Z orbity do gniazdka

Z orbity do gniazdka
Autor: Andrzej Hołdys
("Polska Energia" nr 6/2010)
Zdaniem entuzjastów jeszcze pod koniec tej dekady na Ziemię popłynie pierwszy prąd
z próbnych elektrowni słonecznych umieszczonych na orbicie okołoziemskiej. Kto wie, moŜe
za pół wieku ludzkość będzie powszechnie produkowała prąd w kosmosie?
Dwa lata temu fizyk John Mankins przeprowadził na Hawajach eksperyment sfinansowany i
sfilmowany przez Discovery Channel. Za pośrednictwem mikrofal przesłał na odległość 148
km, z jednej wyspy archipelagu na drugą, energię słoneczną schwytaną przez panele fotowoltaiczne. Moc przesłanej energii nie była duŜa – zaledwie 20 watów. Pokaz przeprowadzono,
aby dowieść, Ŝe energię moŜna przesyłać na duŜe odległości – nie tylko w poziomie, takŜe w
pionie, czyli z orbity na Ziemię. Mankins pracował wcześniej w amerykańskiej agencji kosmicznej NASA. Był szefem Biura Zaawansowanych Projektów, gdzie m.in. opracowano
koncepcję kosmicznych elektrowni słonecznych. Odszedł z agencji, kiedy ta straciła zainteresowanie tematem. Jego zdaniem był to błąd. Mankins stał się niezaleŜnym doradcą niewielkich firm technologicznych, których szefowie wierzą, Ŝe prąd z orbity to wcale nie tak odległa
perspektywa. W ostatnich kilkunastu miesiącach ta fantastycznie brzmiąca wizja zaczęła nabierać całkiem realnych kształtów.
ZACZĘŁO SIĘ W ZESZŁYM ROKU
Wiosną ubiegłego roku doszło do porozumienia słonia i mrówki, czyli koncernu Pacific Gas
& Electric Company (jednego z największych dostawców prądu do amerykańskich domów) z
malutką firmą Solaren, zatrudniającą 10 osób. Ta druga zadeklarowała, Ŝe do 2016 r. postara
się dostarczyć olbrzymowi 200 megawatów energii słonecznej schwytanej przez satelity i
przesłanej na Ziemię za pośrednictwem mikrofal. Ustalono, Ŝe pierwsza stacja odbiorcza
powstanie na półpustynnych pustkowiach środkowej Kalifornii. Tam teŜ odbywać się będzie
zamiana fal radiowych na prąd, który popłynie do kilkuset tysięcy domów w okolicy. Inwestycję oszacowano wstępnie na 2 mld dolarów – całość ma zdobyć Solaren.
Te kosmiczne plany przyjęto wzruszeniem ramion i pukaniem się w czoło. Jednak parę miesięcy później – we wrześniu 2009 r. – podobny projekt ogłosili Japończycy. Z inicjatywy rządu utworzono tam konsorcjum wielkich firm prywatnych, które docelowo chciałoby zbudować na orbicie elektrownię słoneczną o mocy 1 gigawata. Próbna instalacja o mocy 100 kW
powinna zawisnąć ok. roku 2015. Pięć lat później moc elektrowni zostałaby zwiększona do
250 MW. Koszt całego przedsięwzięcia oszacowano na 2 bln jenów (ponad 20 mld USD). Na
początek badacze dostaną tylko 2 mln dolarów na wybranie rozwiązań, dzięki którym ta horrendalnie droga dziś inwestycja moŜe nabrać ekonomicznego sensu. NajbliŜsze cztery lata
będą poświęcone naziemnym badaniom nad przesyłaniem energii za pomocą laserów i mikrofal. Potem jedna z tych dwóch metod – lasery albo mikrofale – zostanie przetestowana w
przestrzeni kosmicznej.
W kosmiczne siłownie zaczynają teŜ wierzyć w Europie. W styczniu tego roku EADS
Astrium – największy europejski koncern kosmiczny – ogłosił, Ŝe w ciągu pięciu lat chce
umieścić na orbicie elektrownię demonstracyjną o mocy 10-20 kW. Ma to być pierwszy krok.
Na końcu tej drogi jest śmiała wizja setek prądotwórczych satelitów dostarczających energię
na Ŝądanie do dowolnego miejsca na Ziemi. Europejska koncepcja przewiduje wykorzystanie
laserów podczerwieni. Mogłyby one dostarczać energię na przykład statkowi przemierzającemu ocean albo regionowi odciętemu od świata przez kataklizm.
