Космическая солнечная энергия (SBSP) — это концепция сбора солнечной энергии в космическом пространстве и распределения ее на Землю. Потенциальные преимущества сбора солнечной энергии в космосе включают более высокую скорость сбора и более длительный период сбора из-за отсутствия рассеивающей атмосферы и возможность размещения солнечного коллектора в орбитальном месте, где нет ночи. Значительная доля поступающей солнечной энергии (55-60%) теряется на своем пути через атмосферу Земли за счет отражения и поглощения. Космические солнечные энергетические системы преобразуют солнечный свет в микроволновые печи вне атмосферы, избегая этих потерь и времени простоя из-за вращения Земли, но при больших затратах из-за расхода запускаемого материала на орбиту. SBSP считается одной из форм устойчивой или зеленой энергии, возобновляемых источников энергии и иногда рассматривается в предложениях по климатической инженерии. Он привлекателен для тех, кто ищет широкомасштабные решения по антропогенному изменению климата или истощению ископаемого топлива (например, пик нефти).

Различные предложения SBSP были исследованы с начала 1970-х годов, но ни одна из них не является экономически жизнеспособной с современной инфраструктурой космического запуска. Сложная микроволновая система Гигаватта, сравнимая с крупной коммерческой электростанцией, потребовала бы выпустить на орбиту около 80 000 тонн материала, что привело бы к тому, что стоимость энергии такой системы значительно дороже, чем даже современные возобновляемые источники энергии. Некоторые технологи полагают, что это может измениться в отдаленном будущем, если будет разработана промышленная база за пределами мира, которая могла бы производить спутники солнечной энергии из астероидов или лунного материала или если бы радикальные новые технологии космического запуска, кроме ракетной техники, будущее.

Помимо затрат на внедрение такой системы, SBSP также вводит несколько технологических препятствий, в том числе проблему передачи энергии с орбиты на поверхность Земли для использования. Поскольку провода, проходящие от поверхности Земли до орбитального спутника, не являются ни практичными, ни осуществимыми с нынешней технологией, проекты SBSP обычно включают использование какой-либо беспроводной передачи энергии с ее сопутствующей неэффективностью преобразования, а также проблемы использования земли для необходимых антенных станций для получать энергию на поверхности Земли. Собирающий спутник преобразует солнечную энергию в электрическую энергию на борту, питает микроволновый передатчик или лазерный излучатель и передает эту энергию на коллектор (или микроволновую прямую) на поверхность Земли. Вопреки выступлениям SBSP в популярных романах и видеоиграх, большинство проектов предлагают плотности энергии пучка, которые не являются вредными, если люди должны быть непреднамеренно выставлены, например, если луч передающего спутника должен блуждать по ходу. Но огромные размеры приемных антенн, которые будут необходимы, по-прежнему потребуют больших блоков земли вблизи конечных пользователей, которые будут закуплены и предназначены для этой цели. Срок службы космических коллекторов перед лицом проблем, связанных с долгосрочным воздействием космической среды, включая деградацию радиационного и микрометеороидного ущерба, также может стать проблемой для SBSP.

В настоящее время SBSP активно преследует Япония, Китай и Россия. В 2008 году Япония приняла свой закон о космическом пространстве, который установил космическую солнечную энергию в качестве национальной цели, а JAXA — дорожную карту коммерческого SBSP. В 2015 году Китайская академия космических технологий (CAST) рассказала о своей дорожной карте на Международной конференции по развитию космоса (ISDC), где в 2050 году они представили свою дорожную карту в коммерческую систему 1 ГВт и представили видео и описание их дизайна.

