Эксперимент выявил опасность космических солнечных электростанций
Китай стремится занять лидирующие позиции в создании космических солнечных электростанций, но новое исследование предупреждает: мощные лазеры, передающие энергию на Землю, могут представлять серьезную угрозу для других спутников на переполненной низкой околоземной орбите.
Если такие лучи отклонятся от цели из-за сбоев в наведении или неисправностей, они могут поразить соседние космические аппараты, перегреть их солнечные панели или спровоцировать электрические разряды. К такому выводу пришла группа специалистов из Пекинского института космической инженерии.
Идея сбора солнечной энергии в космосе и ее беспроводной передачи на Землю была впервые предложена американским ученым чешского происхождения Питером Глейзером в 1960-х годах. В отличие от наземных солнечных электростанций, работа космических СЭС не зависит от погоды и времени суток.
Ранние концепции основывались на микроволновой передаче и требовали создания километровых антенн, что делало идею далекой от практической реализации. Недавние достижения в области многоразовых ракет, легких материалов и точного управления лучами вновь пробудили глобальный интерес к этой технологии.
Сегодня это направление активно развивают США, Япония, Китай и страны Европы. Американцы лидируют благодаря орбитальному прототипу, созданному под руководством Калифорнийского технологического института в 2023 году и продемонстрировавшему передачу энергии лучом.
У Поднебесной также амбициозные планы. Заявленная национальная цель — к 2030 году вывести на орбиту демонстрационную систему мегаваттной мощности с перспективой коммерческой эксплуатации к середине столетия.
Однако низкая околоземная орбита уже занята тысячами спутников, включая группировку Starlink компании SpaceX, новые аппараты продолжают запускаться компаниями и правительствами по всему миру, и КНР тут, к слову, среди лидеров. В таких условиях возрастает вероятность случайного попадания энергетических лучей в посторонние объекты.
Чтобы изучить возможное воздействие космических лазеров на соседние спутники, пекинская команда воссоздала ключевые особенности орбитальной среды в лаборатории. Фрагмент солнечной панели поместили в вакуумную камеру, заполненную низкоплотной плазмой — разреженным ионизированным газом, окружающим спутники на низкой околоземной орбите. Результаты опытов обнародовал китайский журнал High Power Laser and Particle Beams.
В космосе спутники естественным образом приобретают небольшой отрицательный заряд. Поскольку солнечные панели сочетают проводящие и изолирующие слои, этот заряд распределяется неравномерно, создавая разность потенциалов, из-за которой некоторые участки становятся более уязвимыми для внезапных электрических разрядов.
Чтобы смоделировать ситуацию отклонения луча, исследователи направляли на образец панели сверхкороткие лазерные импульсы. Высокоскоростные камеры и датчики зафиксировали кратковременные вспышки света и скачки тока, свидетельствующие о возникновении разрядов.
Выяснилось, что лазеры с большей энергией и более короткой длиной волны вызывают разряды значительно чаще. Эти события, хотя и кратковременные, могут приводить к появлению аномальных токов в системах космических аппаратов, повреждая чувствительную электронику или запуская аварийные процедуры.
По словам ученых, полученные результаты подчеркивают необходимость тщательного выбора параметров лазеров для передачи энергии в космосе, а также разработки более устойчивой защиты для спутников, которым, возможно, придется делить орбиту с крупными энергетическими станциями.
«Наши результаты дают рекомендации по выбору более безопасных параметров лазеров и разработке защитных мер для солнечных батарей спутников», — заключили они.
