Не міф і не фантастика – завод з виробництва сонячних панелей в космосі стартує в найближчі 5 років

Перший сонячний завод у космосі
Не міф і не фантастика – завод з виробництва сонячних панелей в космосі стартує в найближчі 5 років

Першою високотехнологічною сферою, де стали масово застосовуватися фотоелектричні батареї, став космос. Ранні види сонячних панелей були малоефективними, але інших постійних джерел енергії для стаціонарних космічних апаратів не існувало. Як і раніше, сьогодні фотовольтаїка доставляється з Землі на орбіту у готовому вигляді, що обходиться у зайві 5-6 тисяч доларів за кожен кілограм маси. Однак в США, за інформацією Forbes, знайшли спосіб для розв’язання цієї проблеми, і почати друкувати батареї прямо в космосі.

Створення «космічного заводу»

Місія з організації на орбіті такого виробництва панелей передбачає:

  • створення інженерної інфраструктури космічної міні-станції – стартап Blue Canyon Technologies;
  • розробник обладнання 3D-друку цих бланків в космосі – Made In Space;
  • робоча назва місії – Archinaut Power Kit One;
  • очікуваний термін виведення комплексу на орбіту – 2022 або 2023 рік;
  • фінансування – NASA;
  • виділена сума на проект – 73,7 млн доларів.

Компанія Made In Space – не новачок в галузі. Її обладнання для 3D-друку у космічному просторі неодноразово пройшло випробування, а один з таких принтерів встановлений на Міжнародній Космічній Станції.

У випадку з Blue Canyon Technologies ситуація інша. Це молодий стартап, який може повністю змінити принцип оснащення сонячними панелями супутників, орбітальних телескопів та будь-яких інших малих і великих керованих об’єктів. Технологія являє собою автоматичний комплекс зі збірки батарей безпосередньо на орбіті.

У разі успіху будь-який космічний апарат, забезпечений 3D-принтером та «складальною лінією», зможе друкувати та збирати свої «фотоелектричні крила» самостійно. Це здешевить будь-яку місію на мільйони доларів та (або) звільнить більше місця в ракетному носії для корисного навантаження.

Як працюватиме нова технологія

Роботизований монтаж сонячних електростанцій в космосі буде складатися з наступних етапів.

  1. Устаткування виведеного на орбіту апарату – наприклад, супутника – інфраструктурою від Blue Canyon з принтером Made In Space.
  2. Виведення об’єкта на орбіту традиційними ракетними носіями.
  3. Друк легкої «сітчастої ферми» в якості основи для монтажу панелей.
  4. Розгортання тонкоплівкового «сонячного вітрила» та його фіксація на 3D-решітці.
  5. Проведення операцій з перевірки працездатності та пусконалагодження готових батарей.
  6. Початок функціонування супутника або станції з щойно створеним надійним та невичерпним джерелом постачання безкоштовної енергії.

Великою перевагою технології є той факт, що друкувати та збирати за допомогою інноваційного обладнання можна не лише ферми для панелей, а й взагалі будь-які конструкції. На сьогодні виведення на орбіту подібних великих, негабаритних або надмірно чутливих до перевантажень елементів доводиться здійснювати частинами.

Якщо експеримент буде успішним, технологія дозволить друкувати та збирати в космосі цілі космічні станції. Причому здійснювати це не набагато дорожче, ніж коштує 3D-будівництво споруд та мостів на Землі. Попередню оцінку очікуваної ефективності проекту Archinaut можна проаналізувати завдяки стабільному фінансуванню та збільшенню штата співробітників. Найбільш зацікавленими в якомога швидшій реалізації програми є NASA, DARPA і ВВС США.

Чому саме космос?

Старт проекту Archinaut передбачає набагато ширші перспективи, ніж лише друк батарей безпосередньо для супутників. Створення космічних заводів-платформ – основа запуску повноцінного виробництва на орбіті «сонячних вітрил» майже будь-якої площі.

Ще на початку 1970-х США та СРСР розглядали можливість збірки в космосі орбітальних космічних станцій, які б працювали від великорозмірних панелей. Однак в підсумку від ідеї довелося відмовитися. Технології того часу теоретично дозволяли здійснити проект, але фінансові витрати на нього були б захмарними. Сьогодні ситуація змінилася, і можливість відносно недорого друкувати будь-які конструкції безпосередньо в космічному просторі відкриває шлях до наступних потенційних можливостей, включаючи:

  • виробництво різних унікальних матеріалів, для створення яких необхідний вакуум;
  • друк надтонких батарей великого розміру;
  • постачання надлишків генерованої енергії з орбіти на Землю.

Ще однією важливою перевагою потужних фотоелектричних космічних панелей є мінімальні витрати матеріалів. Для батарей в навколоземному просторі не потрібні товсті захисні покриття – цілком достатньо тонкої та міцної, як павутина, сітки-основи. У космосі немає повітря, дощів та пилових буревіїв, а рівень інсоляції постійний та дуже високий.

Використання тонкоплівкових технологій дозволяє друкувати сонячні батареї товщиною декілька мікронів. На Землі їм потрібне надійне захисне скло, хоча самі робочі плівки складають менше ніж 0,001% товщини стандартного земного модуля.

Чим доставляти?

Загальна кількість супутників з фотоелектричними панелями на орбіті сьогодні становить трохи менше ніж 3000. Але вже за 8-10 років їх число може збільшитися в 10 разів – перш за все завдяки орбітальним угрупованням апаратів для роздачі широкосмугового Інтернету. Найбільшою з них повинна стати система StarLink Ілона Маска – понад 12 000 супутників. Їх виведення в космос кораблями Falcon-9 обходиться Space X приблизно в 1 млн доларів за одиницю, а сонячні батареї вносяться в конструкцію ще на Землі.

Швидше за все, саме американські носії стануть основним засобом виведення технологічних комплексів на орбіту. Але за умови друку фотовольтаїки в космосі за один пуск можна буде взяти більше апаратів та (або) потрібних матеріалів.

Наскільки успішною виявиться спільна розробка Blue Canyon Technologies та Made In Space – покаже час. Але в тому, що альтернативи сонячним панелям в космосі немає, не сумнівається ніхто.

Наземні аналоги космічних батарей

За схожою технологією з космічними панелями створюються всі типи сучасних тонкоплівкових батарей. Вони також використовують рідкоземельні елементи в ролі поглинача та перетворювача потоку фотонів, але замінюють дорогий сульфід міді/індію/галію CIGS дешевшим телуридом кадмію CdTe.

Це рішення практично не впливає на ефективність, але вартість фотовольтаїки знижується в рази. А у порівнянні з традиційним кремнієм Monj-Si/Poli Si, тонкоплівкові гібриди CdTe демонструють на 20% кращу продуктивність за рік.

Придбати модулі цього класу від світового лідера з їх виробництва, американського промислового гіганта First Solar, Ви можете у компанії Green Tech Trade. Ми також здійснюємо монтаж та пусконалагодження станцій «під ключ», надаємо 25-річну гарантію на всі серійні моделі панелей.

Будівництво сонячних
електростанцій "під ключ"

Готові інвестиційні проекти