проблемы

потенциал
Концепция SBSP привлекательна тем, что пространство имеет несколько основных преимуществ над земной поверхностью для сбора солнечной энергии:

Это всегда солнечный полдень в космосе и полное солнце.
Сбор поверхностей может получать гораздо более интенсивный солнечный свет из-за отсутствия препятствий, таких как атмосферные газы, облака, пыль и другие погодные явления. Следовательно, интенсивность на орбите составляет приблизительно 144% от максимальной достижимой интенсивности на поверхности Земли.
Спутник может освещаться в течение 99% времени и находиться в тени Земли максимум 72 минуты в день на весеннем и осеннем равноденствиях в местной полуночи. Орбитальные спутники могут подвергаться постоянной высокой степени солнечной радиации, как правило, в течение 24 часов в день, тогда как солнечные панели земной поверхности в настоящее время собирают энергию в среднем на 29% в день.
Сила может быть относительно быстро перенаправлена ​​непосредственно в области, которые в ней больше всего нуждаются. Собирающий спутник мог бы направлять мощность по требованию на разные поверхности, исходя из потребностей в базовой нагрузке на базовую нагрузку или пиковой нагрузки. Типичные контракты были бы для базовой нагрузки, непрерывной мощности, поскольку пиковая мощность является эфемерной.
Ликвидация вмешательства растений и диких животных.
При очень масштабных реализациях, особенно на более низких высотах, он потенциально может уменьшить входящую солнечную радиацию, достигающую поверхности земли. Это было бы желательно для противодействия последствиям глобального потепления.

Недостатки
Концепция SBSP также имеет ряд проблем:

Большие затраты на запуск спутника в космос
Проклятие разреженных массивов, предотвращающее эффективную передачу энергии из космоса на поверхность Земли
Недоступность: обслуживание солнечной панели на земле относительно простое, но конструкция и обслуживание на солнечной панели в космосе обычно выполняются телеобломочно. В дополнение к стоимости астронавты, работающие на ГЕО (геосинхронная орбита Земли), подвергаются неприемлемо высокой радиационной опасности и риску и стоят примерно в тысячу раз больше, чем те же задачи, которые выполняются телероботически.
Космическая среда враждебна; панели страдают примерно в 8 раз от деградации, которые они будут на Земле (за исключением орбит, защищенных магнитосферой).
Космический мусор является серьезной угрозой для крупных объектов в космосе, и все крупные структуры, такие как системы SBSP, упоминаются как потенциальные источники орбитального мусора.
Частота широковещательной передачи СВЧ-нисходящей линии связи (если она используется) потребует изоляции систем SBSP от других спутников. Пространство GEO уже хорошо используется, и считается маловероятным, что МСЭ разрешит запуск СПС. [Нерелевантная цитата]
Большой размер и соответствующая стоимость принимающей станции на земле.
Потери энергии на нескольких фазах перехода от фотонов к электронам к фотонам обратно к электронам.

дизайн
Космическая солнечная энергия по существу состоит из трех элементов:

сбор солнечной энергии в пространстве с отражателями или надувные зеркала на солнечные элементы
беспроводная передача энергии на Землю через микроволновую печь или лазер
прием энергии на Земле через рекленну, микроволновую антенну

Космическая часть не нуждается в поддержке от силы тяжести (кроме относительно слабых приливных напряжений). Он не нуждается в защите от земного ветра или погоды, но ему придется справляться с космическими опасностями, такими как микрометеоры и солнечные вспышки. Изучены два основных метода преобразования: фотовольтаическая (PV) и солнечная динамика (SD). Большинство анализов SBSP были сосредоточены на фотоэлектрической конверсии с использованием солнечных элементов, которые непосредственно преобразуют солнечный свет в электричество. Солнечная динамика использует зеркала для концентрации света на котле. Использование солнечной динамики может снизить массу на ватт. Беспроводная передача энергии была предложена на ранней стадии как средство передачи энергии от сбора к поверхности Земли, используя либо микроволновое, либо лазерное излучение на разных частотах.

Передача микроволновой энергии
Уильям К. Браун продемонстрировал в 1964 году во время программы CBS News Walter Cronkite, вертолет с микроволновым двигателем, который получил всю мощность, необходимую для полета из СВЧ-луча. В период с 1969 по 1975 год Билл Браун был техническим директором программы JPL Raytheon, которая излучала 30 кВт мощности на расстоянии 1 мили (1,6 км) при 84% эффективности.

