Tænk på, hvad du ved om rene energikilder. Hvad er det grøneste?
Vandkraft, geotermisk, vind og sol er alle sandsynligvis springet i tankerne. Selvom de er miljøvenlige, har de alle betydelige grænser for, hvor meget energi de kan producere, og hvor de kan bruges. Til trods for, på trods af nogle virkelig kølige fremskridt inden for sol, kan solcellepaneler stadig kun generere energi, mens solen skinner.
Således er løsningen åbenlyst. Gå hen, hvor solen aldrig går ned: i rummet.
Det er forskerne, forskernes og iværksætternes vision både her i USA såvel som i Japan, Kina og Europa. Selvom konceptet i det mindste er blevet kæmpet for siden 1970'erne, er det gentagne gange blevet revideret og forladt, fordi det var umuligt dyrt at få alle delene derop og folkene til at sammensætte det hele. Kun med fremkomsten af super små, masseproducerede satellitter og genanvendelige boosterraketter begynder nogle at se meget hårdere på at gøre rumssol til virkelighed.
Der er snesevis af snesevis af ideer til, hvordan man bygger et rumbaseret solopsamlingssystem, men den grundlæggende essens går sådan i retning: lancering og robotisk samling af flere hundrede eller tusinder identisk størrelse moduler i geosynkron bane. Den ene del består af spejle, der reflekterer og koncentrerer sollys til solcellepaneler, der omdanner energien til elektricitet. Konvertere forvandler denne elektricitet til lavintensitets mikrobølger, der er strålede til store, cirkulære modtagere på jorden. Disse antenner omdanner mikrobølgerne tilbage til elektricitet, der kan føres ind i det eksisterende net.
John Mankins, der tilbragte 25 år på NASA og Caltechs Jet Propulsion Laboratory, modtog finansiering fra NASAs Institut for avancerede koncepter i 2011 for at forfine sit rumkraftværkskoncept mere detaljeret. Den teknologi og teknik, der kræves for at gøre rumssol til virkelighed eksisterer allerede, insisterer han, men som med enhver dyre nye idé kommer det ned på greenbacks og gumption.
”Det er ikke som fusion - der er ingen ny fysik involveret, ” siger Mankins og henviser til ITER, det 35-nationers samarbejde om at bygge en fusionsreaktor i Frankrig. ”Der er ingen hemmelig sauce. Det er en økonomisk hindring at få finansiering til at udvikle elementerne og demonstrere den nye arkitektur, der kræves for at gøre dette. ”
Mankins og andre estimerer de samlede omkostninger til udvikling, bygning, lancering og samling af alle komponenterne i et rumbaseret solkraftværk i størrelsesordenen $ 4 til $ 5 milliarder - en brøkdel af prismærkningen på $ 28 milliarder på Kinas Three Gorges Dam. Mankins vurderer, at en model i arbejdsskala med komponenter i fuld størrelse kunne have været for $ 100 millioner. Til sammenligning tog Tennessee Valley Authority's nyligt afsluttede Watts Bar-atomkraftværk 43 år at bygge, fra start til stammende finish, og koster alt sammen 4, 7 milliarder dollars.
Kritisk skal hvad forbrugere betaler - prisen pr. Kilowattime - være i den samme kugleplads som konventionelle energikilder produceret med kul, naturgas og nukleare rum, der spænder i pris fra 3 til 12 cent per kilowattime. Vandkraft kan være svimlende billigt, mindre end en cent pr. Kilowattime - men kun hvis du er heldig nok til at bo i en region med rigelige strømme med store strømme, som i dele af Canada og Wisconsin. Geotermisk er også meget økonomisk, og tjekker ind 3 cent pr. Kilowattime, men du bliver nødt til at spørge islænderne, hvordan de kan lide deres strømregninger. Og vindforkæmpere trompet nyheden sidste år om, at omkostningerne til den vedvarende ressource var faldet til 2, 5 cent pr. Kilowattime.
At få omkostningerne til de lave dobbeltcifre eller endda enkeltcifre i cent pr. Kilowattime er absolut vigtigt for at gøre rumssol til et konkurrencedygtigt værktøj, siger Gary Spirnak, administrerende direktør for det californiske baserede energiselskab Solaren.
Spirnaks selskab er godkendt som solenergileverandør i Californien og har haft tidligere leveringsaftaler med Pacific Gas and Electric, men dens forretningsmodel er fuldstændigt baseret på at generere deres strøm fra pladshøstet solenergi. Solaren er i færd med at forhandle nye aftaler med en eller flere forsyningsselskaber. Virksomheden har patenter her i USA til sin design såvel som i Europa, Rusland, Kina, Japan og Canada, og har sikret sig en første finansieringsrunde til en laboratoriebaseret demonstration af dens komponentteknologier engang i det næste år. Spirnak håber at overbevise investorerne om at støtte et 250 megawatt pilotanlæg ved afslutningen af udviklings- og testfasen, måske inden for fem år.
To keystone-strukturer er nødvendige for, at solcellerum fungerer. Først solid-state-forstærkere, der effektivt konverterer elektricitet fra indsamlet sollys til radiofrekvensbølger, og modtagere på jorden, der omdanner RF-bølgerne tilbage til elektricitet.
