Космі́чна орбіта́льна геліоенергети́чна система, або орбіта́льна енергосисте́ма (КоГЕС) —- взаємопов'язана сукупність обладнання, машин та технологій для збору сонячної енергії в космічному просторі для подальшого використання на поверхні планети, а також живлення космічних апаратів на стаціонарних та перехідних орбітах.
КоГЕС відрізняється від звичних методик збору сонячної енергії тим, що фотоелементи або геліозбирачі, які безпосередньо є пристроєм, що нагромаджує сонячну електромагнітну енергію, розміщені на геостаціонарній орбіті на супутнику-ретрансляторі променистої енергії. За допомогою нього генерується мікрохвильовий електромагнітний потік, що фокусується на ректенні трансформаторні станції на Землі, де він перетворюється на електричний струм. Таким чином, виробництву електроенергії від світила (Сонця) не перешкоджають загальновідомі ефекти природи, як зміна пір року, хмарність, циклічність дня і ночі чи фільтраційний вплив атмосфери.
Передумови побудови КоГЕС Згідно з керуванням Міжнародного радіаційного центру у 1985 році щодо позаземного рівня променистої сонячної світності, її величина становить 1367 Вт/м²2005 ASHRAE Handbooks Fundamentals p.31-14. Інтегральна світність на теренах — 950 Вт/м²2005 ASHRAE Handbooks Fundamentals p.31-14 Table 8. Таким чином, промениста енергія Сонця в космічному просторі на 144 % більша від поверхневої і має відмінний спектральний профіль. Найбільший інтерес до орбітальної геліоенергетики аргументується загальною тривалістю часу, упродовж якого збирачі випромінення безпосередньо піддаються стаціонарно високому рівню електромагнітного потоку від світила. Більшу частину року енергосистема на базі угрупування супутників-ретрансляторів може збирати енергію цілодобово. Водночас установка на Землі робить те саме тільки 12 годин на день за умови, коли погода є сприятливою, і тільки упродовж години-пік обставини є добрими, а також сяяння значно послаблене під час вечірніх сутінок та вдосвіта.
Збір сонячної променистої енергії в космічному просторі для використання на поверхні Землі анонсує дві нові проблеми та може пом'якшити одну наявну. Перша — це введення в експлуатацію геліоенергетичних супутників, а друга — це передача потужності на планету. Що до першої, то тут необхідна модернізація існуючих технологій виробництва матриці фотоелементів. Багато проєктів КоГЕС базується на використанні мікрохвильових променів для бездротової ретрансляції геліопотужності. Супутник-ретранслятор трансформував би променисту енергію в електричну, приводячи у дію мікрохвильовий випромінювач, сфокусований у сторону приймача на поверхні. Динамічні геліотермальні енергосистеми на штучних супутниках теж вивчаються. Оскільки промінь є керованим, то його можна спрямувати за потреби для задоволення періодів підвищених навантажень у певних місцях (наприклад, найжаркіші регіони сезону літа або значні заморозки взимку). Також актуальною проблемою споживачів електроенергії є транспортування електричного струму на довгі відстані від генераторів електропотужностей. Така проблема виникає хоча би тому, що один тип приймальних антен, так званих ректен, є відносно дуже дешевий, то це може спонукати скорочення потреб у лініях електропередачі шляхом розумного розташування мікрохвильових збирачів. Це потенційно знизить ціну й мережеві збої перемикання, такі як аварії та років.
Деякі проблеми, що є природними для наземних геліоенергетичних збирачів, можна цілковито усунути шляхом такого проєктування. Наприклад, залежність від погодних умов, забруднення чи корозія, пошкодження диким звіром чи рослинністю. Хоча інші виклики можуть виникнути також, як, наприклад, прискорений радіаційних знос та удари мікрометеоритів.
