Jak zachránit počasí i celou Zemi? Energii můžeme už brzy těžit z vesmíru

Cílem testu bylo podle BBC zjistit, zda je proveditelné přenášet sluneční světlo vesmírem k napájení satelitů. Andrew Rush, prezident a generální ředitel floridské společnosti Star Catcher, která test provedla, uvedl, že se jim podařilo přenést 100 wattů na vzdálenost přibližně 105 metrů. Star Catcher je jednou z několika firem po celém světě, které se zabývají vývojem technologií kosmické solární energetiky, což je koncept dlouho balancující mezi vědeckou skutečností a science fiction. Základem myšlenky je dodávat Zemi hojnost čisté energie, a to zachycením slunečního světla ve vesmíru a jeho následným paprskovým přenosem na zem nebo na jiné satelity.

Solární panely na Zemi jsou omezeny atmosférou, počasím a denním a nočním cyklem, které snižují množství pohlceného slunečního záření. Naproti tomu ve vesmíru je možné sluneční světlo sbírat téměř nepřetržitě s mnohem vyšší účinností. David Homfray, spoluzakladatel a technický ředitel britské firmy Space Solar, vzpomíná, že jeho otec ho považoval za „trochu blázna“, když mu o tom vyprávěl. Mnoho zemí, včetně Spojeného království, USA, Japonska a Číny, ale nyní do této technologie investuje, a vylepšení potřebná pro bezdrátový přenos energie na velké vzdálenosti z ní činí realističtější vyhlídku.

Homfray tvrdí, že kosmická solární energetika „umožní energetickou transformaci“ a některé odhady naznačují, že by mohla pokrýt až 80 % potřeb obnovitelné energie v Evropě. To je dáno především mnohem vyšší hustotou výkonu, a to více než desetinásobnou, kterou má ve srovnání s pozemními solárními panely. Realizace tohoto projektu je ale obrovský úkol. Bude pravděpodobně vyžadovat obrovské satelitní konstelace, jejichž vybudování si vyžádá značný počet raketových startů. Navíc existují levnější a jednodušší formy obnovitelné energie, které by mohly být k dispozici mnohem rychleji.

Přesto někteří věří, že přínosy výstavby solárních elektráren ve vesmíru v budoucnu dalece převáží nad nevýhodami. Například americká armáda má velký zájem o technologii, která jí umožní posílat energii na jakékoli místo na světě, což by mohlo překonat jeden z hlavních problémů moderního bojiště. Tato technologie by však mohla být stejně užitečná i po katastrofách nebo pro venkovské komunity. Kosmická solární energetika funguje podobně jako solární panely na Zemi, ale s jednou obrovskou výhodou, protože se nacházejí nad atmosférou. Ta odráží asi 30 % energie dopadající na naši planetu a absorbuje zhruba čtvrtinu ještě před dopadem na zemský povrch.

Kosmické solární panely tomuto efektu zabraňují a navíc mohou být umístěny na správné oběžné dráze, kde zůstávají v téměř neustálém slunečním svitu. Jakmile je energie shromážděna, je možné ji přenášet na Zemi jako mikrovlnné nebo laserové paprsky. Ty jsou zachyceny velkými pozemními anténami, které je přeměňují zpět na použitelnou elektřinu. Aby to ale mělo ekonomický smysl, musí každý satelit generovat a přenášet obrovské množství energie v gigawattovém měřítku. To vyžaduje masivní soustavy sestavené na oběžné dráze.

Poprvé o využívání solární energie z vesmíru psal americký autor sci-fi Isaac Asimov v roce 1941 v povídce Reason. Pozdější studie NASA v 70. letech dospěly k závěru, že myšlenka je sice zajímavá, ale čelí velkým technologickým a ekonomickým překážkám. Bývalý fyzik NASA a zastánce kosmické solární energetiky, John Mankins, vedl v 90. letech další studii, která naznačovala, že tato myšlenka se stává schůdnější díky pokroku ve vývoji solárních článků a dalších technologií. Podle něj se proveditelnost změnila z „jednoho bilionu na 100 miliard dolarů“, ale v té době o to nebylo zájem.

