Power from the Cosmos: Kā NASA un Ascent Solar plāna plēvju sistēmas veido nākotni enerģijas pārsūtīšanai no kosmosa

• Kosmosa bāzētā saules enerģija: tirgus ainava un jauni pieprasījumi
• Attīstība plānajās plēvju saules sistēmās un enerģijas pārsūtīšanas tehnoloģijās
• Galvenie spēlētāji un stratēģiskās sadarbības kosmosa un Zemes enerģijas jomā
• Prognozētā paplašināšanās un investīciju iespējas kosmosa enerģijas pārsūtīšanā
• Ģeogrāfiskie karstie punkti un politikas ietekmējošie faktori kosmosa bāzētām enerģijas iniciatīvām
• Nākotnes inovācijas un ceļš uz priekšu enerģijai no kosmosa uz Zemi
• Ierobežojumi, riski un stratēģiskās iespējas kosmosa bāzētā enerģijas pārsūtīšanā
• Avoti un atsauces

“Kosmosa jaunumi: 2025. gada jūlija senioru aviācijas redaktora izsmeļošā analīze SpaceX nepārtrauktā Starlink paplašināšanās un Falcon 9 pagrieziena punkti. SpaceX turpina dominēt komerciālās palaišanas ainavā, ar savu Starlink konstelāciju, kas aug nepieredzētā tempā.” (avots)

Kosmosa bāzētā saules enerģija: tirgus ainava un jauni pieprasījumi

Kosmosa bāzētās saules enerģijas (SBSP) koncepts jau ilgu laiku sola revolucionāru lēcienu tīras enerģijas ražošanā, iegūstot saules enerģiju orbītā un pārsūtot to uz Zemi. Jaunākie sasniegumi, īpaši sadarbībā starp NASA un Ascent Solar Technologies, tuvinās šo redzējumu realitātei. Viņu darbs ir vērsts uz attīstītu plānoto plēvju fotovoltisko sistēmu izstrādi, kas paredzētas efektīvai enerģijas ražošanai un bezvadu pārsūtīšanai no kosmosa uz Zemes saņēmējiem.

2023. gadā NASA izvēlējās Ascent Solar, lai izstrādātu vieglās, elastīgās plānā plēvju saules sistēmas tās kosmosa enerģijas pārsūtīšanas iniciatīvām. Šīs sistēmas, kas izgatavotas no CIGS (vara indija gallija selenīda) materiāliem, piedāvā augstu efektivitāti un izturību, vienlaikus ievērojami samazinot palaišanas masu un izmaksas salīdzinājumā ar tradicionālajiem silīcija paneļiem (NASA). Plānā plēvju tehnoloģija ir būtiska SBSP, jo katrs kilogramms, ko ekonomē palaišanas svarā, nozīmē būtiskas izmaksu ietaupījumus un lielāku mērogojamību.

SBSP tirgus ainava strauji attīstās. Saskaņā ar 2024. gada ziņojumu no MarketsandMarkets globālais SBSP tirgus līdz 2030. gadam varētu sasniegt 4,5 miljardus dolāru, augot ar CAGR 8,2% no 2024. gada. Šo izaugsmi veicina pieaugošās enerģijas prasības, dekarbonizācijas mērķi un nepieciešamība pēc izturīgām, bez tīkla enerģijas risinājumiem. Āzijas un Klusā okeāna reģions, kuru vada Japāna un Ķīna, stingri iegulda SBSP pētniecībā un pilotprojektiem, bet ASV izmanto publiskās un privātās partnerības, lai paātrinātu tehnoloģiju gatavību.

• Tehniskie sasniegumi: 2023. gadā Kaltecha Kosmiskās saules enerģijas projekts (SSPP) veiksmīgi demonstrēja bezvadu enerģijas pārsūtīšanu kosmosā, apstiprinot enerģijas pārsūtīšanas uz Zemi iespējamību (Kaltecha).
• Pieaugošais pieprasījums: Aizsardzības aģentūras, attālas kopienas un katastrofu reaģēšanas komandas tiek identificētas kā agrīnie adopti, meklējot drošus, ātri dispečējamus enerģijas avotus, kas nav atkarīgi no zemes infrastruktūras.
• Izvērsumi: Regulējošie ietvaru, pārsūtīšanas efektivitāte un zemes saņēmēju infrastruktūra joprojām ir šķēršļi, taču notiekošā pētniecība un starptautiskā sadarbība risina šos jautājumus.

