Солнечная электростанция для лунной колонии. Ещё один проект без аккумуляторов

Одна из возможных стратегий построения сети солнечных электростанций на Луне предполагает обойтись без аккумуляторов энергии. Станции можно разместить так, чтобы несколько из них в любой момент времени всегда были под Солнцем, и соединить их перекрёстными линиями со станциями добычи кислорода. Авторы предполагают, что стоимость реализации такого проекта будет значительно ниже других футуристических проектов получения электроэнергии на Луне.

NASA и несколько других космических агентств наперегонки публикуют программы колонизации Луны. Одним из ключевых факторов реализации таких проектов станет возможность производства энергии для лунного поселения. В интернете уже можно найти множество футуристических проектов обеспечения энергией лунной станции; многие из таких проектов предполагают использование самого на сегодня надёжного источника — Солнца. На Земле для обеспечения круглосуточного снабжения солнечной энергией такая электростанция должна быть оснащена аккумуляторами для хранения энергии, а это отдельная крупная статья расходов и дополнительное оборудование, скорее всего, превышающее по весу и размерам собственно солнечные панели. Можно ли обойтись вообще без аккумуляторов, используя только солнечные панели? Новый проект предполагает решение. С идеей физиков из Университета имени Бен Гуриона (‏אוניברסיטת בן-גוריון בנגב‏‎) можно подробнее ознакомиться, прочитав их статью в Renewable Energy.

Предложенная стратегия — размещать солнечные станции по всей параллели Луны вокруг лунного полюса, но не на самом полюсе. Линии передачи энергии должны идти от электростанций к нескольким фабрикам по производству кислорода, размещённым в пределах этого же кольца.

Для реализации такого проекта Луна очень удачно предоставляет целый ряд условий, которых нет на Земле: 1) на Луне нет атмосферы; 2) ось вращения Луны почти не наклонена к плоскости эклиптики (на Земле этот угол наклона составляет 23,5° и определяет смену времён года), 3) условия на Луне благоприятны для размещения недорогих линий передачи энергии с малой массой, 4) диаметр Луны значительно меньше земного. Поэтому сеть солнечных электростанций, расположенных вдоль кольца длиной 90 километров вокруг одного из её полюсов в принципе удовлетворяет требованию непрерывного производства солнечной энергии: в каждый момент времени какие-то из её узлов находятся на дневной стороне Луны, обращённой к Солнцу.

Авторы концепции утверждают, что проект имеет большие преимущества по стоимости и простоте реализации по сравнению с другими футуристическими проектами. Одна из ключевых характеристик, которая позволяет оценивать реалистичность подобных проектов — это «стоимость» производства киловатта электроэнергии. Речь не обязательно идёт о денежном выражении — можно говорить, например, о массе оборудования, которое необходимо доставить на Луну (или изготовить на месте) в пересчёте на тот же самый киловатт электроэнергии. Например, для оценки различных альтернативных проектов энергетики на Земле ещё используется понятие удельной площади такой электростанции (на мегаватт производимой энергии). Как отметил ещё в 1975 году академик Капица, проекты альтернативной энергетики по этому параметру сильно, то есть на несколько порядков величины уступают «традиционным» источникам, и это ограничение во многих случаях непреодолимо в силу законов природы. Например, мощность солнечных батарей будет ограничена количеством солнечного света, падающим на квадратный метр такой батареи — это так называемая солнечная постоянная, равная примерно 1,5 кВт/кв.м.; понятно, что самые изощрённые технологии фотовольтаики не перепрыгнут это ограничение. Аналогичные ограничения есть и для других вариантов зелёной энергетики. В случае с лунной колонией значение имеет, понятное дело, масса оборудования. Авторы оценивают «стоимость» лунной электроэнергии множества существующих проектов в миллиард долларов на килограмм оборудования. Вероятно, значительную долю массы будут составлять аккумуляторы. Если удастся избавиться от них, массу можно значительно уменьшить. Предполагается, что решение без батарей должно быть в сто раз более экономным с точки зрения массы по сравнению с обычными солнечными панелями (для земных условий). Также ожидается экономия в шесть раз по сравнению с рассматриваемыми NASA проектами лунного энергообеспечения с использованием атомной энергии.