Vesmírné elektrárny: firmy již testují technologie

Zní to jako píseň vzdálené budoucnosti, ale tahle vize má již zřetelné kontury. Možnosti získávat energii ze slunce na oběžné dráze a transportovat ji na Zemi nyní zkoumá několik firem. Obtíží na cestě k cíli je hodně, stejně jako potenciálních přínosů.

---

Koncept solárních elektráren umístěných na orbitu koluje v úvahách futurologů již několik dekád. V současnosti se již výzkumné týmy zabývají jeho realizovatelností a firmy soupeří o to, kdo představí efektivní a nákladově únosný způsob přepravy energie na planetu.

Smyslem umístění elektráren do vesmíru je získání dostatku čisté energie. Na Zemi je účinnost fotovoltaických systémů mnohem nižší. Důvodem je filtr tvořený atmosférou, aktuálním počasím či znečištěním, stejně jako střídání noci a dne. Atmosféra odráží přibližně 30 % energie, která dopadá na naši planetu, další zhruba čtvrtinu pohlcuje ještě předtím, než se dostane na zemský povrch. Zemské solární články tak absorbují mnohem méně světla, zatímco ty na orbitu mohou sbírat fotony nepřetržitě a s mnohem vyšší účinností.

Že by mohlo jít o životaschopnou vizi, potvrzuje zájem vlád, které se pustily do financování těch nejslibněji vyhlížejících projektů. Patří k nim i vlády Spojených států, Velké Británie, Číny či Japonska. „Vzpomínám si, jak jsem o tom vyprávěl svému otci. Myslel si, že jsem se zbláznil,“ řekl webu BBC spoluzakladatel a technologický ředitel britské firmy Space Solar David Homfray. Dodal též, že podle některých odhadů by vesmírná solární energie mohla tvořit až 80 procent evropské generace energie z obnovitelných zdrojů.  

Mikrovlny a laser

Přestože vesmírné i fotovoltaické technologie v posledních letech značně pokročily a náklady se snížily, realizaci zatím brání právě tyto dvě bariéry - technologická a finanční náročnost. Budování vesmírných solárních parků by vyžadovalo výstavbu obrovských konstrukcí, což by se neobešlo bez značného počtu startů raket a náročné údržby.

Samostatnou kapitolou je otázka právní a politická. Aby takové projekty nebudily třenice, vyžadovalo by to předchozí široký konsenzus a mezinárodní spolupráci. To by ostatně vzhledem k aktuální geopolitické situaci nebylo vůbec na škodu. Právě výzkum vesmíru je navíc oblastí, kde se mezinárodní spolupráce opakovaně osvědčila.

Z pohledu technického se řeší především způsob, jak získanou energii přepravit na zemský povrch. Ve hře je vícero metod. Jednou z nich jsou mikrovlny nebo laserové paprsky, které vesmírná elektrárna vyšle k Zemi, kde je zachytí velké pozemní antény, které ji přemění zpět na použitelnou elektřinu. Aby to však mělo ekonomický smysl, musí elektrárny vysílat energii v gigawattovém měřítku, což by vyžadovalo obří plochy solárních článků na oběžné dráze.

BBC připomíná studii z 90. let minulého století, kterou vedl bývalý fyzik NASA a zastánce solární energie z vesmíru John Mankins. Již tehdy psal, že tato myšlenka je díky pokroku v oblasti solárních článků a dalších technologií stále schůdnější. „Náklady proveditelnosti za sebou měly pokles z 1 bilionu na 100 miliard dolarů, ale v té době se o to nikdo nezajímal.“

Za posledních deset let se však situace změnila. Částečně k tomu přispěly klesající náklady na vynášení objektů do vesmíru a příchod nových obrovských raket, jako je například Starship společnosti SpaceX. Pokrok zaznamenala též výroba satelitů, robotika a bezdrátový přenos energie.