Передача микроволновой энергии в десятки киловатт хорошо подтверждена существующими испытаниями в Голдстоуне в Калифорнии (1975) и Гранд-Бассине на острове Реюньон (1997).

Совсем недавно, передача энергии СВЧ-энергии была продемонстрирована в сочетании с захватом солнечной энергии между горной вершиной в Мауи и на острове Гавайи (в 92 милях) от команды под руководством Джона К. Манкина. Технологические проблемы в плане макета, конструкции единого радиационного элемента и общей эффективности, а также соответствующие теоретические ограничения в настоящее время являются предметом исследований, о чем свидетельствует специальная сессия «Анализ электромагнитных беспроводных систем для передачи солнечной энергии» », который состоится в 2010 году на симпозиуме IEEE по антеннам и распространению. В 2013 году был опубликован полезный обзор, охватывающий технологии и проблемы, связанные с передачей микроволновой энергии из космоса в землю. Он включает введение в СПС, текущие исследования и перспективы на будущее. Более того, обзор существующих методологий и технологий для проектирования антенных решеток для передачи СВЧ-мощности появился в материалах IEEE

Лазерная мощность
Лазерное силовое излучение было предвидено некоторыми в НАСА как шаг к дальнейшей индустриализации космоса. В 1980-х годах исследователи НАСА работали над потенциальным использованием лазеров для симуляции мощности от космоса к космосу, уделяя основное внимание разработке лазерного излучения на солнечной энергии. В 1989 году было высказано предположение о том, что мощь также может быть полезной для лазерного излучения с Земли на космос. В 1991 году начался проект SELENE (SpacE Laser ENErgy), который включал изучение мощности лазерной энергии для подачи энергии на лунную базу. Программа SELENE была двухгодичной исследовательской работой, но стоимость принятия концепции на оперативный статус была слишком высокой, и официальный проект закончился в 1993 году, прежде чем достичь космической демонстрации.

В 1988 году Грант Логан предложил использовать лазер на основе Земли для питания электромотора для космического движения. Он разработал технические детали, разработанные в 1989 году. Он предложил использовать алмазные солнечные элементы, работающие на 600 градусов, для преобразования ультрафиолетового лазерного излучения.

Орбитальное расположение
Основное преимущество размещения космической электростанции на геостационарной орбите состоит в том, что геометрия антенны остается постоянной, и поэтому поддержание выстроенных антенн проще. Другим преимуществом является то, что почти непрерывная передача энергии сразу же доступна, как только первая космическая электростанция находится на орбите; другие космические электростанции имеют намного более длительные периоды запуска, прежде чем они производят почти непрерывную мощность. В качестве предвестника космической электростанции ГЕО (геостационарной орбиты) предлагается использовать космические электростанции LEO (Low Earth Orbit).

Приемник на земле
Земляная ректана, вероятно, будет состоять из множества коротких дипольных антенн, соединенных через диоды. Микроволновые передачи со спутника будут приниматься в диполях с эффективностью около 85%. При использовании обычной микроволновой антенны эффективность приема лучше, но ее стоимость и сложность также значительно больше. Rectennas, вероятно, будет несколько километров в поперечнике.

В космических приложениях
Лазерный SBSP также может приводить в действие основание или транспортные средства на поверхности Луны или Марса, экономя на массовых расходах на землю источника питания. Космические аппараты или другой спутник могут также питаться теми же средствами. В докладе 2012 года, представленном НАСА по космической солнечной энергии, автор упоминает о другом потенциальном использовании технологии космической солнечной энергии для солнечных электрических силовых установок, которые могут быть использованы для межпланетных миссий по разведке человека.

Затраты на запуск
Одной из проблем концепции SBSP является стоимость запуска космических аппаратов и количество материалов, которые необходимо будет запустить.

