, чем при создании большой японской космической электростанции, где капиталовложения, по экспертным прикидкам, могут составить 7,7 млрд долларов.
— Мы готовы к сотрудничеству в строительстве СКЭС с отечественными и зарубежными компаниями, причем некоторые из них уже проявляют интерес. У космических электростанций большое будущее! — уверен Сысоев.