NASA un Ascent Solar plānā plēvju projektu piemērojošā momentum SBSP. Kad tehniskie šķēršļi pazūd un tirgus pieprasījums pieaug, enerģijas pārsūtīšana no kosmosa uz Zemi ir iegūšanas spēks globālajā enerģijas ainavā.

Attīstība plānajās plēvju saules sistēmās un enerģijas pārsūtīšanas tehnoloģijās

Jaunākās attīstības plānajās plēvju saules sistēmās un enerģijas pārsūtīšanas tehnoloģijās strauji maina kosmosa bāzētās saules enerģijas (SBSP) perspektīvas. 2024. gadā NASA, sadarbojoties ar Ascent Solar Technologies, veiksmīgi izmēģināja vieglu, elastīgu plānā plēvju saules sistēmu, kas paredzēta enerģijas pārsūtīšanai no kosmosa uz Zemi (NASA). Šī partnerība cenšas risināt kritisko izaicinājumu, efektīvi iegūstot saules enerģiju kosmosā un bezvadu veidā to pārsūtot uz zemes saņēmējiem, koncepcijas, kas sen tika uzskatīta par potenciālu spēles mainītāju globālajā enerģijas piegādē.

Ascent Solar plānā plēvju sistēmas izmanto CIGS (vara indija gallija selenīda) tehnoloģiju, kas piedāvā augstu efektivitāti (līdz 17,8% laboratorijas apstākļos) un izcilu elastību salīdzinājumā ar tradicionālajiem silīcija paneļiem (Ascent Solar). Šie paneļi ir ultralengvi—mazāk par 1 kilogramu uz kvadrātmetru—padarot tos par ideālu risinājumu kosmosa izvietošanai, kur palaišanas masa ir kritisks ierobežojums. 2023. gadā Ascent Solar nodrošināja 200 vatu prototipa sistēmu NASA, lai integrētu to aģentūras kosmosa pārsūtīšanas eksperimentiem (NASA ziņas).

Enerģijas pārsūtīšanas procesa pamatā ir iegūtās saules enerģijas pārveidošana mikroviļņu vai lāzera staros, kas pēc tam tiek pārsūtīti uz zemes bāzes rektēnnām (rektificējošās antenas), kas enerģiju atkal pārvērš elektrībā. Jaunākajos izmēģinājumos NASA demonstrēja drošu un efektīvu 1,6 kilovatu jaudas pārsūtīšanu 1 kilometra attālumā, izmantojot mikroviļņu pārsūtīšanu, ar konversijas efektivitāti, kas pārsniedz 40% abos galos (NASA Enerģijas pārsūtīšanas demos).

• Mērogojamība: Plānā plēvju sistēmas var izgatavot lielos plāksnēs, kas ļauj būvēt vairākus megavatus kosmosā bāzētu saules fermu.
• Ilgmūžība: CIGS plānās plēves ir izturīgas pret radiāciju un temperatūras ekstrēmiem apstākļiem, kas ir būtiski ilgtermiņa kosmosa operācijām.
• Izmaksu samazināšana: Plānā plēvju sistēmas vieglais raksturs ievērojami samazina palaišanas un izvietošanas izmaksas.

Izmantojot šos sasniegumus, NASA un Ascent Solar veido pamatu pirmajām praktiskajām nepārtrauktas, atjaunojamas enerģijas pārsūtīšanas demonstrācijām no kosmosa uz Zemi. Ja tiks mērogots, šī tehnoloģija var nodrošināt uzticamu, 24/7 enerģijas avotu, neatkarīgu no laika vai dienasgaismas, un būtiski ietekmēt globālo pāreju uz tīru enerģiju (IEA Atjaunojamā enerģija 2023).

Galvenie spēlētāji un stratēģiskās sadarbības kosmosa un Zemes enerģijas jomā

Kosmosa bāzētās saules enerģijas (SBSP) meklēšana pēdējos gados ir paātrinājusies, un NASA un privātā sektora inovatori, piemēram, Ascent Solar Technologies, ir priekšgalā. Viņu sadarbība ir svarīgs attīstības solis meklējumos enerģijas pārsūtīšanai no orbītas uz Zemi, izmantojot attīstītas plānā plēvju fotovoltiskās (PV) tehnoloģijas, lai padarītu enerģijas pārsūtīšanu no kosmosa uz Zemi iespējamu un efektīvāku.