Большая часть материала не должна быть немедленно доставлена ​​на его возможную орбиту, что повышает вероятность того, что двигатели с высокой эффективностью (но медленнее) могут перемещать материал SPS от LEO до GEO по приемлемой цене. Примеры включают ионные двигатели или ядерные двигатели. Сила, излучаемая с геостационарной орбиты микроволнами, сопряжена с трудностями в том, что требуемые размеры «оптической апертуры» очень велики. Например, в исследовании NASA SPS 1978 года потребовалась передающая антенна диаметром 1 км и радиальная антенна диаметром 10 км для СВЧ-луча на частоте 2,45 ГГц. Эти размеры могут быть несколько уменьшены за счет использования более коротких длин волн, хотя они увеличивают поглощение атмосферы и даже потенциальную блокировку пучка дождем или капельками воды. Из-за разбавленного проклятия массива невозможно создать более узкий пучок, объединив пучки нескольких меньших спутников. Большой размер передающей и приемной антенн означает, что минимальный практический уровень мощности для SPS обязательно будет высоким; небольшие системы SPS будут возможны, но неэкономичны.

Чтобы дать представление о масштабах проблемы, предполагая, что масса солнечной панели составляет 20 кг на киловатт (без учета массы несущей конструкции, антенны или любого значительного уменьшения массы любых фокусирующих зеркал), электростанция мощностью 4 ГВт будет весить около 80 000 метрических тонн, все из которых в нынешних условиях будут запущены с Земли. Очень легкие конструкции, вероятно, могут достигнуть 1 кг / кВт, что означает 4000 метрических тонн для солнечных панелей для той же станции мощностью 4 ГВт. Это будет эквивалент запуска от 40 до 150 пусковых установок (HLLV) для отправки материала на низкоорбитальную орбиту, где он, вероятно, будет преобразован в сборные солнечные батареи, которые затем могут использовать высокоэффективный ионный двигатель (медленно) достичь ГЕО (геостационарная орбита). Учитывая предполагаемую стоимость серийного запуска для HLLV с челночным покрытием в размере от 500 до 800 млн. Долл. США и затраты на запуск альтернативных HLLV в размере 78 млн. Долл. США, общие затраты на запуск будут составлять от 11 млрд. Долл. США (низкооборотные HLLV, панели с низким весом) и 320 млрд. Долл. США (» дорогой «HLLV, более тяжелые панели). К этим расходам следует добавить воздействие на окружающую среду миссий по запуску тяжелых космических аппаратов, если такие затраты следует использовать по сравнению с производством энергии на основе земли. Для сравнения, прямая стоимость новой угольной или атомной электростанции колеблется от 3 до 6 млрд. Долл. США за ГВт (без учета полной стоимости окружающей среды от выбросов CO2 или хранения отработавшего ядерного топлива, соответственно); другим примером являются миссии Apollo на Луну стоимостью в общей сложности 24 миллиарда долларов (1970-е годы), учитывая инфляцию, обойдется сегодня в 140 миллиардов долларов, что будет дороже, чем строительство Международной космической станции.

Строительство из космоса

Из лунных материалов, выведенных на орбиту
Джерард О’Нил, отметив проблему высоких затрат на запуск в начале 1970-х годов, предложил построить орбитальную станцию ​​на орбите с материалами Луны. Запуск затрат с Луны потенциально намного ниже, чем с Земли, из-за более низкой гравитации и отсутствия атмосферного сопротивления. Это предложение 1970-х годов предполагало рекламируемую в будущем будущую стоимость запуска космического челнока НАСА. Такой подход потребует значительных авансовых капиталовложений для создания массовых водителей на Луне. Тем не менее, 30 апреля 1979 года Заключительный отчет («Использование лунных ресурсов для космического строительства») подразделением Convair General Dynamics по контракту NASA NAS9-15560 пришел к выводу, что использование лунных ресурсов будет дешевле, чем материалы на Земле для систему из 30 спутников солнечной энергии мощностью 10 ГВт каждый.

В 1980 году, когда стало очевидно, что оценка затрат на запуск космического корабля НАСА была крайне оптимистичной, О’Нейл и др. опубликовал еще один путь к производству с использованием лунных материалов с гораздо меньшими затратами на запуск. В этой концепции SPS 1980-х годов меньше полагалось на присутствие человека в космосе и больше на частично самовоспроизводящиеся системы на лунной поверхности под дистанционным управлением рабочих, дислоцированных на Земле. Высокий чистый прирост энергии этого предложения проистекает из гораздо более глубокой гравитационной скважины Луны.