Vodu na čaj uvaříme už dnes

V branži je každopádně živo a optimisté vyhlížejí první funkční vesmírné elektrárny do 20 let. Podporují to finance z veřejného i soukromého sektoru. Britská vláda poskytla před dvěma lety 4,3 milionu liber několika společnostem, které pracují na vesmírné solární energii. V Číně vědci pracují na prototypu vesmírného satelitu pro mikrovlnný přenos solární energie s názvem Omega 2.0. Navrhují sestavit na oběžné dráze anténu o šířce 1 km spolu s 600 solárními panely, z nichž každý má šířku 100 m. Při pozemních testech se zatím touto metodou podařilo přenést na vzdálenost 55 m výkon 2081 wattů, což zhruba stačí na ohřev vody v rychlovarné konvici.

Evropská vesmírná agentura bude letos vyhodnocovat smysluplnost iniciativy Solaris, která zkoumá využití solární energie ve vesmíru. V USA vyvíjí několik společností technologie pro tento účel s finanční podporou americké armády. Jednou z nich je kalifornská Aetherflux. „Solární energie z vesmíru je fantastická myšlenka,“ říká její zakladatel Baiju Bhatt. „Otázka, která stála za vznikem společnosti, zněla: Pokud byste to chtěli udělat ne v roce 2050, ale v příštích dvou až třech letech, jaký přístup byste zvolili?“

Společnost Aetherflux hodlá na nízkou oběžnou dráhu Země vyslat flotilu družic vybavených výkonnými infračervenými lasery a fotovoltaickými články. Tyto družice by shromažďovaly sluneční energii a poté by ji přenášely na Zemi do sběrných míst o průměru pouhých 10-20 m. V rámci bezpečnostních opatření by byl každý laser navržen tak, aby se okamžitě vypnul, pokud by do jeho dráhy vletělo cokoli, například letadlo nebo jiná družice.

Podle Bhatta by tato technologie mohla být užitečná v místech s nedostatkem energie, přičemž armáda by mohla být klíčovým uživatelem. „Americká vláda má obrovské energetické potřeby po celém světě,“ říká. Letos v dubnu Aetherflux získala finanční prostředky ve výši 50 milionů dolarů. V příštím roce plánuje vypustit demonstrační satelit, který bude cvičně vysílat laser o šířce 1 km na solární panely na zemi. „V nejlepším případě se dočkáme výkonu několika set wattů,“ říká Bhatt.

Miliarda antén

Jiný přístup volí firma Space Solar ve Velké Británii. Plánuje obří solární elektrárny ve vesmíru o velikosti měst, které by mohly vysílat dostatek energie pro napájení celých zemí. V příštích třech letech chce uskutečnit dvě demonstrační mise, z nichž jedna bude sloužit k nácviku přenosu energie na Zemi prostřednictvím rádiových vln a druhá prověří možnosti výstavby velkých struktur ve vesmíru s pomocí robotů.

V dlouhodobějším horizontu pak Space Solar chce postavit ve vesmíru obří stavbu Cassiopeia o šířce 1,8 km ve výšce 36 000 km nad Zemí na geostacionární oběžné dráze. Konstrukce neustále vystavená slunečnímu světlu, by využívala miliony malých satelitů pokrytých solárními panely, které by sbíraly fotony. Zhruba miliarda antén by vysílala nashromážděnou energii do přijímací stanice na zemi o velikosti letiště Heathrow, která by následně přeměnila rádiové vlny na elektřinu.

Jedna Cassiopeia by mohla mít výkon asi 700 megawattů, což by stačilo na napájení půl milionu britských domácností a odpovídá to čtvrtině výkonu jaderné elektrárny Hinkley Point C, která je od roku 2017 ve výstavbě a nebude spuštěna dříve než na konci tohoto desetiletí. „Kdybyste jich měli ve Velké Británii tucet, pravděpodobně by to pokrylo veškerou energetickou potřebu Spojeného království,“ říká Mike Curtis-Rouse z britské organizace Satellite Applications Catapult.

Slabým článkem konceptu je bezpečnost těchto vesmírných realizací. Kritici nápadu zmiňují, že v minulosti nikdy nedošlo k vypuštění tolika satelitů s jedním účelem. Řídit a koordinovat fungování tisíců satelitů a zabránit jejich srážkám s dalšími satelity, asteroidy či vesmírným smetím může být mimo naše možnosti. Jakákoli nehoda by mohla vznikající průmysl rychle pohřbít.

Navzdory těmto pochybnostem jede výzkum dál. Zatím jsme tedy tam, co obvykle - nohama na Zemi, s hlavou v oblacích.