NASA loma un redzējums

• NASA jau ilgu laiku ir atbalstījusi SBSP kā potenciālu risinājumu globālām enerģijas problēmām, finansējot pētniecības un demonstrācijas projektus caur savu Kosmosa tehnoloģiju misijas direktorātu (NASA).
• 2023. gadā NASA piešķīra Ascent Solar līgumu saskaņā ar tās Mazā bizness inovācijas pētniecības (SBIR) programmu, lai izstrādātu vieglās, elastīgās saules sistēmas, kas optimizētas kosmosa izvietošanai (NASA preses relīze).

Ascent Solar plānā plēvju sasniegums

• Ascent Solar specializējas CIGS (vara indija gallija selenīda) plānā plēvju PV tehnoloģijā, kas piedāvā augstus jaudas un svara koeficientus un elastību—kas ir kritiski kosmosa pielietojumiem (Ascent Solar).
• Viņu jaunākie moduļi sasniedz efektivitāti virs 15% un var tikt rullēti vai salocīti kompakti, tad izklāta orbītā, lai maksimāli palielinātu enerģijas iegūšanu (PV Tech).

Stratēģiskā sadarbība: enerģijas pārsūtīšanas pamats

• NASA × Ascent Solar partnerība mērķē integrēt šīs plānā plēvju sistēmas prototipā SBSP sistēmām, kas savāks saules enerģiju kosmosā un pārveidos to mikroviļņos vai lāzeros, lai pārsūtītu uz zemes bāzes saņēmējiem.
• Nesenie laboratoriju demonstrējumi ir parādījuši veiksmīgu bezvadu enerģijas pārsūtīšanu īsos attālumos, ar plāniem paplašināt orbītas izmēģinājumus līdz 2027. gadam (Space.com).
• Šī sadarbība ir daļa no plašākas tendences, kur citas aģentūras, piemēram, ASV Aizsardzības departaments un starptautiskie partneri, arī iegulda SBSP pētniecībā (ASV Aizsardzības departaments).

Tehnoloģijai nobriedusi, NASA × Ascent Solar alianse ir gatava spēlēt izšķirošu lomu kosmosa un Zemes enerģijas komercializācijā, potenciāli transformējot globālo enerģijas ainavu un virzot tīras, nepārtrauktas enerģijas redzējumu no kosmosa.

Prognozētā paplašināšanās un investīciju iespējas kosmosa enerģijas pārsūtīšanā

Sadarbība starp NASA un Ascent Solar Technologies iezīmē svarīgu brīdi kosmosa bāzētās saules enerģijas (SBSP) attīstībā, īpaši enerģijas pārsūtīšanā no orbītas uz Zemi. Ascent Solar ultralengvi, elastīgās plānā plēvju fotovoltiskās sistēmas tiek izstrādātas NASA kosmosa enerģijas pārsūtīšanas iniciatīvām, mērķējot demonstrēt saules enerģijas iegūšanas no kosmosa un bezvadu pārsūtīšanas iespējamību uz zemes saņēmējiem. Šī tehnoloģija varētu revolucionizēt globālās enerģijas tirgus, nodrošinot nepārtraukto, laika apstākļu neatkarīgu enerģiju, risinot gan enerģijas drošības, gan ilgtspējības jautājumus.

Jaunākās attīstības ir paātrinājušas praktisko demonstrāciju laika grafiku. 2023. gadā NASA izvēlējās Ascent Solar, lai izstrādātu nākamās paaudzes plānā plēvju saules sistēmas tās kosmosa enerģijas pārsūtīšanas eksperimentiem, izmantojot uzņēmuma patentēto CIGS (vara indija gallija selenīds) tehnoloģiju (NASA). Šīs sistēmas ir paredzētas, lai būt ļoti efektīvas, vieglas un spēj tikt izturētas skarbiem kosmosa apstākļiem, padarot tās ideālas izvietošanai satelītus un orbītu platformās.