Наличие относительно дешевого фунта источника сырья из космоса уменьшило бы заботу о малогабаритных конструкциях и привело бы к созданию другого типа SPS. Низкая стоимость за фунт лунных материалов в видении О’Нила была поддержана использованием лунного материала для производства большего количества объектов на орбите, чем просто солнечных энергетических спутников. Передовые методы запуска с Луны могут снизить стоимость строительства спутника солнечной энергии из лунных материалов. Некоторые предлагаемые методы включают в себя драйвер массы луны и лунный космический лифт, впервые описанный Джеромом Пирсоном. Это потребует создания кремниевых шахт и установок для производства солнечных элементов на Луне.

На Луне
Физик д-р Дэвид Крисвелл предполагает, что Луна является оптимальным местом для солнечных электростанций и способствует солнечной энергии на Луне. Главным преимуществом, которое он предполагает, является строительство в основном из локально доступных лунных материалов с использованием использования ресурсов in-situ, с помощью мобильного телефона и крана для сборки микроволновых отражателей и роверов для сборки и прокладки солнечных батарей, что значительно снизило бы затраты на запуск по сравнению с к проектам SBSP. Сами спутники силовых реле, вращающиеся вокруг Земли, и Луна, отражающие СВЧ-луч, также являются частью проекта. Демо-проект с 1 ГВт начинается с 50 миллиардов долларов. Корпорация Shimizu использует комбинацию лазеров и микроволн для концепции Luna Ring, а также сателлиты с силовым реле.

Из астероида
Серьезно рассматривалась и добыча астероидов. Проектное исследование НАСА оценило 10 000 тонн горного транспортного средства (которое будет собрано на орбите), которое вернет фрагмент астероида 500 000 тонн на геостационарную орбиту. Только около 3000 тонн горного корабля будут традиционными полезными грузами аэрокосмического класса. Остальная часть будет реакционной массой для двигателя массового водителя, который может быть устроен как отработанные ракеты, используемые для запуска полезной нагрузки. Предполагая, что 100% возвращенного астероида были полезны и что сам астероидный майнер не мог быть повторно использован, что представляет собой почти 95% -ное сокращение затрат на запуск. Однако истинные достоинства такого метода будут зависеть от тщательного исследования минералов кандидатов-астероидов; до сих пор мы имеем только оценки их состава. Одним из предложений является захват астероида Apophis на орбиту Земли и преобразование его в 150 солнечных энергетических спутников мощностью 5 ГВт каждый или более большой астероид 1999 AN10, который в 50 раз превышает размер Апофиса и достаточно большой, чтобы построить 7500 5-гигаваттных солнечных энергетических спутников

Нестандартные конфигурации и архитектурные соображения
Типичная эталонная система систем включает значительное количество (несколько тысяч многогигаватт-систем для обслуживания всех или значительную часть энергетических потребностей Земли) отдельных спутников в ГЕО. Типичный эталонный дизайн для отдельного спутника находится в диапазоне 1-10 ГВт и обычно включает плоскую или концентрированную солнечную фотовольтаику (PV) в качестве коллектора / преобразования энергии. Наиболее типичные конструкции передачи находятся в полосе частот 1-10 ГГц (2,45 или 5,8 ГГц), где минимальные потери в атмосфере минимальны. Материалы для спутников поставляются и производятся на Земле и, как ожидается, будут перевозиться в ЛЕО через перезапуск ракеты-носителя и транспортироваться между LEO и GEO с помощью химических или электрических двигателей. Таким образом, выбор архитектуры:

Местоположение = GEO
Сбор энергии = PV
Спутник = монолитная структура
Передача = RF
Материалы и производство = Земля
Установка = RLVs для LEO, Chemical для GEO

Существует несколько интересных вариантов дизайна из эталонной системы:

Место сбора альтернативной энергии: в то время как GEO является наиболее типичным из-за его преимуществ близости к Земле, упрощенного указания и отслеживания, очень небольшого времени в оккультировании и масштабируемости для удовлетворения всех глобальных потребностей в несколько раз, были предложены другие местоположения:

Sun Earth L1: Роберт Кеннеди III, Кен Рой и Дэвид Филдс предложили вариант зонтика L1 под названием «Dyson Dots», где первичный коллектор с несколькими тераватами передаст энергию обратно на серию солнечных синхронных приемных спутников LEO. Для гораздо большего расстояния до Земли требуется соответственно большая апертура передачи.
Лунная поверхность: Д-р Дэвид Крисвелл предложил использовать поверхность Луны как среду сбора, излучая энергию на землю с помощью серии микроволновых отражателей на орбите Земли. Главным преимуществом этого подхода будет способность производить солнечные коллекторы на месте без затрат энергии и сложности запуска. Недостатки включают в себя гораздо более длительное расстояние, требующее больших систем передачи, требуемую «перестройку» для работы с лунной ночью, а также трудности с достаточным производством и указанием спутников-отражателей.
MEO: Системы MEO были предложены для использования в космических аппаратах и ​​силовых силовых установках. Например, см. Статью Ройса Джонса.
Высокоэллиптические орбиты. Орбиты «Молния», «Тундра» или «Квази Зенит» были предложены в качестве ранних мест для нишевых рынков, требуя меньше энергии для доступа и обеспечения хорошей настойчивости.
Sun-Sync LEO: на этой околополярной орбите спутники прецессируют со скоростью, которая позволяет им всегда сталкиваться с Солнцем, когда они вращаются вокруг Земли. Это легкодоступная орбита, требующая гораздо меньше энергии, и ее близость к Земле требует меньших (и, следовательно, менее массивных) передающих отверстий. Однако недостатки этого подхода включают в себя необходимость постоянного переключения принимающих станций или хранения энергии для пакетной передачи. Эта орбита уже переполнена и имеет значительный космический мусор.
Экваториальный LEO: Японский SPS 2000 предложил раннего демонстратора в экваториальном LEO, в котором несколько экваториальных участвующих стран могли получить некоторую власть.
Поверхность Земли: д-р Нараян Комераф предложил космическую энергетическую сетку, где избыточная энергия от существующей сетки или электростанции на одной стороне планеты может быть передана на орбиту, через другой спутник и до приемников.

Сбор энергии: наиболее типичными проектами для солнечных энергетических спутников являются фотоэлектричество. Они могут быть плоскими (и обычно пассивно охлажденными), концентрированными (и, возможно, активно охлажденными). Однако есть несколько интересных вариантов.

Солнечная тепловая энергия: сторонники солнечной тепловой энергии предложили использовать концентрированное отопление, чтобы вызвать изменение состояния в жидкости для извлечения энергии через вращающиеся механизмы, а затем охлаждение в радиаторах. Преимущества этого метода могут включать общую массу системы (спорную), недеградацию из-за солнечного ветра и радиационную толерантность. Здесь был представлен новый солнечный дизайн солнечной энергии, разработанный Кейтом Хенсоном.
Лазер с солнечной накачкой: Япония преследовала лазер с солнечной накачкой, где солнечный свет непосредственно возбуждает среду генерации, используемую для создания когерентного луча на Земле.
Fusion Decay: эта версия силового спутника не является «солнечной». Скорее, вакуум пространства рассматривается как «особенность, а не ошибка» для традиционного слияния. По Доктору Пол Вербосу после слияния даже нейтральные частицы распадаются на заряженные частицы, которые в достаточно большом объеме позволят прямое преобразование в ток. [Править]
Солнечная петля ветра: также называется спутником Дайсон-Харроп. Здесь спутник использует не фотоны Солнца, а заряженные частицы в солнечном ветре, которые через электромагнитную связь генерируют ток в большой петле.
Прямые зеркала. Ранние концепции прямого зеркального перенаправления света на планету Земля страдали от проблемы, что лучи, исходящие от солнца, не параллельны, а расширяются с диска, поэтому размер пятна на Земле довольно большой. Д-р Льюис Фраас исследовал массив параболических зеркал для увеличения существующих солнечных батарей.