Історія Розвиток подій Концепція орбітальної енергосистеми, початково відомої як супутникова система ретрансляції сонячної енергії, була описана у листопаді 1968 року. В 1973 році отримав патент США за номером 3 781 647 про винахід передачі енергії на довгі відстані використовуючи мікрохвильове випромінювання від одної надвеликої (до 1 кв. кілометра) антени супутника до іншої значно більшої на поверхні планети, відомої як ректена.
Пізніше Глейзер працював у компанії «Arthur D. Little, Inc.», як віце-президент. Національна авіакосмічна адміністрація США підписала контракт із цією організацією, що передбачав провідну роль у групі із чотирма іншими підприємствами по дослідницькій роботі у цій області науки. За результатом такої співпраці було зроблено висновок, що дана концепція передачі енергії мала деякі серйозні вади. В основному, вартість виводу на орбіту необхідних матеріалів та обмеженість досвіду в управлінні проєктами такої величини у відкритому космосі. Проте, серйозність задуму апелювала до продовження експериментів та розробок технології, Maynard, O. E., Mackovciak, J., and Ralph, E. L, Arthur D. Little, Inc., «Feasibility study of a satellite solar power station», NASA CR-2357, NTIS N74-17784, February 1974.
Між 1978 та 1981 роками Конгрес США авторизував і НАСА співпрацювати у дослідженні. Вони заснували концепцію «Експертна оцінка та розробка системи енергетичних супутників»
На базі згаданих напрацювань було опубліковано декілька звітів, що висвітлювали можливі інженерно-технічні, та соціально-економічні складності у просуванні цього проєкту. Такими є: Вимоги до ресурсів в екстремальних умовах (матеріали, потужності та земельні угіддя); Управління фінансами та організаційними проєктами; Громадська співучасть; Державна та регіональна політика що до системи енергетичних мікрохвильових супутникових приймальних антенних установок; Співучасть студентів та молоді; Ефективність лазерів для дистанційної передачі енергії у ракурсі орбітальної енергетичної системи; Міжнародні домовленості; Централізація та децентралізація; Вилучення виняткових зон для ректенних установок; Економічні та демографічні наслідки щодо впровадження системи; Метеорологічний вплив на розповсюдження проміння, генерованого лазерами прямої сонячної накачки; Експеримент щодо громадських стосунків; Технічне завдання прийому-передачі енергії та експериментальна оцінкаhttp://www.nss.org/settlement/ssp/library/1981NASASPS-PowerTransmissionAndReception.pdf «Satellite Power System Concept Development and Evaluation Program: Power Transmission and Reception Technical Summary and Assessment» NASA Reference Publication 1076, July 1981. 281 pages.; Механізм орбітального транспортного зв'язку;
Департамент відділу оцінки технологій у відповідь на запит Сенату США про потенційні можливості одного із найбільш амбіційних та довгострокових проєктів космічної енергосистеми підсумував:
Проте, нещодавно інтерес до космічної енергосистеми зріс знову у зв'язку із підвищенням потреб та зростанням ціни на носії енергії, а також впливу на навколишнє середовище шкідливих викидів від згорання вуглеводнів. Починаючи із 1997 року, Національна Аерокосмічна Адміністрація США проаналізувала зміни, що відбулися у технічній та економічній галузях економіки і обґрунтувала їх у «Фреш лук» експертному аналізі.
Ще одна дуже важлива особливість, що із часів ДОЕ собівартість виводу корисного навантаження на орбіту Землі значно зменшилася, що є критичним для побудови орбітальної енергосистеми.