Globālais SBSP tirgus ir paredzēts ievērojamai izaugsmei, ar aplēsēm, ka līdz 2032. gadam tas varētu sasniegt 15,3 miljardus dolāru, paplašinoties ar CAGR 8,2% no 2023. gada (Precedence Research). Veiksmīga kosmosa un Zemes enerģijas pārsūtīšanas demonstrācija atklātu ievērojamas investīciju iespējas vairākās nozarēs:

• Satelītu ražošana: Pieprasījums pēc modernām saules sistēmām un enerģijas pārsūtīšanas moduļiem ir plānots pieaugt, gūstot labumu uzņēmumiem, kas specializējas vieglajās, augstas efektivitātes fotovoltiskajā tehnoloģijā.
• Zemes infrastruktūra: Rektēnnas (rektificējošās antenas) un enerģijas uzglabāšanas sistēmu izstrāde, lai saņemtu un sadalītu pārsūtīto enerģiju, prasīs ievērojamu kapitāla ieguldījumu.
• Enerģijas pakalpojumu uzņēmumi: Pakalpojumi var ieguldīt SBSP kā līdzekli, lai dažādotu enerģijas portfeļus un uzlabotu tīkla izturību, īpaši attālajos vai katastrofu apdraudētajos reģionos.
• Riska kapitāls un privātie ieguldījumi: Agri vērtēšanas finansēšana plūst SBSP jaunizveidotajiem uzņēmumiem, ar ievērojamiem ieguldījumiem 2023. un 2024. gadā, mērķējot uz uzņēmumiem, kas izstrādā bezvadu enerģijas pārsūtīšanas un orbītu montāžas tehnoloģijas (SpaceNews).

Kamēr NASA un Ascent Solar attīsta savu plānā plēvju projektu, pamats tiek izveidots jaunai ērai tīrās enerģijas jomā. Publiskā un privātā ieguldījuma savienojums, kā arī straujā tehnoloģiskā progresēšana ir likusi energijas pārsūtīšanai no kosmosa uz Zemi kļūt par transformējošu iespēju globālajā enerģijas ainavā.

Ģeogrāfiskie karstie punkti un politikas ietekmējošie faktori kosmosa bāzētām enerģijas iniciatīvām

Kosmosa bāzētās saules enerģijas (SBSP) meklēšana ir guvusi būtisku momentum, pieķeroties ģeogrāfiskiem un politikas faktoriem, kas paātrina inovācijas. Novērotā sasniegumu ir NASA un Ascent Solar Technologies sadarbība, kas mērķē demonstrēt saules enerģijas pārsūtīšanas iespējamību no kosmosa uz Zemi, izmantojot attīstītas plānā plēvju fotovoltiskās sistēmas. Šī iniciatīva ir daļa no plašākas tendences, jo valstis un aģentūras atzīst SBSP potenciālu nodrošināt tīru, nepārtrauktu enerģiju un risināt Ģeogrāfiskās problemas.

• Amerikas Savienotās Valstis: ASV ir kļuvusi par līderi SBSP pētījumos, ar NASA Artemis programmu un Aizsardzības departamenta izpēti orbītu enerģijas pārsūtīšanai, gan civilajām, gan militārām lietojumiem. NASA × Ascent Solar projekts izmanto vieglās, elastīgās plānā plēvju saules sistēmas, kas ir kritiskas, lai samazinātu palaišanas izmaksas un palielinātu enerģijas iegūšanas efektivitāti orbītā (NASA).
• Japāna: Japānas Ekonomikas, tirdzniecības un rūpniecības ministrija ir izvirzījusi ambiciozus mērķus SBSP, mērķējot uz saules enerģijas pārsūtīšanu no kosmosa demonstrāciju līdz 2020. gadu vidum. Valsts Kosmosa saules enerģijas sistēmu (SSPS) programma ir pasaules priekšgalā, ar valdības un nozares partnerībām, kas veicina strauju progresu.
• Eiropa: Eiropas Kosmosa aģentūra (ESA) 2022. gadā uzsāka Solaris iniciatīvu, lai novērtētu SBSP dzīvotspēju kontinentā enerģijas pārejai. Solaris programma novērtē politikas ietvarus, tehniskos izaicinājumus un starptautiskās sadarbības iespējas.
• Ķīna: Ķīna ir paziņojusi plānus būvēt kosmosā bāzētu saules enerģijas staciju līdz 2028. gadam, ar mērķi pārsūtīt enerģiju uz zemes stacijām, izmantojot mikroviļņas vai lāzeru. Tas ir saskaņā ar Ķīnas plašākajiem centieniem dominēt atjaunojamās enerģijas un kosmosa tehnoloģiju jomā.

