Az Energy.gov-on az űrkutatás hete van. Felfedezzük a Naprendszert (és azon túl), hogy kiemeljük az Energiaügyi Minisztérium és nemzeti laboratóriumaink hozzájárulását az amerikai űrprogramhoz. Ezen a héten minden nap nézzen vissza új videókért, interaktív grafikonokért, idővonalakért és egyebekért — és küldje el kérdéseit a sötét energiáról szóló laboratóriumi Twitter-beszélgetésünkre, amely most pénteken, március 7-én lesz. Használja a #SpaceWeek hashtaget, hogy csatlakozzon a beszélgetéshez a Twitteren, a Facebookon, a Google+-on és az Instagramon.
Éjszaka nem lehet napenergiát gyűjteni. Legalábbis a Földön nem. Mivel Űrhét van, úgy gondoltuk, illő lenne megnézni egy ígéretes, de futurisztikus ötletet, amely megváltoztathatja a napenergia-termelés arculatát: Űralapú napenergia (SBSP). Bár az Energiaügyi Minisztérium nem kutatja aktívan az SBSP-t, reméljük, hogy szánnak egy percet arra, hogy megismerkedjenek ezzel a távoli koncepcióval.
A világűrben a napenergiának a földi energiafelhasználás céljából történő hasznosításának ötlete már az űrkorszak kezdete óta létezik. Az elmúlt néhány évben azonban a tudósok világszerte — és az Energiaügyi Minisztérium saját Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumának (LLNL) több kutatója — megmutatták, hogy a legújabb technológiai fejlesztések hogyan tehetik ezt az elképzelést valósággá.
A Földön a napenergiát nagymértékben csökkenti az éjszaka, a felhőzet, a légkör és a szezonalitás. A beérkező napsugárzás mintegy 30 százaléka soha nem éri el a talajszintet. Az űrben a Nap mindig süt, a Föld dőlése nem akadályozza az energiagyűjtést, és nincs légkör, amely csökkentené a napsugarak intenzitását. Ez teszi csábítóvá a napelemek elhelyezését az űrben. Ezenkívül az SBSP segítségével megbízható és tiszta energiát lehet eljuttatni a világ távoli közösségeiben élő emberekhez anélkül, hogy a hagyományos hálózatra vagy egy nagy helyi erőműre kellene támaszkodni.
Hogyan működik?
Az űrbe önszerelő műholdakat indítanak, reflektorokkal és egy mikrohullámú vagy lézeres energiaátvivővel együtt. A reflektorok vagy felfújható tükrök a világűr hatalmas területén terjeszkednek, és a napsugárzást a napelemekre irányítják. Ezek a panelek a napenergiát mikrohullámúvá vagy lézerré alakítják, és szünetmentes energiát sugároznak le a Földre. A Földön az energiafogadó állomások összegyűjtik a sugárnyalábot, és hozzáadják az elektromos hálózathoz.
Az SBSP két leggyakrabban tárgyalt terve egy nagy, mélyebbre telepített mikrohullámú sugárzó műhold és egy kisebb, közelebbi lézersugárzó műhold.
Mikrohullámú sugárzó műholdak
A mikrohullámú sugárzó műholdak geostacionárius pályán (GEO), mintegy 35 000 km-re a Föld felszíne felett keringenek a Föld körül. A mikrohullámú sugárzó műholdak tervei hatalmasak, akár 3 km-es napfényvisszaverőkkel és több mint 80 000 tonna tömeggel. Több gigawatt teljesítmény előállítására lennének képesek, ami elég lenne egy amerikai nagyváros energiaellátásához.
A mikrohullám hosszú hullámhossza hosszú antennát igényel, és lehetővé teszi, hogy az energiát a Föld légkörén keresztül sugározzák, esőben vagy napsütésben, biztonságos, alacsony intenzitással, amely alig erősebb a déli napnál. A madarak és a repülőgépek nem nagyon vennének észre semmit, ami átrepülne az útjukon.
A mikrohullámmal felszerelt GEO műhold indításának, összeszerelésének és üzemeltetésének becsült költsége több tízmilliárd dollárra rúg. Valószínűleg akár 40 indításra is szükség lenne ahhoz, hogy az összes szükséges anyag eljusson a világűrbe. A Földön a mikrohullámú sugárnyaláb összegyűjtésére használt egyenes sugárzó antenna átmérője 3 és 10 km között lenne, ami hatalmas területet jelentene, és kihívást jelentene a beszerzése és fejlesztése.
Lézersugárzó műholdak
A LLNL-es barátaink által leírt lézersugárzó műholdak alacsony Föld körüli pályán (LEO), körülbelül 400 km magasságban keringenek a Föld felszíne felett. A kevesebb mint 10 tonnás súlyával ez a műhold a mikrohullámú társainak töredéke. Ez a konstrukció olcsóbb is; egyes előrejelzések szerint egy lézerrel felszerelt SBSP műhold indítása és üzemeltetése közel 500 millió dollárba kerülne. A teljes önösszeszerelő műholdat egyetlen rakétával lehetne felbocsátani, ami drasztikusan csökkentené a költségeket és az előállítási időt. Emellett a lézeradó használatával a sugárnyaláb átmérője több km helyett csak kb. 2 méter lenne, ami drasztikus és fontos csökkentés.
Azért, hogy ez lehetővé váljon, a műhold napenergiával működő sugárzó rendszere diódával pumpált alkáli lézert használ. Az LLNL-ben 2002-ben mutatták be először – és jelenleg is ott fejlesztik -, hogy ez a lézer körülbelül akkora lenne, mint egy konyhaasztal, és elég erős ahhoz, hogy rendkívül magas, több mint 50 százalékos hatásfokkal sugározzon energiát a Földre.
Noha ez a műhold sokkal könnyebb, olcsóbb és könnyebben telepíthető, mint mikrohullámú társa, komoly kihívások maradnak. A nagy teljesítményű lézerek ötlete az űrben előhívhatja az űr militarizálódásától való félelmeket. Ezt a kihívást úgy lehetne orvosolni, ha korlátoznák azt az irányt, amelybe a lézerrendszer továbbíthatná a teljesítményét.
A kisebb méret mellett ennek megfelelően kisebb, műholdanként körülbelül 1-10 megawatt kapacitással rendelkezik. Ezért ez a műhold leginkább egy hasonló műholdakból álló flotta részeként, együtt használva lenne a legjobb.
Mondhatnánk, hogy az SBSP még nagyon messze van, vagy csak egy álom (szóviccnek szánt szójáték) — és nagyrészt igazunk is lenne. De sok olyan technológia már létezik, ami ezt megvalósíthatóvá teszi, és sokan nem állnak messze tőle. Bár az Energiaügyi Minisztérium jelenleg nem fejleszt kifejezetten SBSP technológiákat, az SBSP-hez szükséges többi technológia nagy részét az elkövetkező években önállóan is ki lehet fejleszteni. És bár nem ismerjük az űrből nyert energia jövőjét, izgatottan várjuk, hogy az ehhez hasonló ötletek szárnyra kapjanak (oké, utolsó szójáték, ígérem).