V roce 1941 vydal spisovatel science fiction Isaac Asimov povídku s názvem „Rozum“. Byl to varovný příběh o robotice a umělé inteligenci, ale dnes se na něj vzpomíná také pro zvláštní prostředí, ve kterém se odehrával: vesmírnou stanici, která shromažďuje sluneční energii a posílá ji na zemský povrch s pomocí mikrovlného vysílače. Od té doby je se myšlenka na vesmírné solární elektrárny stala předmětem úvah celé řady technologických nadšenců a snílků.
Mezi nimi byl i Donald Bren. Muž, který díky svému postavení – je jedním z nejbohatších amerických developerů – stojí v pozici, kterou mu většina fandů sci-fi nápadů může jen závidět. O vesmírných „solárních farmách“ si může nejen číst a snít; může za ně také utratit spoustu peněz. A přesně to posledních několik let skrytě dělal.
Kalifornský technologický institut před několika dny oznámil, že Bren a jeho žena Brigitte věnovali škole od roku 2013 více než 100 milionů amerických dolarů určených právě na výzkum získávání fotovoltaické energie z oběžné dráhy.
Vzhůru!
Dlouholetá podpora má být zakončena praktickou zkouškou ve vesmíru. Tým z Caltechu usiluje o první vypuštění testovacího pole na konci roku 2022 nebo 2023. „Je to dosti odvážné,“ řekl pro server IEEE Spectrum Ali Hajimiri, profesor elektrotechniky a spoluředitel projektu Caltech Space Solar Power. Ovšem díky dlouhodobé podpoře projektu je podle něj „možné riskovat. Někdy se vyplatí a někdy ne, ale když to děláte s rozvahou, nakonec dosáhnete něčeho, co jste nikdy nečekali.“
Devětaosmdesátiletý Bren vydělal většinu svého jmění – odhaduje se na 15,3 až 16,1 miliardy dolarů – budováním kanceláří a domů v Orange County v Kalifornii. Je většinovým vlastníkem ikonické budovy MetLife v New Yorku. Věnoval také pozemky a peníze na ochranu životního prostředí. Poskytuje jen málo rozhovorů (odmítl se vyjádřit i pro článek o jím podporovaném projektu vesmírné elektrárny), a zatímco o projektu Caltech Space Solar Power už se vědělo roky, skutečnost, že ho Bren finančně podporuje byla až dosud utajena.
Jako hejna ryb
Vysoká oběžná dráha Země je skvělým místem pro fotovoltaickou elektrárnu. Slunce tu nikdy nezapadá a nikdy se netvoří mraky. V minulosti zvažované projekty elektráren na oběžné dráze ovšem nerealisticky masivní, a tedy příliš nákladné.
Inženýři si představovali obří příhradové konstrukce, obvykle měřené v kilometrech (nebo mílích, podle toho, v které zemi vznikaly), na nichž byly připevněny fotovoltaické panely nebo zrcadla, které pohlcovaly nebo koncentrovaly sluneční světlo a přeměňovaly je na stejnosměrný proud. Ten se přenášel na zem pomocí laserových nebo mikrovlnných paprsků. K vybudování jediného zařízení mohly být zapotřebí stovky startů raket. Podle odborníků, kteří pracují na projektu Caltechu, to byly projekty příliš ambiciózní, než aby mohly uspět.
„K tomu, aby to bylo přesvědčivé, bylo zapotřebí změnit paradigma technologie,“ vysvětlil pro novináře Harry Atwater, profesor aplikované fyziky a materiálových věd Howarda Hughese na Caltechu a vedoucí projektu. „Namísto hmotnosti kolem kilogramu na metr čtvereční hovoříme o systémech, které dnes můžeme vyrábět v rozmezí 100 až 200 gramů na metr čtvereční, a máme plán, jak se dostat do rozmezí 10 až 20 gramů na metr čtvereční.“
Jak? Nejde o jedno jediné řešení. Ale asi největší změna v myšlení spočívá ve výrobě modulárních solárních konstrukcí. Lehké gallium-arsenidové fotovoltaické články by se připevňovaly na „dlaždice“ – základní jednotku návrhu Caltechu, z nichž každá by mohla být malá až 100 centimetrů čtverečních, což je zhruba plocha malého talíře.
Každá dlaždice – a to je klíčové – by byla vlastní miniaturní solární stanicí, vybavenou fotovoltaikou, drobnými elektronickými součástkami a mikrovlnným vysílačem. Dlaždice by se spojovaly do větších „modulů“ o rozloze řekněme 60 metrů čtverečních. Tisíce modulů by pak tvořily hexagonální elektrárnu, se stranou dlouhou až několik kilometrů. Moduly by však nebyly ani fyzicky propojeny. Žádné těžké nosné trámy, žádné svázané kabely, a tedy mnohem menší hmotnost. Podle vědců si můžeme elektrárnu představit jako hejno ryb nebo ptáků; tedy skupnu identických na sobě nezávislých prvků pohybujících se ve formaci.
Přenos k přijímačům na zemi by probíhal pomocí sfázované antény – mikrovlnné signály z dlaždic by byly synchronizovány tak, aby je bylo možné zaměřit i bez pohyblivého vysílače. Podle Atwatera by to bylo z podstaty bezpečné řešení: mikrovlnná energie není ionizující záření a hustota energie by se „rovnala hustotě energie ve slunečním světle“.
Činorodý ruch
Vesmírná solární energie je pravděpodobně ještě roky vzdálená. Analytici z Centra pro vesmírnou politiku a strategii společnosti Aerospace Corporation varují, že „nepůjde o rychlé, snadné nebo úplné řešení“.
V oboru však panuje optimismus. Technologii se věnuje japonská kosmická agentura JAXA, práce probíhají i v Číně. Náklady na starty se snižují a do vesmíru míří celá řada nových projektů, od internetových satelitů až po lodě NASA určené k cestě na Měsíc.
Analytici Aerospace Corp. tvrdí, že pozemní energetické sítě nemusí být prvními uživateli satelitů využívajících sluneční energii. Místo toho se podle nich uvažuje o využití pro jiná vesmírná plavidla. Mikrovlnný paprsek z orbitální solární farmy by mohly v některých případech být praktičtější než vlastní solární panely.
„Je potřeba mnoho další práce? Ano,“ přiznal okamžitě Hajimiri. Ale část problémů, které v minulosti představovaly nepřekonatelný problém, se již zdají být řešitelné. Uvidíme, jestli se aspoň část z nich podaří vyřešit do roku 2041, kdy Asimovova vize bude slavit stoleté výročí.