Politiski virzošie faktori ietver dekarbonizācijas prasības, enerģijas drošību un nepieciešamību pēc izturīgas infrastruktūras. NASA × Ascent Solar demonstrējums ir izšķiroša pakāpe, parādot, kā publiskās un privātās partnerības un starptautiskā konkurence veido kosmosa un Zemes enerģijas pārsūtīšanas nākotni. Kamēr šie projekti attīstās, regulējošie ietvari un pāri robežām sadarbība būs būtiska, lai risinātu spektra piešķiršanu, drošību un vides ietekmi (IEA).

Nākotnes inovācijas un ceļš uz priekšu enerģijai no kosmosa uz Zemi

Kosmosa bāzētās saules enerģijas (SBSP) meklēšana ir paātrinājusies pēdējos gados, un NASA un privātie partneri, piemēram, Ascent Solar Technologies, ir priekšgalā nākamās paaudzes inovācijām. Pamatkoncepts ietver saules enerģijas iegūšanu orbītā—kur saules gaisma ir nemainīga un netiek filtrēta caur atmosfēru—un tās bezvadu pārsūtīšanu uz Zemi, potenciāli revolūciju globālā enerģijas piegādē.

2023. gadā NASA izvēlējās Ascent Solar, lai izstrādātu progresīvas plānā plēvju fotovoltiskās (PV) sistēmas savām enerģijas pārsūtīšanas iniciatīvām no kosmosa uz Zemi. Ascent vieglās, elastīgās CIGS (vara indija gallija selenīds) saules moduļi ir izstrādāti, lai maksimāli palielinātu jaudas un svara koeficientus, kas ir kritisks faktors izmaksu efektīviem palaišanas un liela mēroga orbītas izvietošanai (NASA). Šīs sistēmas var tikt salocītas kompakti un pēc tam izpletētas kosmosā, ļaujot izveidot kilometru lieluma saules fermas orbītā.

Nākamais solis ir bezvadu enerģijas pārsūtīšana. NASA ceļa karte ietver mikroviļņu vai lāzera staru izmantošanu, lai nosūtītu savāktos enerģijas piesārņojumus uz zemes bāzes saņēmējiem, pazīstamiem kā rektēnnas. Jaunākajos laboratoriju demonstrējumos ir panākta 40–50% pārsūtīšanas efektivitāte īsos attālumos, un 2023. gadā ASV Jūras pētniecības laboratorijas PRAM-FX eksperiments, kas tika veikts X-37B kosmoplānā, veiksmīgi pārveidoja saules enerģiju par mikroviļņām orbītā, atzīmējot nozīmīgu sasniegumu.

• Mērogojamība: Ascent Solar plānā plēvju tehnoloģija ļauj modulāras, mērogojamas sistēmas, potenciāli radot gigavatus jaudas nākotnē (Ascent Solar).
• Izmaksu samazinājums: Plānā plēvju PV vieglais raksturs samazina palaišanas izmaksas, kas ir galvenais šķērslis SBSP dzīvotspējai.
• Nepārtraukta jauda: Kosmosā bāzētās sistēmas var nodrošināt nepārtrauktu enerģiju, atšķirībā no zemes saules fermām, kuras ietekmē laika apstākļi un nakts tumsa.

Skatoties uz priekšu, NASA un tās partneri mērķē uz orbītas demonstrējumiem par enerģijas pārsūtīšanu visā spektrā nākamo piecu gadu laikā. ASV Aizsardzības departaments un starptautiskās aģentūras arī iegulda SBSP, atzīstot tās potenciālu enerģijas drošības un katastrofu izturības jomā (ASV Enerģijas departaments). Lai gan tehniskie un regulējošie izaicinājumi joprojām pastāv, NASA un Ascent Solar sadarbība veido pamatu jaunai ērai tīrā, no kosmosa iegūstamā enerģijā Zemei.

