В настоящее время человечество потребляет около 15 тераватт энергии каждую секунду, из которых примерно 2,5 тераватта приходится на электричество. Энергетический кризис с каждым днём становится всё острее. Однако решение этой проблемы может заключаться не только в промышленной термоядерной энергетике, которая обещает стать экологически чистой, но и в альтернативных источниках энергии. Одним из таких источников является дейтерий — изотоп водорода с дополнительным нейтроном в ядре, которого в океанических водах Земли содержится огромное количество. Практически неисчерпаемый запас дейтерия может стать ключом к будущему энергетическому изобилию.
Но что если ответ на вопрос «откуда берётся электричество в розетке» в 2090-х годах будет связан не с Землёй, а с космосом? И речь пойдёт не о близкой к Земле орбите, а о дальнем космосе — о Марсе, который может превратиться в гигантскую электростанцию, снабжающую энергией всё человечество. Возможно ли это, и когда такой проект может стать реальностью?
Концепция космической солнечной энергетики существует уже давно. В её классическом варианте предлагается размещать масштабные станции на геостационарной орбите Земли с солнечными панелями и концентраторами солнечного излучения, а также системами передачи энергии на Землю, чаще всего с помощью фазированных антенн, передающих энергию в виде микроволн. Современная же концепция предлагает гораздо более масштабный план: согласно исследованию Джека Смитта, опубликованному в журнале Physica Scripta, вокруг Марса можно создать рой спутников-концентраторов, которые будут перенаправлять солнечный свет на поверхность планеты. Там энергия преобразуется в электричество и будет передаваться на Землю с помощью электромагнитного излучения. Эта идея является модификацией концепции «роя Дайсона» — сети аппаратов, окружающих звезду и собирающих всю её энергию (для Солнца это порядка 3.8×10^26 ватт).
Марс выбран не случайно: его низкая гравитация и разрежённая атмосфера значительно упрощают запуск спутников на орбиту. Кроме того, производство концентраторов планируется организовать из местных ресурсов, поскольку доставка даже ультралегких отражающих панелей с Земли экономически нецелесообразна. Для создания необходимой инфраструктуры предполагается использовать роботов-репликаторов — автономных фабрик, способных производить собственные копии из марсианских материалов, подобно биологическому размножению. Основной вызов — производство микроэлектроники, но на первых этапах можно будет поставлять комплектующие с Земли, а затем наладить их производство на Марсе. Отправив на поверхность Марса небольшое количество таких роботов, можно запустить экспоненциальный рост их численности и, соответственно, масштабов производства спутников-рефлекторов.
Запуск спутников будет осуществляться с помощью электромагнитной пусковой установки длиной около 631 метра, что возможно благодаря низкой первой космической скорости Марса (3,55 км/с против 7,9 км/с у Земли) и способности выдерживать высокие ускорения. Спутники будут оснащены складными зеркалами, которые раскрываются после выхода на орбиту. Рассматривался также вариант передачи энергии с помощью бортовых лазеров, но он признан менее эффективным по сравнению с отражающими панелями. Для генерации электричества на Марсе могут использоваться солнечные панели или двигатели Стирлинга, оба способа обеспечивают около 30% эффективности.
Ожидается, что технологический уровень, необходимый для реализации этого проекта, может быть достигнут к концу 2030-х годов. Значительную роль в этом сыграет проект SpaceX Starship, который при успехе позволит быстро и дешево доставлять сотни тысяч тонн грузов на Марс благодаря полной многоразовости и орбитальной дозаправке. По прогнозам, к 2100 году мощность марсианского роя может достичь 100 тераватт, обеспечивая энергией Землю в масштабах, превышающих сегодняшние потребности. При этом самая высокая скорость роста мощности будет наблюдаться на завершающих этапах строительства.
Постройка такого роя Дайсона не только позволит решить экологические проблемы и направить взгляд человечества к звёздам, но и станет шагом на пути к переходу цивилизации с нулевого уровня по шкале Кардашева сначала к типу 1, а затем и к типу 2 — то есть к межзвёздному виду, способному использовать энергию целой звезды.
Если этот амбициозный проект выйдет за пределы теории и вдохновит человечество на технологический подвиг, не имеющий аналогов в истории, мы станем свидетелями начала новой эры — эры межпланетной, а возможно, и межзвёздной экспансии.