Na stadionu američkog nogometa na Floridi prošlog ožujka proveden je neobičan test. Zrake svjetlosti putovale su preko cijele dužine terena, koncentrirani tragovi svjetlosti trajali su nekoliko minuta, a ispaljivani su iz odašiljača na jednoj strani terena i skupljani na ekranu na drugoj.

Svjetlost je skupljana sa Sunca i zatim je emitirana velikim lećama na terenu poput povećala, od kojih je svaka bila visoka oko 1,2 metra. Cilj? Vidjeti je li slanje Sunčeve svjetlosti kroz svemir za napajanje satelita izvedivo. Na taj je način preneseno sto vata na udaljenost od oko 105 metara.

Star Catcher jedna je od nekoliko tvrtki diljem svijeta koje razvijaju tehnologije prikupljanja solarne energije iz svemira, koncept koji je desetljećima čamio u sivoj zoni između znanstvenih činjenica i znanstvene fantastike. Ideja je opskrbiti Zemlju obilnom čistom energijom hvatanjem Sunčeve svjetlosti u svemiru i njenim zračenjem na tlo ili druge satelite.

Bez ograničenja atmosfere

Solarni paneli na tlu su ograničeni atmosferom, vremenom te Zemljinim ciklusom dana i noći. Sve to utječe na to koliko Sunčeve svjetlosti ti paneli mogu upiti, filtrirajući različite količine zračenja prije nego što ono dosegne razinu tla. U svemiru je moguće prikupljati Sunčevu svjetlost gotovo non-stop uz puno veću učinkovitost. Više država - uključujući Veliku Britaniju, Sjedinjene Države, Japan i Kinu - sada ulaže u tu tehnologiju.

Prema pojedinim procjenama, ona bi mogla zadovoljiti do 80 posto europskih potreba za obnovljivom energijom. To je uglavnom zbog veće gustoće snage - više od 10 puta veće - koju svemirska solarna energija ima u usporedbi s onom na Zemljinoj površini.

Zahvaljujući tome moguće je pretvoriti daleko više Sunčeve energije u električnu energiju. Ipak, nije to lako. Vjerojatno će biti potrebne ogromne satelitske konstelacije, koje bi mogle biti kontroverzne, a i teško ih je sigurno koristiti te bi zahtijevale značajan broj lansiranja raketa za izgradnju.

Osim toga, postoje jeftiniji i jednostavniji oblici obnovljive energije koji bi mogli postati daleko brže dostupni. Unatoč tome, postoje oni koji su uvjereni da će prednosti izgradnje solarnih elektrana u svemiru daleko nadmašiti nedostatke.

Vojska, katastrofe i udaljena područja

Američka vojska, naprimjer, jako je zainteresirana za tehnologiju koja će joj omogućiti slanje energije bilo gdje u svijetu po potrebi. To bi moglo biti korisno ne samo za bojišta, već i nakon katastrofa, kao i za opskrbu ruralnih zajednica. Solarna energija iz svemira funkcionira slično solarnoj energiji na Zemlji – paneli pretvaraju Sunčevu svjetlost u električnu energiju – ali s jednom ogromnom prednošću: nalaze se iznad atmosfere.

Ona pak reflektira oko 30 posto energije koja dopire do našeg planeta, a apsorbira oko četvrtine prije nego što uopće dosegne Zemljinu površinu.

Solarni paneli iz svemira mogu to izbjeći, kao i ostati izloženi Sunčevoj svjetlosti gotovo stalno ako ih se postavi u pravu orbitu. Nakon što se prikupi, tu je energiju moguće prenijeti na Zemlju u obliku mikrovalova ili laserskih zraka, pa uhvatiti velikim zemaljskim antenama koje je pretvaraju u upotrebljivu električnu energiju.

Kako bi to imalo ekonomskog smisla, svaki satelit mora generirati i slati ogromne količine energije na gigavatnoj skali, što zahtijeva masivne nizove sastavljene u orbiti.