Ierobežojumi, riski un stratēģiskās iespējas kosmosa bāzētā enerģijas pārsūtīšanā

Koncepts pārsūtīt saules enerģiju no kosmosa uz Zemi—pazīstams kā kosmosa bāzētā saules enerģija (SBSP)—jau sen ir bijis vilinošs risinājums globālajām enerģijas vajadzībām. Jaunie sasniegumi, īpaši NASA un Ascent Solar Technologies sadarbībā, tuvina šo redzējumu realitātei. Viņu darbs plānā plēvju fotovoltiskajās sistēmās ir nozīmīga pakāpe praktiskai enerģijas pārsūtīšanai no kosmosa uz Zemi, taču ceļš uz priekšu ir iezīmēts ar tehniskajiem, regulējošajiem un ekonomiskajiem izaicinājumiem, kā arī stratēģiskajām iespējām.

• Tehniskie šķēršļi un riski:
  • Efektivitāte un ilgmūžība: Ascent Solar plānās plēves, kuras izmanto vieglus, elastīgus materiālus, ir paredzētas, lai maksimāli palielinātu jaudas un svara koeficientus—kritiski kosmosā izvietošanai (NASA). Tomēr šiem materiāliem jāiztur skarbi kosmosa apstākļi, tostarp radiācija, temperatūras ekstrēmi, un mikrometeorītu ietekme, kas var samazināt to darbību ar laiku.
  • Bezvadu enerģijas pārsūtīšana: Saules enerģijas pārveidošana mikroviļņās vai lāzeros enerģijas pārsūtīšanai uz Zemi un tad atpakaļ elektrībā prasa ievērojamu enerģijas zudumu. Pašreizējā mikroviļņu pārsūtīšanas efektivitāte ir apmēram 40–50%, un lāzera sistēmas saskaras ar atmosfēras samazināšanu un drošības jautājumiem (Nature Energy).
  • Zemes infrastruktūra: Saņēmēju stacijām, jeb rektēnnām, nepieciešamas lielas zemes platības un tās jāizvieto, lai minimizētu vides un sabiedrības veselības riskus.
• Regulējošie un drošības riski:
  • Spektra piešķiršana: Enerģijas pārsūtīšana, izmantojot mikroviļņas vai lāzerus, prasa starptautisku koordināciju, lai novērstu traucējumus komunikācijās un nodrošinātu drošību (ITU).
  • Ģeopolitiskās bažas: Augstas jaudas pārsūtīšanas tehnoloģiju divdomīgā daba rada drošības un ieroci iespēju bažas, kas prasa stingru uzraudzību.
• Stratēģiskās iespējas:
  • 24/7 atjaunojamā enerģija: Kosmosā bāzētās sistēmas var nepārtraukti iegūt saules enerģiju, neietekmējot laika apstākļi vai nakts tumsa, piedāvājot stabilu, noturīgu atjaunojamās enerģijas avotu.
  • Katastrofu reaģēšana un attālā enerģija: Ātra enerģijas pārsūtīšana var atbalstīt katastrofu apgabalus vai attālās vietas, kur trūkst tīkla infrastruktūras.
  • Komerciālā un starptautiskā sadarbība: NASA un Ascent Solar progresēšana varētu kalpot par katalizatoru publiskām-privātām partnerībām un starptautiskām konsorcijām, paātrinot komercializāciju un izmaksu samazināšanu (Enerģijas vadītājs šodien).

Kamēr NASA × Ascent Solar plānā plēvju projekts ir svarīgs brīdis, pārvarēšanai tehniskajiem, regulējošajiem un ekonomiskajiem šķēršļiem būs nepieciešama ilgtspējīga investīcija un globālā sadarbība. Potenciālie ieguvumi—tīra, konstanta un mērogojama enerģijas piegāde—padara to par stratēģisku robežu nākamajiem desmitgadiem.

Avoti un atsauces

• Pārsūtot enerģiju uz Zemi: NASA × Ascent Solar plānā plēvju sistēmu izveidošanās iespējas
• NASA
• MarketsandMarkets
• Kaltecha
• IEA
• PV Tech
• Space.com
• Precedence Research
• SpaceNews
• Solaris
• kosmosā bāzēta saules enerģijas stacija līdz 2028. gadam
• Nature Energy
• ITU