POMYSŁ PANA GLASERA
Entuzjaści orbitalnych fabryk prądu zwracają uwagę, Ŝe w bliskim kosmosie jest wielokrotnie
(pięć-dziesięć razy) więcej energii słonecznej niŜ na powierzchni planety. Nie ma teŜ chmur i
nocy. Orbitalna fabryka mogłaby więc dostarczać prąd 24 godziny na dobę przez siedem dni
w tygodniu. NaleŜy ją umieścić na odległej orbicie geostacjonarnej, gdzie panel rzadko dosięgnie cień rzucany przez planetę. Naziemne stacje odbiorcze moŜna postawić w sąsiedztwie
miast i rejonów, gdzie popyt na prąd jest duŜy. Tym samym odpadłyby wysokie koszty związane z przesyłaniem energii za pomocą tradycyjnej sieci. Pomysł nie jest zresztą wcale taki
nowy. Za jego twórcę uchodzi Peter Glaser, inŜynier pracujący przy programie Apollo. W
1968 r. opublikował w czołowym czasopiśmie naukowym „Science” artykuł, w którym dowodził, Ŝe przyszłe losy ludzkości będą zaleŜały od tego, czy zdoła ona opanować energię
słoneczną, poniewaŜ tradycyjne surowce paliwowe kiedyś się skończą. Czy nastąpi to za sto,
czy dwieście lat, nie ma duŜego znaczenia. Następnie Glaser przedstawił koncepcję systemu
satelitarnego, złoŜonego z kolektorów słonecznych o powierzchni wielu kilometrów kwadratowych kaŜdy, rozmieszczonych na satelitach geostacjonarnych. Wyprodukowana w kosmosie energia byłaby przysyłana za pośrednictwem ogromnych anten emitujących promieniowanie mikrofalowe. Dodajmy, Ŝe ćwierć wieku przed Glaserem o czymś takim pisał Isaac Asimov w opowiadaniu „Dowód” (Reason).
ZABAWA CZY PRZYSZŁOŚĆ?
W latach 70. NASA wspólnie z Departamentem Energii USA przeprowadziła kilka testów,
które pokazały, Ŝe mikrofale rzeczywiście mogłyby pośredniczyć w przesyłaniu energii elektrycznej na duŜe odległości. Podobne eksperymenty prowadzili teŜ Japończycy. Jednak do
początków XXI w. badania nad produkcją prądu na orbicie i jego transferem na Ziemię
uznawano za niegroźną zabawę. W 1997 r. w NASA powstał raport, którego konkluzja
brzmiała: „Koncepcja warta jest ponownej dyskusji”. I na tym poprzestano. Dopiero 10 lat
później kosmicznym prądem zainteresował się Pentagon, dochodząc do wniosku, Ŝe idea jest
juŜ technicznie wykonalna, a błyskawiczny postęp w kilku kluczowych dziedzinach uczyni z
niej opłacalne przedsięwzięcie w ciągu paru dekad. Ten postęp dokonuje się za sprawą
małych firm zakładanych i finansowanych przez entuzjastów. Celem badań jest ograniczenie
masy satelitów – ich transport na orbitę jest niezmiernie drogi, co czyni z elektrowni
orbitalnych skrajnie nieopłacalne przedsięwzięcie. Szefowie wspomnianego na początku
Solarena twierdzą, Ŝe aby umieścić fabrykę prądu na orbicie geostacjonarnej, potrzebują
zaledwie czterech-pięciu lotów w kosmos. Zamierzają wyeliminować połączenia pomiędzy
zestawami paneli słonecznych – mają one orbitować obok siebie parami lub czwórkami. Inna
niewielka firma PowerSat, takŜe składająca się z naukowców-zapaleńców, opatentowała
technologię, dzięki której tysiące małych generatorów prądu, poruszających się na orbicie
niezaleŜnie od siebie, będzie mogło wspólnie przesyłać energię na Ziemię. Minisiłownie będą
wynoszone na niskie orbity, gdzie rozwiną swoje panele słoneczne i czerpiąc z nich energię,
polecą dalej na silnikach jonowych. PowerSat planuje wystrzelenie pierwszego satelity ok.
2018-2020 r. ZbliŜony harmonogram testów ma teŜ inna pionierska firma Space Energy.
Licząc z Japończykami i Europejczykami, to juŜ piąty chętny do wystrzelenia energetycznej
sondy w drugiej połowie najbliŜszej dekady.