Mankins dodává, že před 30 lety byla kosmická solární energetika „mimořádně polarizující“. V posledním desetiletí se situace ale změnila, jak říká Mike Curtis-Rouse z britské výzkumné organizace Satellite Applications Catapult. Zaznamenali nárůst zájmu, k čemuž přispěly klesající náklady na vypouštění objektů do vesmíru a příchod velkých nových raket, jako je Starship od SpaceX, která prochází testováním v Texasu. Pokrok ve výrobě satelitů, robotice a technologii přenosu energie rovněž přiblížil vyhlídku kosmické solární energetiky. Curtis-Rouse je „přiměřeně přesvědčen“, že schopnost kosmické solární energie bude na oběžné dráze v horizontu příštích dvou desetiletí.

V roce 2023 vláda Spojeného království přidělila 4,3 milionu liber na financování několika společností pracujících na kosmické solární energetice. V Číně vědci pracují na prototypu vesmírného satelitu Omega 2.0, který využívá mikrovlny k přenosu energie ze soustavy solárních panelů. Navrhují sestavit na oběžné dráze anténu širokou jeden kilometr a 600 solárních subsoustav, každou o šířce 100 metrů. Pozemní testy se zatím dokázaly přenést až 2 081 wattů – to stačí na napájení kuchyňské rychlovarné konvice – na vzdálenost 55 metrů pomocí technologie mikrovlnného přenosu.

Iniciativa Solaris Evropské kosmické agentury (ESA) má letos rozhodnout, zda se vyplatí kosmickou solární energetiku dále zkoumat. V USA vyvíjí technologie kosmické solární energie několik společností za podpory financování od americké armády. Michelle Hanlon, vesmírná právnička z University of Mississippi, tvrdí, že „je to mnohem blíž realitě, než si spousta lidí myslí.“ Jakmile se uskuteční počáteční investice, tak je energie doslova zdarma.

Jednou ze společností pracujících na technologii je Aetherflux, start-up se sídlem v Kalifornii. Zakladatel Baiju Bhatt řekl, že otázka pro jejich společnost zněla, jak na to jít, „ne v roce 2050, ale v příštích dvou až třech letech.“ Aetherflux hodlá vypustit flotilu satelitů, které budou vybaveny vysoce výkonnými infračervenými lasery a fotovoltaickými články, na nízkou oběžnou dráhu. Tyto satelity budou shromažďovat solární energii, která bude následně paprskem přenášena na Zemi do sběrných míst na zemi o velikosti jen 5–10 metrů. Každý laser bude navržen tak, aby se okamžitě vypnul, pokud by mu cokoli vletělo do cesty, a zabránilo se tak poškození senzorů nebo posádky letadla.

Mike Curtis-Rouse poznamenal, že lasery jsou příliš slabé na to, aby způsobily značné škody, ale jsou dostatečně silné, aby se muselo přemýšlet o jejich zdravotních dopadech. Aspirací není postavit „Hvězdu smrti“, a energie by trvala dlouho, než by usmažila vajíčko, takže laserem by mohly projít ptáci, letadla nebo Superman. Tato technologie by mohla být užitečná pro místa s nedostatkem energie, a armáda by mohla být klíčovým prvním uživatelem.

V dubnu společnost Aetherflux oznámila, že získala finanční prostředky ve výši 50 milionů dolarů. Firma plánuje v roce 2026 vypustit demonstrační satelit, který bude cvičit vysílání laseru o výkonu 1 kW až 1,3 kW na solární panely na zemi. Space Solar ve Spojeném království zaujímá jiný přístup a představuje si obří solární elektrárny ve vesmíru o velikosti měst, které by mohly vysílat dostatek energie k napájení celých zemí. Homfray věří, že „do roku 2050 neexistuje důvod neočekávat, že kosmická solární energie neposkytne 20 % veškeré globální energie.“

Space Solar, která obdržela zhruba 1,2 milionu liber od britské vlády, plánuje v průběhu příštích tří let uskutečnit dvě demonstrační mise. Jedna se zaměří na nácvik přenosu energie na zem pomocí rádiových vln a druhá na demonstraci toho, jak by roboti mohli stavět velké konstrukce ve vesmíru. Nakonec chce společnost postavit obří strukturu širokou 1,8 km na geostacionární oběžné dráze, asi 36 000 km nad Zemí. Nazvat ji chce Cassiopeia. Využívala by miliony satelitů o velikosti stolu, pokrytých solárními panely, k zachycení slunečního světla.

