Солнечные батареи в космосе: как мечты писателей-фантастов становятся реальностью

Зачем Европе солнечные батареи в космосе

Солнечные батареи в космосе могут обеспечить Европе 80% возобновляемой энергии к 2050 году, выяснили ученые Королевского колледжа Лондона. Их исследование — первое, в котором оценивается потенциал космической энергетики (space-based solar power, SBSP) для Европы. 

Космическая солнечная энергетика — это технология будущего, которая может обеспечить непрерывное использование энергии Солнца. А замена ископаемого топлива возобновляемыми источниками энергии — самое важное, что сегодня могут сделать люди. 

Вэй Хе
ведущий автор исследования, старший преподаватель Королевского колледжа Лондона

Идея о передаче электроэнергии из космоса на Землю не нова: об этом еще в середине XX века задумывались писатели-фантасты, а в 1970-х — «золотое время» космических полетов — всерьез рассуждали ученые. Но отсутствие необходимых технологий и огромные затраты привели к заморозке проектов. В последние годы дискуссии и исследования возобновились — на фоне стремления правительств достичь углеродной нейтральности к 2050 году. К тому же стоимость доставки полезных грузов в космос за последние 20 лет резко снизилась, а солнечные батареи стали легче. 

Использование солнечных панелей за пределами атмосферы может сэкономить европейской энергосистеме 15% затрат, прогнозируют исследователи. Правда, с оговорками: в расчетах они не учитывали возможные сбои из-за космического мусора, перегрузки орбиты или технические проблемы при передаче энергии. Кроме того, вывод в космос такого количества солнечных батарей, которые покроют 80% спроса Европы, вряд ли возможен до 2050 года: нынешняя стоимость их запуска и обслуживания все еще слишком высока. Тем не менее технологические стартапы уже делают первые шаги в этом направлении. Например, британский Space Solar в апреле 2025-го завершил испытания солнечных панелей, которые по эффективности в 13 раз превосходят наземные аналоги. Запуск первых спутников с такими батареями в компании планируют на 2030 год.

Что такое космическая энергетика и как это работает 

Производство солнечной энергии с годами становится дешевле, но фундаментальные ограничения батарей сохраняются: они могут генерировать энергию только в дневное время, их работа зависит от погодных условий. При этом солнечное излучение в верхних слоях атмосферы в среднем более чем в 10 раз интенсивнее, чем у поверхности Земли. А при правильном расположении батарей в космосе они смогут улавливать свет Солнца круглосуточно и накапливать больше энергии — в этом главное преимущество SBSP. 

Чтобы «собирать» энергию в космосе, на геостационарную орбиту Земли необходимо вывести спутник, оснащенный солнечными батареями. Они вырабатывают электричество, которое в виде микроволн передается на Землю (по беспроводной сети). На специальных приемных станциях радиоволны вновь преобразуются в электричество, его и подают в местные сети. 

Согласно подсчетам Европейского космического агентства (ESA), один спутник с солнечными батареями может генерировать около 2 гигаватт энергии. Это сравнимо с мощностью обычной АЭС, способной обеспечить электричеством более 1 млн домохозяйств. Поэтому некоторые ученые утверждают, что космическая энергетика по своей производительности однажды сравнится с ядерной. 

Но у SBSP есть и критики, которые настаивают на экономической неконкурентоспособности технологии по сравнению с наземными решениями. Дело в том, что для выработки такого количества энергии каждая космическая электростанция должна быть в несколько раз больше, чем МКС. Для этого потребуются сотни тестовых запусков. Еще одна проблема — огромные затраты. По разным оценкам, стоимость разработки одного спутника варьируется от $17 млрд до $40 млрд.

Какие страны уже развивают космическую энергетику

Несмотря на ряд препятствий и критические прогнозы, правительства Великобритании и страны ЕС уже несколько лет финансируют исследования по SBSP. Британские власти, в частности, поддерживают стартап Space Solar — в разработку солнечных батарей для космоса местное Министерство энергетической безопасности вложило $2,3 млн. 

Исследовательская лаборатория ВВС США уже в этом году планирует провести эксперимент по беспроводной передаче электроэнергии, имитируя работу космической солнечной станции. А в Японии еще в 2024-м успешно испытали аппарат, который посылал микроволны на наземный приемник с высоты в 7 км. Токио активно работает в этом направлении и интегрирует SBSP в свою стратегию по достижению «чистого нуля». 

Китайские ученые, в свою очередь, призывают правительство вкладываться в космические технологии, чтобы не отставать от конкурентов. В планах у КНР — построить солнечную батарею шириной 1 км и установить ее в 36 тыс. км над Землей. Проект предполагает инвестиции в размере $362 млн. Ожидается, что до 2030 года завершатся основные испытания, а для коммерческого использования технология будет доступна к 2050-му. 

Группе российских ученых из разных университетов страны в 2024-м одобрили грант — 100 млн рублей в год (до 2026-го) на создание солнечных панелей, которые прослужат на околоземных орбитах не менее 20 лет. Предполагается, что батареи будут легкими и гибкими, но при этом устойчивыми к радиации и низким температурам.

Фото обложки: Andreas Treuer / ESA