Не миф и не фантастика – завод по производству солнечных панелей в космосе стартует в ближайшие 5 лет

Не миф и не фантастика – завод по производству солнечных панелей в космосе стартует в ближайшие 5 лет

Первой высокотехнологичной сферой, где стали массово применяться фотоэлектрические батареи, стал космос. Ранние виды солнечных панелей были малоэффективны, но других постоянных источников энергии для стационарных космических аппаратов не существовало. По сей день вся фотовольтаика с Земли доставляется на орбиту в готовом виде, что обходится в лишние 5-6 тысяч долларов за каждый килограмм массы. Однако в США, по информации Forbes, нашли способ решить эту проблему, и начать печатать батареи прямо в космосе.

Создание «космического завода»

Миссия по выводу на орбиту такого «сборочного завода панелей» предполагает:

  • создание инженерной инфраструктуры космической мини-станции – стартап Blue Canyon Technologies;
  • разработчик оборудования 3D-печати модулей в космосе – Made In Space;
  • рабочее название миссии – Archinaut Power Kit One;
  • ожидаемый срок вывода комплекса на орбиту – 2022 или 2023 год;
  • финансирование – NASA;
  • выделенная сумма на проект – 73,7 млн. долларов.

Фирма Made In Space – не новичок в отрасли. Ее оборудование для 3D-печати в космическом пространстве неоднократно опробовано, а один из таких принтеров установлен на Международной Космической Станции.

С Blue Canyon Technologies ситуация иная. Это молодой стартап, который может полностью изменить принцип оснащения солнечными панелями спутников, орбитальных телескопов и любых иных малых и больших управляемых объектов. Технология представляет собой автоматический комплекс по сборке батарей прямо на орбите.

В случае удачи любой космический аппарат, снабженный 3D-принтером и «сборочной линией», сможет печатать и собирать свои «фотоэлектрические крылья» самостоятельно. Это удешевит любую миссию на миллионы долларов и/или освободит больше места в ракетном носителе под полезную нагрузку.

Как будет работать новая технология

Роботизированный монтаж солнечных электростанций в космосе будет состоять из следующих этапов.

  1. Оборудование выводимого на орбиту аппарата – например, спутника – инфраструктурой от Blue Canyon с принтером Made In Space.
  2. Вывод объекта на орбиту традиционными ракетными носителями.
  3. Печать легкой «сетчатой фермы» в качестве основы для установки панелей.
  4. Разворачивание тонкопленочного «солнечного покрывала» и крепление его к 3D-решетке.
  5. Проведение операций проверки работоспособности и пуско-наладки готовых батарей.
  6. Начало функционирования спутника или станции с только что созданным надежным и неистощимым источником снабжения бесплатной энергией.

Огромным преимуществом технологии является тот факт, что печатать и собирать с помощью инновационного оборудования можно не только фермы для панелей, но и вообще любые конструкции. В настоящее время вывод на орбиту подобных крупных, негабаритных или чрезмерно чувствительных к перегрузкам элементов приходится осуществлять по частям.

Если эксперимент удастся, технология позволит производить печать и сборку в космосе целых космических станций. Причем делать это ненамного дороже, чем обходится 3D-строительство зданий и мостов на земле. Оценку ожидаемой эффективности проекта Archinaut косвенно можно определить по постоянно растущему финансированию и росту штата сотрудников. Наиболее заинтересованными в скорейшей реализации программы являются NASA, DARPA и ВВС США.

Почему именно космос?

Старт проекта Archinaut предусматривает гораздо более широкие перспективы, чем только печать батарей непосредственно для спутников. Создание космических заводов-платформ – основа запуска полноценного производства на орбите «солнечных парусов» практически любой площади.

Еще в начале 1970-х США и СССР рассматривали возможность сборки в космосе орбитальных космических станций, энергию которым давали бы подобные крупноразмерные панели. Однако в итоге от идеи пришлось отказаться. Технологии того времени теоретически позволяли осуществить проект, но финансовые затраты на него получались запредельными. Сегодня ситуация изменилась, и возможность относительно недорого печатать любые конструкции прямо в космическом пространстве открывает путь к следующим потенциальным возможностям, в т.ч.:

  • производство различных уникальных материалов, для создания которых необходим вакуум;
  • печать сверхтонких батарей огромного размера;
  • отправка излишков сгенерированной энергии с орбиты на землю.

Еще одним важным достоинством мощных фотоэлектрических космических панелей являются минимальные затраты материалов. Для батарей в околоземном пространстве не нужны толстые защитные покрытия – вполне достаточно тонкой и прочной, как паутина, сетки-основы. В космосе нет воздуха, дождей и пылевых бурь, а уровень инсоляции постоянен и очень высок.

Использование тонкопленочных технологий позволяет печатать солнечные батареи толщиной всего в несколько микрон. На земле им требуется надежное защитное стекло, хотя сами рабочие пленки составляют менее 0,001% толщины стандартного земного модуля.

Чем доставлять?

Общее количество спутников с фотоэлектрическими панелями на орбите составляет сегодня чуть менее 3000. Но уже через 8-10 лет их число может увеличиться в 10 раз – прежде всего за счет орбитальных группировок аппаратов для раздачи широкополосного интернета. Крупнейшей из них должна стать система StarLink Илона Маска – свыше 12 000 спутников. Их вывод в космос кораблями Falcon-9 обходится Space X примерно в 1 млн. долларов за единицу, а солнечные батареи вносятся в конструкцию еще на земле.

Скорее всего, именно американские носители станут основным средством отправки группировок на орбиту. Но при условии печати фотовольтаики в космосе за один пуск можно будет взять больше аппаратов и/или нужных материалов.

Насколько успешной окажется совместная разработка Blue Canyon Technologies и Made In Space – покажет время. Но в том, что альтернативы солнечным панелям в космосе нет, не сомневается никто.

Наземные аналоги космических батарей

По сходной технологии с космическими панелями создаются все типы современных тонкопленочных батарей. Они также используют редкоземельные элементы в роли поглотителя и преобразователя потока фотонов, но заменяют дорогостоящий сульфид меди/индия/галлия CIGS более дешевым теллуридом кадмия CdTe.

Эффективность при этом снижается не глобально, но стоимость фотовольтаики падает в разы. А в сравнении с традиционным кремнием Monj-Si / Poli Si тонкопленочные гибриды CdTe демонстрируют на 20% лучшую годовую производительность.

Приобрести модули этого класса от мирового лидера их производства, американского промышленного гиганта First Solar, Вы можете в компании Green Tech Trade. Мы также осуществляем установку и пуско-наладку станций «под ключ» и предоставляем 25-летнюю гарантию на все серийные модели панелей.

СТРОИТЕЛЬСТВО СОЛНЕЧНЫХ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ "ПОД КЛЮЧ"

ГОТОВЫЕ ИНВЕСТИЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