Альтернативная спутниковая архитектура: типичный спутник — монолитная структура, состоящая из структурной фермы, одного или нескольких коллекторов, одного или нескольких передатчиков, а иногда и первичных и вторичных отражателей. Вся структура может быть стабилизирована градиентом силы тяжести. Альтернативные проекты включают:

Рой Меньших спутников: в некоторых конструкциях предлагаются рои летающих меньших спутников. Это относится к нескольким лазерным проектам, и, похоже, это относится к Flying Carpets CALTECH. Для конструкций RF инженерное ограничение — проблема разреженного массива.
Свободные плавающие компоненты: Solaren предложила альтернативу монолитной структуре, где первичный отражатель и отражатель передачи свободно летают.
Стабилизация спина: НАСА исследовала концепцию тонкой пленки с стабилизацией спина.
Стабилизированная структура фотонного лазерного треллера (PLT): д-р Молодой Бэ предложил, чтобы давление фотонов могло заменить сжимающие элементы в больших структурах.

Передача: наиболее типичная конструкция для передачи энергии — через радиочастотную антенну с частотой ниже 10 ГГц на прямоугольную поверхность. Существуют противоречия между преимуществами клистронов, гиротронов, магнетронов и твердого тела. Альтернативные подходы к передаче включают:

Лазер: Лазеры предлагают преимущество гораздо более низкой стоимости и массы до первой мощности, однако есть споры о преимуществах эффективности. Лазеры позволяют значительно уменьшить передающие и приемные отверстия. Тем не менее, высококонцентрированный луч имеет безопасность для глаз, пожаробезопасность и проблемы с оружием. Сторонники считают, что у них есть ответы на все эти проблемы. Лазерный подход должен также найти альтернативные способы справиться с осадками.
Атмосферный волновод: некоторые из них предположили, что можно использовать короткий импульсный лазер для создания атмосферного волновода, через который могут протекать концентрированные микроволны.
Скаляр: некоторые даже предположили, что можно передавать мощность через скалярные волны.
Ядерный синтез: ускорители частиц, базирующиеся во внутренней солнечной системе (будь то на орбите или на планете, такой как Меркурий), могут использовать солнечную энергию для синтеза ядерного топлива из природных материалов. Хотя это будет крайне неэффективно с использованием современных технологий (с точки зрения количества энергии, необходимой для производства топлива по сравнению с количеством энергии, содержащейся в топливе), и вызовет очевидные проблемы ядерной безопасности, основные технологии, на которых такой подход будет полагаясь на то, что он используется в течение десятилетий, делая это, возможно, самым надежным средством отправки энергии, особенно на очень больших расстояниях — в частности, от внутренней солнечной системы до внешней солнечной системы.

Материалы и производство: Типичные конструкции используют разработанную систему промышленного производства, существующую на Земле, и используют материалы на земле как для спутника, так и для ракетного топлива. Варианты включают:

Лунные материалы: существуют конструкции для солнечных энергетических сателлитов, которые обеспечивают источник> 99% материалов из лунного реголита с очень небольшими входами «витаминов» из других мест. Использование материалов с Луны привлекательно, потому что запуск с Луны теоретически гораздо менее сложный, чем с Земли. Нет атмосферы, поэтому компоненты не нужно плотно упаковывать в аэрозоль и выдерживать вибрационные, напорные и температурные нагрузки. Запуск может осуществляться через магнитный драйвер массы и требование полностью использовать пропеллент для запуска. Запуск с Луны GEO также требует гораздо меньше энергии, чем от гораздо более глубокой гравитации Земли. Построение всех солнечных энергетических спутников для полной подачи всей необходимой энергии для всей планеты требует менее одной миллионной доли Луны.
Саморепликация на Луне: в 1980 году НАСА исследовало самовоспроизводящую фабрику на Луне. В последнее время Джастин Льюис-Уэббер предложил метод специализированного производства основных элементов на основе дизайна John Mankins SPS-Alpha.
Астероидные материалы. Некоторые астероиды, как полагают, имеют еще более низкую Дельта-V для извлечения материалов, чем Луна, и некоторые конкретные представляющие интерес материалы, такие как металлы, могут быть более концентрированными или более легкими для доступа.
In-Space / In-Situ Manufacturing: с появлением производства присадок в космосе такие концепции, как SpiderFab, могут позволить массовый запуск сырья для местной экструзии.