Paul Jaffe har Naval Research Laboratory's rekordholdende, patenterede rum-sol "trin" -konverteringsmodul foran et termisk vakuumtestkammer. (Paul Jaffe) 
Space Solar Prototype: Dette sollys til mikrobølgeomdannelsesmodul til rumssol var den første, der blev testet under rumlignende forhold. Rumrobotik ville blive brugt til at samle tusinder til at skabe senderen af en rumssolatellit. (Paul Jaffe) 
NRL's prototyper til modtagelse af rumkonversionsmodul blev testet i dette termiske vakuum og en simuleret testfacilitet for solbelysning. (Paul Jaffe) Paul Jaffe, ingeniør ved Naval Research Laboratory i Washington, DC, arbejdede på to prototyper af indsamlingsmodulet, som han omtaler som en ”sandwich”, da solfangeren, strømomformeren og RF-emitteren alle smadres sammen til en fod -Farve fliser på to tommer. Vægten af hvert enkelt modul bestemmer i sidste ende prissætningen af den distribuerede elektricitet på jorden; hvad angår watt pr. lanceret kilogram, siger Jaffe, at det grundlæggende flisedesign kom på omkring 6 watt pr. kg.
Under hensyntagen til denne effekt, en 20-årig solkraftværkets levetid, en lanceringsomkostninger på $ 2.500 pr. Kilo og forskellige omkostningsniveauer for selve komponenterne, beregner Jaffe, at hvis massen faldt, og wattstyrken steg til 500 watt per kilo, svarer til en pris på 3 cent pr. kilowattime.
”At gøre selv rigtig enkle ting for at reducere massen får os ind i området 100 watt pr. Kg, og 1.000 watt pr. Kg er ikke skør, ” siger han. "Du får meget god effektivitet med den aktuelle solteknologi, der allerede er kommercielt tilgængelig, og vi bærer rundt på disse meget effektive, lette RF-konvertere i vores lommer hver dag."
RF-konvertere er selve grunden til, at mobiltelefoner fungerer - telefoner er dybest set glorificerede walkie-talkies, hvis signaler hjælpes med af et netværk af signalrelæstationer. Konvertere i telefonen oversætter radiobølger til data, som vi forstår - lyd - og vice versa. Denne teknologi er central for forskning i rumssol ved Caltech i et samarbejde mellem forskere og ingeniører der og Northrop Grumman.
Spirnak siger, at hovedkraften i Solarens arbejde i de seneste måneder har været netop det - at reducere vægten af deres moduler. Selvom genanvendelige raketter ville reducere de samlede produktionsomkostninger endnu længere, holder Spirnak ikke vejret på kort sigt; han regner med at bruge konventionelle tunge liftkøretøjer til at få Solaren's komponenter i rummet.
”Vi brugte meget tid hensynsløst på at tage vægt ud af systemet, ” siger Spirnak. "Vi kan pakke individuelle store elementer i enkeltkastere, med nogle interessante originaler af origami, " selvom det stadig kræver flere supertunge lanceringer at levere hele systemet i rummet.
Jaffe siger, at det mest almindelige spørgsmål, han får, når han taler om rumssol, ikke er, om det kan eller bør gøres, men hvor farligt den energistråle fra rummet er. Blir det ikke stege fugle og fly på himlen, når de passerer gennem bjælken?
”Hvis du sidder udenfor på en solrig eftermiddag i 15 minutter, bliver du ikke forbrændt, ” forklarer han. ”Vores radioer, tv'er og mobiltelefoner tilbereder os ikke, og disse er alle på samme frekvenser som det, der foreslås. Der er allerede sikkerhedsgrænser [for mikrobølgetransmissioner] indstillet af IEEE [Institute of Electrical and Electronics Engineers], så du designer et system for at sikre dig, at strømmen er spredt over et stort område. Det vil ikke ved et uheld blive til en dødsstråle. ”
For at opnå de bedste forhold mellem vægt og vægt, skalaeffektivitet og have sammenlignelig elektrisk produktionskapacitet i et gennemsnitskernekraftværk (1 til 2 gigawatt), skal enhver solopsamlingsgruppe i rummet være ca. en kilometer i diameter.
Indsamlingsmodtagere på jorden ville være nødvendigt at være tilsvarende store - for et rumbaseret solcelleværk, der genererer omkring en gigawatt energi, ville en solfanger på en kilometer (.62 mile) stråle energi til en 3, 5 bredt kilometer (2 mile) ) modtager på jorden. Det ville kræve et areal på omkring 900 hektar. Sammenlign det med Solar Star-solcellepanelanlægget i Californien, der i øjeblikket er USAs største solværktøj, der optager 3.200 acres.
Radiofrekvens kraftoverførsel har en betydelig ulempe: de "sikre" bølgelængder, som heller ikke bliver brudt af noget så simpelt som regn, er allerede overfyldte, tilstoppet gennem regelmæssige radiotransmissioner såvel som militær, industriel og satellitbrug.
Kritikere af rumssol, der er fremtrædende blandt dem Teslas Elon Musk, siger, at effektivitetsskalaer i økonomi skal bare ikke kan opnås på grund af al konvertering og omstilling af den krævede strøm.
Men Jaffe håber, at den gamle knæk på fusion ikke også bliver sandt i rumssol: ”Det har været 10 år væk i de sidste 60 år, ” griner han.
Mankins understreger, at med den globale befolkningsprognose, der eksploderer til 11, 3 milliarder ved udgangen af århundret, med næsten alt det, der er repræsenteret i udviklingslandene, fortjener rumsolerne seriøse investeringer fra offentlige enheder såvel som private partnere. Han siger, at rigelig ren energi er nødvendig for at opfylde de grundlæggende menneskelige behov samt imødegå den sikrede miljøødelæggelse, hvis al den energi kommer fra konventionelle kilder.
”Hvis blandingen af energikilder ikke ændrer sig radikalt, er der ingen måde, vi kommer på til kulstofneutral, ” siger Mankins. ”Du kan heller ikke fortælle 800 millioner mennesker i Kina, at de skal forblive i dårlig fattigdom. Der er ikke blot behov for at udligne dagens kulstofbrug, men at se 70 år frem og hvordan vi opvejer tre gange dagens brug. Vi har virkelig brug for store løsninger. ”
