Europa börjar på allvar med att göra rymdbaserad solenergi till verklighet

Förslag på strålande solenergi ner från rymden har funnits sedan 1970-talet, men idén har länge setts som lite mer än science fiction. Men nu verkar det som om Europa börjar seriöst med att göra det till verklighet.

Rymdbaserad solenergi (SBSP) innebär att man bygger massiva uppsättningar av solpaneler i omloppsbana för att samla in solljus och sedan skickar den insamlade energin tillbaka ner till jorden via mikrovågor eller kraftfulla lasrar. Tillvägagångssättet har flera fördelar jämfört med markbunden solenergi, inklusive frånvaron av natt och dåligt väder och avsaknaden av en atmosfär för att dämpa ljuset från sa.

Men den tekniska utmaningen som är involverad i att bygga så stora strukturer i rymden, och komplexiteten i den involverade tekniken, har gjort att idén har legat kvar på ritbordet hittills. Det vill generaldirektören för Europeiska rymdorganisationen, Josef Aschbacher, ändra på.

En långvarig förespråkare för tekniken, Aschbacher tillkännagav nyligen planer på en ny forskning och utveckling program Ringed Solaris, som kommer att lägga grunden för en fullskalig rolllur tekniken senare detta århundrade. Förslaget kommer att läggas fram för ESA-rådet, som fattar finansieringsbeslut för byrån, vid ett möte i november.

"Rymdbaserad sOlar power skulle vara ett viktigt steg mot koldioxidneutralitet och energioberoende för Europa.” han tweeted. "Vi har redan de viktigaste byggstenarna, men låt mig vara tydlig: för att projektet ska lyckas krävs fortfarande mycket teknikutveckling och finansiering."

Flytten följer offentliggörande av två rapporter på uppdrag av byrån att utvärdera genomförbarheten av SBSP av det brittiska konsultföretaget Frazer-Nash och tyska Roland Berger. Båda drog slutsatsen att tekniken skulle kunna konkurrera med andra former av el på pris i mitten av detta århundrade, men några av siffrorna är ögonöppnande.

Frazer-Nash-rapporten uppskattade att forskning och utveckling investeringar som krävs för att helt enkelt komma till en prototyp SBSP-satellit kan uppgå till 15.8 miljarder euro (15.8 miljarder dollar). Att bygga den första operativa satelliten kan kosta cirka 9.8 miljarder euro och skulle kosta ytterligare 3.5 miljarder euro att använda under dess livstid. Ju fler satelliter som byggs, desto billigare blir de, så förutspår rapporten den där vid den tionde satellit, kapitalkostnaderna kommer att ha sjunkit till 7.6 miljarder euro och driftskostnaderna till 1.3 miljarder euro.

Men med tanke på att det sannolikt kommer att krävas dussintals av dessa satelliter för att ge en rimlig mängd ström, kommer dessa kostnader snabbt att staplas upp. En uppsättning av 54 "gigawatt-klass" SBSP-satelliter skulle kosta 418 miljarder euro att utveckla och driva, enligt rapporten, vilket skulle kompenseras av 601 miljarder euro i fördelar från besparingar på markbunden energiproduktion och CO2-utsläpps minskningar.

Och det verkar som om dessa siffror är föremål för några ganska tunga varningar. Roland Berger rapport nådde liknande kostnadsuppskattningar för varje SBSP-satellit när man räknade in "avsevärda framsteg inom nyckelteknologier och tillverkningsmetoder." Men när de beräknade kostnaderna utifrån antagandet att vi ser minimala framsteg, hoppade prislappen på 8.1 miljarder euro till 33.4 miljarder euro.

Det finns många områden där framsteg måste göras. Till att börja med skulle dessa satelliter vara storleksordningar större än något vi någonsin har byggt i rymden tidigare; Roland Berger-rapporten uppskattar att de skulle ha en total yta på cirka 15 kvadratkilometer (5.8 kvadrat miles) jämfört med de 8,000 86,000 kvadratmeterna (XNUMX XNUMX kvadratkilometer)eet) från den internationella rymdstationen.

Varje satellit kommer sannolikt att väga 10 gånger mer än ISS på 450 ton, så bara att få råvarorna i omloppsbana kommer att kräva en nästan 200-faldig ökning av nuvarande uppskjutningskapacitet. Väl där kommer dessa strukturer att behöva monteras av autonoma robotar (till skillnad från fjärrstyrda robotar), vilket kommer att kräva massiva förbättringar av både robotmanipulation och AI.

Koppla samman dessa system fysiskt wOuld lägga till för mycket lanseringsvikt, enligt Roland Berger-rapporten, så de ungefär två miljoner komponenterna som utgör strukturernaOuld måste kontrolleras och övervakas trådlöst. Det skulle representera ett sensor-aktuatornätverk som är mycket mer komplext än något vi har byggt hittills.

Den kanske största utmaningen är dock att öka effektiviteten trådlös kraftöverföring systemet. Roland Berger-rapporten noterar att United States Naval Research Laboratoriet har lyckats överföra kilowatt kraft över avstånd på cirka en mil, men att stråla gigawatt över tusentals kilometer genom rymden med hög effektivitet kommer att kräva grundläggande genombrott.

Om Solaris projekt får klartecken kommer det att fokusera på att utveckla det senaste inom högeffektiva solceller, trådlös kraftöverföring och robotmontering i omloppsbana. Programmet är utformat för att pågå fram till 2025, då man hoppas att det ska ha gett tillräckligt med information för att ESA ska kunna avgöra om man vill fortsätta utvecklingen.

Men med tanke på omfattningen av utmaningen, tror vissa att SBSP är ett paj-in-the-sky-schema med liten chans att bli verklighet. Som Ars Technica konstaterar, Elon Musk har berömt förlöjligat idén, och en analys av fysikern Casey Handmer har visat att transmissionsförluster, termiska förluster, logistikal kostnader, och straffen som kommer från att behöva bygga din teknik för att överleva rymdens påfrestningar innebär att SBSP kommer att ta tusentals tids dyrare än markbunden solenergi.

Men ESA är inte den enda ett driva denna idé. Japan har på allvar undersökt SBSP sedan åtminstone 2014 och på senare tid Storbritannien och Kina har hoppat på tåget.

Huruvida någon av dessa regeringar have magen att begå den typ av resurser som behövs för att göra SBSP till verklighet återstår att se, men det verkar som att farten håller på att byggas upp.

Bildkredit: ESA/Andreas Treuer