Zhruba miliarda antén by vysílala shromážděnou energii do přijímací stanice na zemi o velikosti letiště Heathrow, která by rádiové vlny přeměňovala na elektřinu. Curtis-Rouse tvrdí, že „kdyby ve Spojeném království bylo tucet takových stanic, pravděpodobně by to pokrylo celou energetickou potřebu země.“ Jedna Cassiopeia by mohla mít kapacitu kolem 700 megawattů, což by stačilo na napájení půl milionu britských domácností.

V roce 2025 Space Solar oznámila, že postavila robotický demonstrátor pro stavbu struktur, které bude její technologie potřebovat ve vesmíru. Americká společnost Virtus Solis také pracuje na technologii kosmické solární energie a seskupila by 200 000 satelitů ve tvaru včelí plástve do rozsáhlých konstelací o délce několika kilometrů. Pokud budou úspěšné, mohly by náklady na energii na Zemi dramaticky klesnout. Generální ředitel a zakladatel John Bucknell tvrdí, že by kosmická solární energie mohla nabídnout elektřinu za 0,50 dolaru za megawatthodinu.

Někteří však nesouhlasí s tím, že kosmická solární energie může být dodávána za nízké náklady. Jedno posouzení velkých návrhů naznačuje, že elektřina vyrobená tímto způsobem by mohla stát 12- až 80krát více než pozemní alternativy. Star Catcher z Floridy zkoumá, zda by jednoho dne mohla přesměrovat sluneční světlo na satelity a dodat jim tak energii ve vesmíru. Jejich systém paprsků by k zaostření slunečního světla na solární panely satelitů používal Fresnelovy čočky.

Andrew Rush uvedl, že by tato technologie mohla dodat satelitům více energie, než kolik mohou získat z přirozeného slunečního světla. Takový systém by mohl pomoci dodávat energii i roverům na Měsíci, které musí přežít měsíční noci trvající až dva týdny. Ne všichni jsou ale kosmickou solární energetikou přesvědčeni. Jednou z obav je náročnost vypuštění a provozu tolika satelitů ve vesmíru, což nebylo nikdy vyzkoušeno v extrémně velkém měřítku.

Francesca Letizia, expertka na kosmický odpad z ESA, upozorňuje na velkou výzvu v podobě řízení stovek nebo tisíců satelitů a zabránění jejich srážkám s jinými satelity. Jakékoli nehody by mohly rychle zchladit nadšení pro toto vznikající odvětví. Hanlon dodává, že takto rozsáhlé konstelace nemusí být dokonce ani legální, jelikož Smlouva o vesmíru z roku 1967 neumožňuje žádné zemi nárokovat si vlastnictví jakékoli části oběžné dráhy. Zpráva NASA z roku 2024 uvedla, že tato technologie je v současné době stále mnohem dražší než pozemské obnovitelné zdroje.

Charity Weeden, bývalá přidružená administrátorka NASA, uvedla, že mezinárodní spolupráce bude pravděpodobně nezbytná k tomu, aby kosmická solární energie fungovala. Mankins dodal, že taková iniciativa by se mohla zrcadlit v podobě spolupráce při výstavbě Mezinárodní vesmírné stanice (ISS). Kosmická solární energie by mohla být dočasnou záchranou pro země, které potřebují energii během krize, například po hurikánu. Star Catcher plánuje svůj další velký test brzy, a to na dráze, kterou kdysi používal raketoplán NASA na floridském mysu Canaveral.