Razmislite o onome što znate o čistim izvorima energije. Što je najzelenije?
Hidroelektrični, geotermalni, vjetroviti i solarni vjerojatno nam padaju na pamet. Iako su ekološki prihvatljivi, svi oni imaju značajna ograničenja u tome koliko energije mogu proizvesti i gdje se mogu koristiti. Da napomenem, unatoč nekim uistinu dobrim napretcima solarne energije, solarni paneli i dalje mogu stvarati energiju samo dok sunce sja.
Tada je rješenje očito. Idi tamo gdje sunce nikad ne zalazi: u svemir.
To je vizija znanstvenika, istraživača i poduzetnika kako ovdje u Sjedinjenim Državama, tako i u Japanu, Kini i Europi. Iako je koncept zasnovan barem od 1970-ih, više puta je revidiran i napušten jer je prikupljanje svih dijelova gore i ljudi koji bi to sve sabrao bilo nemoguće skupo. Tek s pojavom super malih, masovno proizvedenih satelita i višestrukih raketa za povišenje, neki počinju mnogo teže gledati na stvarnost svemirskog solarnog prostora.
Postoje desetine i desetine ideja kako izraditi svemirski sustav za prikupljanje sunca, ali osnovna suština je ovako: lansirati i robotički sastaviti nekoliko stotina ili tisuća modula jednake veličine u geosinhronoj orbiti. Jedan dio sadrži zrcala koja odražavaju i koncentriraju sunčevu svjetlost na solarne ploče koje energiju pretvaraju u električnu energiju. Pretvarači pretvaraju tu električnu energiju u mikrovalne pećnice niskog intenziteta koje se usmjeravaju u velike kružne prijemnike na zemlji. Te antene mikrovalne pećnice ponovno pretvaraju u električnu energiju koja se može dovoditi u postojeću mrežu.
John Mankins, koji je proveo 25 godina u NASA-i i Caltech-ovom laboratoriju za mlazni pogon, dobio je financijska sredstva od NASA-inog instituta za napredne koncepte 2011. godine kako bi detaljnije doradio njegov koncept svemirske elektrane. On inzistira da tehnologija i inženjering potrebni za postizanje stvarnosti prostora na solarni pogon postoje, ali kao i kod svake skupe nove ideje, ona se svodi na zastoj i gumu.
"Nije poput fuzije - nema nove fizike", kaže Mankins, pozivajući se na ITER, 35-članu suradnju u izgradnji fuzijskog reaktora u Francuskoj. "Nema tajnog umaka. To je financijska prepreka za prikupljanje sredstava za razvoj elemenata i demonstriranje nove arhitekture koja je potrebna za to. "
Mankins i drugi procjenjuju ukupni trošak za razvoj, izgradnju, pokretanje i montažu svih komponenti solarne elektrane sa svemira u redoslijedu od 4 do 5 milijardi dolara - što je djelić cijene od 28 milijardi dolara na kineskoj brani Tri gorice. Mankins procjenjuje da bi radni model s komponentama pune veličine mogao potrajati 100 milijuna dolara. Za usporedbu, nedavno završenoj nuklearnoj elektrani Watts Bar u upravi Tennesseeja trebalo je 43 godine izgradnje, od početka do završetka mucanja, i koštalo je 4, 7 milijardi američkih dolara.
Kritično, ono što bi potrošači plaćali - cijena po kilovat-satu - mora biti u istoj mjeri kao i konvencionalni izvori energije proizvedeni ugljenom, prirodnim plinom i nuklearno, koji se kreću u rasponu od 3 do 12 centi po kilovatsat-satu. Hidroelektrana može biti nevjerojatno jeftina, s manje od jednog cent po kilovat-satu - ali samo ako imate dovoljno sreće da živite u regiji s obilnim rijekama s velikim protokom, poput dijelova Kanade i Wisconsina. Geotermalni je također vrlo ekonomičan, prijava od 3 centa po kilovatsatu, ali morat ćete Islanđane pitati kako vole svoje račune za struju. I zagovornici vjetra trubili su vijest prošle godine da su troškovi za taj obnovljivi resurs pali na 2, 5 centa po kilovat-satu.