Хронологія ключових моментів 1968: Др. запропонував концепцію великої геліоенергетичної супутникової системи із розміром колекторів сонячного випромінення у декілька квадратних кілометрів, які розташовані на геостаціонарній орбіті, для збору сонячної променистої енергії із метою подальшої її ретрансляції у мікрохвильовий електромагнітний промінь, передаючий придатну для використання потужність до приймальних ректенних станцій, що у подальшому була би розповсюджена по національній електричній мережі у вигляді електроструму; 1970: та НАСА дуже прискіпливо вивчає концепцію системи геліоенергетичних супутників; 1973: Др. отримав патент під номером 3 781 647 за винахід методу передачі енергії на довгі відстані використовуючи мікрохвильове електромагнітне випромінювання від дуже великої антени супутника до ще більшої антени на поверхні планети, відомої як ректена; 1994: Військово-повітряні сили США проводять розширений експеримент щодо матриці фотоелементів, використовуючи штучний супутник, виведений на низьку навколоземну орбіту за допомогою ракети Пегас; 1995—1997: НАСА проводить «Фреш лук» експериментальний аналіз концепції та технологій по космічній сонячній енергетиці; 1998: констатує комерційну раціональність технології геліоенергетичних супутників-ретрансляторів із певними, цілком визначеними ризиками у технічній та програмній областях; 1999: НАСА ініціювало заснування «Технологічно-дослідницької програми космічної сонячної енергетики»; 2000: У Сенаті США від НАСА звітує Джон Манкинс про «Надмасштабну і дуже складу структуру космічної геліоенергетики, інтегровану у системи, що вимагають значних вдосконалень у теперішніх технологіях та можливостях, цілковито можливо протягом кількох десятеліть»Statement of John C. Mankins U.S. House Subcommittee on Space and Aeronautics Committee on Science, Sep 7, 2000; 2001: Вільям Мейнес заснував корпорацію «ПаверСат Корпорейшин»; 2001: Др. Невиль Марзвел від НАСА стверджує: 2001: (Японське Національне Космічне Агентство) оголосило плани провести додаткові дослідження та моделювання запуску експериментального супутника потужністю від 10 кіловат до 1 мегаватаPresentation of relevant technical background with diagrams: http://www.spacefuture.com/archive/conceptual_study_of_a_solar_power_satellite_sps_2000.shtml ; 2007: Бюро національної космічної безпеки Пентагону видало звіт 10 жовтня 2007 року, що повідомлював про наміри збору сонячної енергії із космосу для використання на поверхні Землі із метою забезпечення підтримки Сполучених Штатів у сьогоденних відносинах із Середнім Сходом та у конкурентній боротьбі за нафту. Міжнародна Космічна Станція напевно буде першим тестом цієї нової ідеї, навіть незважаючи на низьку орбіту; 2007: У травні 2007 року було організовано семінарTerrestrial Energy Generation Based on Space Solar Power: A Feasible Concept or Fantasy? Date: May 14-16, 2007; Location: MIT, Cambridge MA на базі МІТ для перегляду поточного стану кон'юнктури на ринку та технології; 2009: Нове підприємство «Спейс Енерджі, Інк.» планує запропонувати сонячну енергію у комерційних масштабах. Вони стверджують, що розробили дуже надійну ділову платформу і зможуть запропонувати космічні геліопотужності протягом десяти років; 2009: Корпорація «Пасифик Гес енд Електрик» оголосила про клопотання щодо адміністративного дозволу на угоду законтрактувати у «Соларен» 200 МВт геліопотужностей починаючи із 2016 року, котрі остання планує запропонувати через орбітальну енергосистему;
2009: Корпорація «ПаверСат» підшиває патент щодо формування угрупування супутників із метою створення єдиного когерентного мікрохвильового променю, а також механізму використання матриці фотоелементів для живлення іонного реактивного двигуна переходу із низької навколоземної до геостаціонарної орбіти; 2009: Японія заявляє про плани запуску формування енергетичних супутників-ретрансляторів, що незабаром передаватимуть корисну потужність на поверхню планети за допомогою мікрохвильового променю. Вони сподіваються побудувати перший із них до 2030 року;
Інженерно-конструкторські рішення Космічна орбітальна енергетична система по суті складається із трьох частин:
засобів збору сонячної енергії у космічному просторі. Наприклад, фотоелементів чи геліотермальних збирачів. засобів ретрансляції потужностей на поверхню планети. Наприклад, використовуючи мікрохвильовий промінь. засобів прийому електромагнітної енергії на Землі. Наприклад, мікрохвильових антен, або по-іншому — ректен.