Američki autor znanstvene fantastike Isaac Asimov prvi je put pisao o iskorištavanju solarne energije iz svemira 1941. godine u kratkoj priči 'Razlog'. Kasnije, 1970-ih, NASA-ine studije zaključile su da, iako je ideja intrigantna, pred njenom realizacijom stoje velike tehnološke i ekonomske prepreke.

NASA-ina studija provedena 90-ih godina prošlog stoljeća sugerirala je da su te prepreke postale manje zbog napretka u solarnim ćelijama i drugim tehnologijama. Ali nitko tko donosi odluke nije bio zainteresiran za to.

Međutim u posljednjem desetljeću stvari su se promijenile. Do porasta zanimanja došlo je dijelom zbog pada troškova lansiranja objekata u svemir i dolaska ogromnih novih raketa poput SpaceX-ovog Starshipa.

Napredak u proizvodnji satelita, robotici i tehnologiji zračenja energijom također je otvorio mogućnost svemirske solarne energije. Stoga nije nemoguće da ćemo vidjeti svemirske solarne elektrane u sljedeća dva desetljeća.

Razvoj uz državnu podršku

Britanska vlada je 2023. godine dodijelila 4,3 milijuna funti (4,8 milijuna eura) tvrtkama koje rade na razvoju svemirske solarne energije. U Kini znanstvenici rade na prototipu svemirskog satelita za solarnu energiju Omega 2.0, a on koristi mikrovalove za prijenos energije iz niza solarnih panela.

Predlažu sastavljanje antene širine kilometra, zajedno sa 600 solarnih podnizova, svakog širokog 100 metara. Testovi na zemlji do sada su uspjeli prenijeti do 2081 vat - dovoljno za napajanje kuhinjskog kuhala - na udaljenost od 55 metara koristeći tehnologiju mikrovalnog prijenosa.

Inicijativa Solaris Europske svemirske agencije također bi trebala kasnije ove godine donijeti odluku o tome isplati li se dalje istraživati ​​​​svemirsku solarnu energiju. U SAD-u nekoliko tvrtki razvija svemirske tehnologije solarne energije uz financiranje američke vojske.

Jedna od tvrtki koja radi na toj tehnologiji je Aetherflux, startup sa sjedištem u Kaliforniji, koji namjerava rasporediti flotu satelita opremljenih snažnim infracrvenim laserima i fotonaponskim ćelijama u nisku Zemljinu orbitu.

Laseri i ogromne konstelacije

Ovi sateliti bi prikupljali solarnu energiju prije nego što se ona zatim spusti na Zemlju do točaka prikupljanja na tlu, promjera možda samo 10-20 metara, što im daje relativno mali otisak. Svaki laser bio bi dizajniran za trenutno isključivanje ako mu se nešto nađe na putu, poput zrakoplova ili drugog satelita.

Laseri ovog tipa su preslabi da bi uzrokovali značajnu štetu – naprimjer, neće razbiti avion na dva dijela – ali su dovoljno snažni da bi njihovi učinci na zdravlje morali biti uzeti u obzir.

U travnju je Aetherflux prikupio 50 milijuna dolara (43,2 milijuna eura) financiranja. Tvrtka planira lansirati demonstracijski satelit 2026. godine, a on će vježbati slanje lasera širine jedan kilometar na solarne panele na tlu. Zasad nije poznato kako se njihov sustav prijenosa infracrvenog lasera ponaša u testovima na Zemlji.

Space Solar u Velikoj Britaniji koristi drugačiji pristup - predviđa divovske solarne elektrane u svemiru veličine gradova, a one bi mogle slati dovoljno energije za napajanje cijelih država.

Dobili su od britanske vlade 1,2 milijuna funti (1,36 mil. eura), čime planiraju pokrenuti dvije demonstracijske misije u sljedeće tri godine. Jednu za vježbanje prijenosa energije na tlo putem radiovalova, a drugu za pokazivanje kako roboti mogu graditi velike strukture u svemiru.

