Na webu Energy.gov je Týden vesmíru. Prozkoumáváme sluneční soustavu (i mimo ni), abychom zdůraznili přínos ministerstva energetiky a našich národních laboratoří k americkému vesmírnému programu. Tento týden se každý den podívejte na nová videa, interaktivní grafiku, časové osy a další informace – a pošlete nám své dotazy do našeho chatu na Twitteru o temné energii, který se koná tento pátek 7. března. Použijte hashtag #SpaceWeek a připojte se ke konverzaci na Twitteru, Facebooku, Google+ a Instagramu.
Sluneční energii nelze získávat v noci. Tedy alespoň ne na Zemi. Protože je Týden vesmíru, napadlo nás, že by bylo vhodné podívat se na jeden slibný, ale futuristický nápad, který by mohl změnit tvář výroby solární energie: Sluneční energie z vesmíru (SBSP). Přestože ministerstvo energetiky neprovádí aktivní výzkum SBSP, doufáme, že si najdete chvilku a seznámíte se s tímto vzdáleným konceptem.
Myšlenka zachycování sluneční energie ve vesmíru pro využití jako energie na Zemi existuje již od počátku kosmického věku. V posledních několika letech však vědci z celého světa – a několik výzkumníků z Lawrencovy livermorské národní laboratoře (LLNL) při ministerstvu energetiky – ukázali, jak by nedávný technologický vývoj mohl tento koncept uskutečnit.
Na Zemi je sluneční energie značně omezena nocí, oblačností, atmosférou a sezónností. Přibližně 30 % veškerého dopadajícího slunečního záření se nikdy nedostane na úroveň země. Ve vesmíru svítí Slunce stále, sklon Země nebrání sběru energie a není zde atmosféra, která by snižovala intenzitu slunečních paprsků. Proto je umístění solárních panelů ve vesmíru lákavou možností. SBSP lze navíc využít k tomu, aby se spolehlivá a čistá energie dostala k lidem v odlehlých komunitách po celém světě, aniž by se museli spoléhat na tradiční rozvodnou síť k velké místní elektrárně.
Jak to funguje?
Samostatně sestavitelné družice jsou vypuštěny do vesmíru spolu s reflektory a mikrovlnným nebo laserovým vysílačem energie. Reflektory nebo nafukovací zrcadla se rozprostřou po rozsáhlém prostoru a nasměrují sluneční záření na solární panely. Tyto panely přeměňují sluneční energii na mikrovlnnou nebo laserovou a vysílají nepřerušovaný proud dolů na Zemi. Na Zemi sbírají paprsek přijímací stanice a dodávají jej do elektrické sítě.
Dvě nejčastěji diskutované konstrukce SBSP jsou velká družice vysílající mikrovlny v hlubším vesmíru a menší, bližší družice vysílající laser.
Družice vysílající mikrovlny
Družice vysílající mikrovlny obíhají kolem Země na geostacionární dráze (GEO), asi 35 000 km nad zemským povrchem. Konstrukce mikrovlnných vysílacích družic jsou masivní, se slunečními reflektory o rozpětí až 3 km a hmotností přes 80 000 tun. Byly by schopny generovat několik gigawattů energie, což by stačilo k napájení velkého amerického města.
Dlouhá vlnová délka mikrovln vyžaduje dlouhou anténu a umožňuje vysílat energii skrz zemskou atmosféru, ať prší nebo svítí slunce, při bezpečné nízké intenzitě, která je sotva silnější než polední slunce. Ptáci a letadla by si ničeho, co by jim letělo přes cestu, ani nevšimli.
Odhadované náklady na vypuštění, sestavení a provoz družice GEO vybavené mikrovlnami se pohybují v desítkách miliard dolarů. Aby se všechny potřebné materiály dostaly do vesmíru, bylo by pravděpodobně zapotřebí až 40 startů. Na Zemi by rektena používaná ke sběru mikrovlnného paprsku měla průměr 3 až 10 km, což představuje obrovskou plochu a náročný nákup a vývoj.
Laserové vysílací družice
Laserové vysílací družice, jak je popisují naši přátelé z LLNL, obíhají na nízké oběžné dráze Země (LEO) ve výšce asi 400 km nad zemským povrchem. Tato družice váží méně než 10 tun, což je zlomek hmotnosti jejího mikrovlnného protějšku. Tato konstrukce je také levnější; podle některých odhadů by vypuštění a provoz satelitu SBSP vybaveného laserem stál téměř 500 milionů dolarů. Celou samočinně sestavitelnou družici by bylo možné vynést na oběžnou dráhu jedinou raketou, čímž by se drasticky snížily náklady a doba výroby. Také díky použití laserového vysílače bude mít paprsek v průměru jen asi 2 metry namísto několika kilometrů, což je drastické a důležité snížení.
Aby to bylo možné, systém vyzařování sluneční energie družice využívá alkalický laser čerpaný diodou. Tento laser, který byl poprvé předveden v LLNL v roce 2002 – a v současné době se tam stále vyvíjí – by měl být velký asi jako kuchyňský stůl a dostatečně výkonný, aby mohl vysílat energii na Zemi s extrémně vysokou účinností, více než 50 %.
Přestože je tato družice mnohem lehčí, levnější a snadněji nasaditelná než její mikrovlnný protějšek, přetrvávají vážné problémy. Myšlenka vysoce výkonných laserů ve vesmíru by mohla vyvolat obavy z militarizace vesmíru. Tuto výzvu by bylo možné odstranit omezením směru, kterým by laserový systém mohl vysílat svůj výkon.
Při jeho menších rozměrech je odpovídajícím způsobem nižší kapacita přibližně 1 až 10 megawattů na družici. Proto by tato družice byla nejvhodnější jako součást flotily podobných družic, používaných společně.
Mohli byste říci, že SBSP je vzdálená budoucnost nebo koláč v oblacích (slovní hříčka) – a měli byste do značné míry pravdu. Ale již existuje mnoho technologií, které to umožňují, a mnohé nejsou daleko. Ministerstvo energetiky sice v současné době nevyvíjí žádnou konkrétní technologii SBSP, ale mnoho zbývajících technologií potřebných pro SBSP by mohlo být v příštích letech vyvinuto nezávisle. A přestože neznáme budoucnost energie získávané z vesmíru, těšíme se, až se podobné nápady rozletí (dobře, poslední slovní hříčka, slibuji).