Контраргументы

безопасности
Использование микроволновой передачи энергии было наиболее спорным вопросом при рассмотрении любого проекта SPS. На поверхности Земли предлагаемый СВЧ-луч будет иметь максимальную интенсивность в центре, 23 мВт / см2 (менее 1/4 от постоянной солнечного облучения) и интенсивность менее 1 мВт / см2 вне линии прямой кишки ( периметр приемника). Они сравниваются с действующими ограничениями на рабочем месте в Соединенных Штатах Америки по охране труда (OSHA) для микроволн, которые составляют 10 мВт / см2, — сам предел выражается на добровольных началах и не применяется для федеральных целей принудительного использования ОСА. Таким образом, пучок этой интенсивности находится в своем центре, с той же величиной, что и существующие безопасные уровни рабочего места, даже при длительном или неопределенном воздействии. Вне приемника это намного меньше, чем долгосрочные уровни OSHA. Более 95% энергии луча будет падать на rectenna. Оставшаяся микроволновая энергия будет поглощаться и хорошо диспергироваться в соответствии со стандартами, которые в настоящее время применяются в отношении микроволновых излучений во всем мире. Для эффективности системы важно, чтобы максимально возможное количество микроволнового излучения фокусировалось на прямой. Вне рекенны интенсивность микроволн быстро уменьшается, поэтому близлежащие города или другая деятельность человека не должны быть полностью затронуты.

Воздействие пучка можно свести к минимуму другими способами. На земле физический доступ контролируется (например, через ограждение), а типичные летательные аппараты, пролетающие через луч, обеспечивают пассажирам защитную металлическую оболочку (например, клетку Фарадея), которая будет перехватывать микроволны. Другие летательные аппараты (воздушные шары, сверхлегкие лучи и т. Д.) Могут избежать воздействия, наблюдая за пространствами управления воздушным потоком, как это делается в настоящее время для военного и другого контролируемого воздушного пространства. Интенсивность СВЧ-лучей на уровне земли в центре луча была бы спроектирована и физически встроена в систему; просто передатчик будет слишком далеко и слишком мал, чтобы иметь возможность увеличить интенсивность до небезопасных уровней, даже в принципе.

Кроме того, конструктивное ограничение заключается в том, что СВЧ-луч не должен быть настолько интенсивным, чтобы повредить дикую природу, особенно птиц. Эксперименты с преднамеренным микроволновым облучением на разумных уровнях не показали отрицательных эффектов даже в течение нескольких поколений. Были высказаны предложения по размещению выпрямленных скважин на шельфе, но это создает серьезные проблемы, включая коррозию, механические нагрузки и биологическое загрязнение.

Обычно предлагаемым подходом к обеспечению надежного маршрутизации лучей является использование ретро-направленной фазированной антенной решетки / прямой кишки. «Пилотный» СВЧ-луч, испускаемый из центра прямой кишки на земле, устанавливает фазовый фронт на передающей антенне. Там схемы в каждом из подмассивов антенны сравнивают фазовый фронт пилотного луча с внутренней синхронизирующей фазой для управления фазой исходящего сигнала. Это заставляет направленный луч центрироваться точно на прямой и иметь высокую степень равномерности фазы;если пучок пилот-сигналов потерян по какой-либо причине (если, например, передающая антенна отклонена от rectenna), значение управления фазой не срабатывает, и луч СВЧ мощности автоматически расфокусирован. Такая система была бы физически неспособна фокусировать свой луч мощности везде, где не было передатчика пилотного луча. Долгосрочные эффекты мощности излучения в ионосфере в виде микроволн еще не изучены, но ничего не было предложено, что могло бы привести к какому-либо значимому эффекту.