Upotreba troškova s malim dvocifrenim ili čak jednocifrenim centima po kilovat-satu apsolutno je nužna kako bi se solarni solarni uređaji učinili konkurentnim korisnim, kaže Gary Spirnak, izvršni direktor kalifornijske energetske kompanije Solaren.
Spirnakova tvrtka odobrena je kao dobavljač solarne energije u Kaliforniji i već je imala dogovorene opskrbe Pacific Gasom i Electricom, ali njen poslovni model u potpunosti se temelji na proizvodnji energije iz solarne žetve. Solaren je u procesu pregovora o novim sporazumima s jednom ili više komunalija. Tvrtka ima patente ovdje u SAD-u za svoj dizajn kao i u Europi, Rusiji, Kini, Japanu i Kanadi i osigurala je prvi krug financiranja za laboratorijske demonstracije svojih komponentnih tehnologija negdje sljedeće godine. Spirnak se nada da će uvjeriti investitore da podrže pilot postrojenje snage 250 megavata do kraja faze razvoja i testiranja, možda u roku od pet godina.
Za rad svemirskog solarnog prostora potrebne su dvije ključne kamene strukture. Prvo, solid-state pojačala snage koja učinkovito pretvaraju električnu energiju od prikupljene sunčeve svjetlosti u radiofrekvencijske valove i prijemnike na zemlji koji ponovno pretvaraju RF valove natrag u električnu energiju.
Paul Jaffe drži rekordni patentirani svemirski „korak“ modul pretvorbe „Naval Research Laboratory“ ispred termalne vakuumske komore. (Paul Jaffe) 
Prototip svemirskog solarnog zračenja: Ovaj modul za pretvorbu sunčeve svjetlosti u mikrovalnu za svemirsku solarnu energiju prvi je testiran u svemirskim uvjetima. Svemirska robotika koristila bi se za okupljanje tisuća za stvaranje odašiljača svemirskog solarnog satelita. (Paul Jaffe) 
Prototipovi svemirskog modula pretvorbe solarne energije NRL testirani su u ovom toplinskom vakuumu i simulirani testni uređaj za solarno osvjetljenje. (Paul Jaffe) Paul Jaffe, inženjer u Pomorskom istraživačkom laboratoriju u Washingtonu, DC, radio je na dva prototipa kolekcijskog modula, koji on naziva "sendvičem", budući da su solarni kolektor, pretvarač struje i RF emiter zajedno srušeni u podnožje - kvadratna pločica debljine dva inča. Težina svakog pojedinog modula u konačnici određuje cijene distribuirane električne energije na zemlji; u odnosu na vati po kilogramu, Jaffe kaže da je osnovni dizajn pločica došao oko 6 vata po kilogramu.
Uzimajući u obzir da je snaga, 20-godišnji vijek solarne elektrane, trošak pokretanja 2500 dolara po kilogramu i različite razine troškova samih komponenti, Jaffe izračunava da ako se masa smanji, a snaga poveća na 500 vata po kilogramu, izjednačava s troškovima od 3 centa po kilovat-satu.
"Ako radimo čak i vrlo jednostavne stvari za smanjenje mase, to nas stavlja u raspon od 100 vati po kilogramu, a 1.000 vati po kilogramu nije suludo", kaže on. "Dobivate vrlo dobru učinkovitost s trenutnom solarnom tehnologijom koja je već dostupna u prodaji, a mi svakodnevno imamo u svojim džepovima ove vrlo učinkovite, lagane RF pretvarače."
RF pretvarači su razlog zbog kojeg funkcioniraju mobiteli - telefoni su u osnovi proslavljeni voki-tokiji kojima signali pomažu uz pomoć mreže relejnih stanica. Pretvarači u telefonu pretvaraju radio valove u podatke koje razumijemo - audio - i obrnuto. Ova je tehnologija središnja u istraživanju svemira u Caltechu, u suradnji znanstvenika i inženjera s Northropom Grummanom.