Cilj je izgraditi divovsku strukturu širine 1,8 kilometara u svemiru, nazvanu Kasiopeja, a ona će biti pozicionirana na oko 36 tisuća kilometara iznad Zemlje u geostacionarnoj orbiti, što znači da uvijek ostaje iznad iste točke na planetu i na gotovo stalnom dnevnom svjetlu.

Koristit će milijune satelita veličine stola, prekrivenih solarnim panelima, za prikupljanje dolazne Sunčeve svjetlosti. Otprilike milijardu antena emitiralo bi prikupljenu energiju do prijemne stanice na tlu veličine londonske zračne luke Heathrow, a ona bi zauzvrat pretvarala radiovalove u električnu energiju.

Dvanaest takvih elektrana moglo bi pokriti sve energetske potrebe Velike Britanije. Jedna Kasiopeja mogla bi imati kapacitet od oko 700 megavata, dovoljno za napajanje pola milijuna britanskih domova i oko četvrtine energetske proizvodnje nuklearne elektrane Hinkley Point C, a ona je trenutno u izgradnji u Somersetu.

Space Solar je već izgradio robotski demonstrator za izgradnju struktura koje će njegova tehnologija trebati u svemiru. Prošle godine tvrtka je demonstrirala bežični prijenos energije od 360 stupnjeva u laboratoriju na Sveučilištu Queen's u Belfastu u Sjevernoj Irskoj.

Američka tvrtka Virtus Solis također radi na tehnologiji solarne energije u svemiru.

Grupirala bi 200 tisuća satelita u obliku saća u ogromne konstelacije, a one bi imale neobične orbite Molniya, koje se široko okreću oko planeta, što bi im omogućilo provođenje dugih razdoblja na visokim geografskim širinama kako bi slali energiju na sjevernu hemisferu.

Virtus Solis planira pokrenuti demonstracijsku misiju 2027. godine. Pokaže li se uspješnom, troškovi energije na Zemlji mogli bi dramatično pasti - do razine manje od deset eura godišnje. Ne slažu se svi s tom procjenom, doduše. Po drugim izračunima, struja iz velikih svemirskih solarnih elektrana mogla bi koštati 12-80 puta više od zemaljskih alternativa.

Puno zahtjevnih prepreka

Mogući problem je i ogroman broj satelita potrebnih da bi svemirske elektrane počele s radom jer će ih trebati lansirati, postaviti i održavati. To još nikada nije pokušano u izuzetno velikim razmjerima koje predlažu svemirske solarne tvrtke.

Poseban izazov bit će kako spriječiti njihov sudar s drugim satelitima. No moguće je da takve konstelacije nisu ni legalne. Prema Ugovoru o svemiru iz 1967. godine, nijedna država ne smije polagati pravo na vlasništvo nad bilo kojim dijelom Zemljine orbite.

To dosad nije bio problem jer su svemirske letjelice razmjerno male. Ali elektrane bi se mogle protezati i na više četvornih kilometara. Konačno, pitanje je li to sve skupa doista izvedivo i isplativo zasad nema definitivan odgovor.

Izvješće NASA-e iz 2024. godine navodi da je tehnologija trenutno daleko skuplja od zemaljskih obnovljivih izvora energije i bit će moguća samo uz velik napredak u lansiranju, proizvodnji i učinkovitosti. Takva inicijativa mogla bi odražavati suradnju koja je podržala izgradnju Međunarodne svemirske postaje, a ona je sama po sebi veličine nogometnog igrališta.

Energija i za svemir

Svemirske letjelice mogle bi jednog dana slati energiju na druga mjesta osim Zemlje.

Star Catcher istražuje može li preusmjeriti Sunčevu svjetlost na satelite. Njihov sustav snopa koristio bi niz Fresnelovih leća - kakve svjetionici koriste za reflektiranje i lom svjetlosti - kako bi fokusirali Sunčevu svjetlost na solarne panele satelita.

Ta bi im tehnologija mogla dati više energije nego što mogu dobiti samo od prirodne Sunčeve svjetlosti. Takav sustav mogao bi također pomoći u opskrbi energijom rovera na Mjesecu jer moraju preživjeti lunarne noći, a one traju do dva tjedna, piše BBC.