Spirnak kaže da je glavni poticaj Solareninog rada posljednjih mjeseci upravo to - smanjenje težine njihovih modula. Iako bi rakete za višekratnu upotrebu još više srušile ukupni trošak proizvodnje, Spirnak ne zadržava dah u kratkom roku; razmišlja se o korištenju uobičajenih teških dizala kako bi ugradio Solarenove dijelove u svemir.
„Puno smo vremena bezobzirno uzimali iz težine iz sustava“, kaže Spirnak. „Možemo pakirati pojedinačne velike elemente u pojedinačne lansere, s nekoliko zanimljivih podviga origamija, “ iako će isporuka cijelog sustava u svemir zahtijevati više super teških lansera.
Jaffe kaže da je najčešće pitanje koje najčešće postavlja kada govori o svemirskoj solarnosti nije da li se to može ili treba učiniti, već koliko je opasan taj energetski snop iz svemira. Neće to biti ptice i avioni koji bljeskaju na nebu kad prođu kroz snop?
„Ako sjedite vani sunčanog poslijepodneva 15 minuta, nećete izgorjeti“, objašnjava. "Naši radio, televizori i mobiteli nam ne kuhaju i svi su na istim frekvencijama kao što je predloženo. Već postoje sigurnosna ograničenja [za mikrovalne prijenosnike] koje je postavio IEEE [Institut inženjera elektrotehnike i elektronike], tako da dizajnirate sustav kako biste osigurali da se napajanje proširi na veliko područje. Slučajno se neće pretvoriti u zrak smrti. "
Da biste postigli najbolje omjere troškova i mase, efikasnost razmjera i usporedivi kapacitet proizvodnje električne energije prosječne nuklearne elektrane (1 do 2 gigavata), bilo koji solarni niz za prikupljanje energije u svemiru trebao bi biti promjera otprilike kilometar.
Prijemnici za prikupljanje na terenu trebali bi biti prema tome veliki - da bi solarna elektrana u svemiru generirala oko jedan gigavat vata, solarni kolektor od jednog kilometra (solarni kolektor) od 62 kilometra usmjeravao bi energiju na 3, 5 kilometara širok (2 milje) ) prijemnik na zemlji. Za to bi bilo potrebno oko 900 hektara. Usporedite to s postrojenjem solarne ploče Solar Star u Kaliforniji, trenutno najvećim solarnim uređajem u Sjedinjenim Državama, koji zauzima 3.200 hektara.
Prijenos snage radiofrekvencije ima jedan značajan nedostatak: "sigurne" valne duljine koje se također neće prelomiti nečim jednostavnim jer su kiše već pretrpane, začepljene redovitim radio prijenosima, kao i vojna, industrijska i satelitska uporaba.
Kritičari svemirskog solarnog sustava, među kojima je istaknut Teslin Elon Musk, kažu kako ekonomičnost ne može biti postignuta zbog pretvaranja i ponovnog pretvaranja potrebne snage.
Ali Jaffe se nada da stari pukotine fuzije također neće postati istinito od svemirskog solarnog: "Prošlo je 10 godina u posljednjih 60 godina", smije se.
Mankins naglašava da s predviđanjem da će globalna populacija do kraja stoljeća eksplodirati na 11, 3 milijarde, a gotovo sve što je zastupljeno u svijetu u razvoju, svemirski solar zaslužuje ozbiljna ulaganja javnih subjekata i privatnih partnera. Kaže da je obilna čista energija potrebna za ispunjavanje osnovnih ljudskih potreba, kao i za rješavanje sigurnog uništavanja okoliša ako sva ta energija dolazi iz konvencionalnih izvora.
"Ako se kombinacija izvora energije ne promijeni radikalno, nema šanse da dođemo do ugljika neutralnog", kaže Mankins. "Isto tako ne možete reći 800 milijuna ljudi u Kini da moraju ostati u nesnosnom siromaštvu. Ne treba samo nadoknaditi današnju potrošnju ugljika, već treba gledati naprijed 70 godina i kako ćemo nadoknaditi trostruku današnju upotrebu. Zaista su nam potrebna velika rješenja. "
