Một nhóm Caltech đang kỷ niệm việc truyền tải điện không dây trong không gian đầu tiên trên thế giới và lần đầu tiên mức năng lượng có thể phát hiện được đã được truyền xuống Trái đất. Dự án Năng lượng Mặt trời Không gian (SSPP) nhằm mục đích khai thác các nguồn năng lượng sạch khổng lồ trên quỹ đạo.
Năng lượng mặt trời trên không gian có thể giải quyết rất nhiều vấn đề về năng lượng sạch của Trái đất; thiết lập năng lượng mặt trời trên quỹ đạo có thể thu hoạch ánh sáng mặt trời 24/7 – và cả những thứ tốt nữa, không bị ảnh hưởng bởi khí quyển hoặc điều kiện thời tiết. Về mặt lý thuyết, tiềm năng năng lượng mặt trời trong không gian trên mỗi mét vuông tốt hơn tám lần so với tấm pin mặt trời trên Trái đất.
Vì vậy, một số nhóm đang cố gắng bắt đầu mọi việc, bất chấp một số thách thức vô cùng khó khăn. Một trong số đó là kích thước của một mảng có thể sử dụng được – như chúng tôi đã chỉ ra ngay trước khi nguyên mẫu quỹ đạo này được phóng vào tháng 10 năm ngoái. Kích thước cuối cùng của một mảng năng lượng mặt trời không gian có liên quan đến thương mại có thể là khoảng 3,5 dặm vuông (9 km vuông), với các mảng máy thu lớn tương tự ở trên Trái đất để thu năng lượng truyền lên bề mặt.
Truyền tải điện không dây hoạt động như thế nào?
Điều này có thể cần tới 39 lần phóng vào không gian, ngay cả với dãy mô-đun thông minh, siêu nhẹ, tự triển khai mà nhóm Caltech đang nghiên cứu. Điều này sẽ có một loạt mô-đun, mỗi mô-đun có diện tích khoảng một mét khối (~35 cu ft) khi phóng, nhưng có khả năng mở rộng thành các hình vuông phẳng khổng lồ, khoảng 50 mét (164 ft) mỗi cạnh, với pin mặt trời ở một bên và nguồn điện không dây. máy phát ở bên kia.
Tất nhiên, như chúng tôi đã thảo luận khi viết về dự án này vào năm ngoái , việc phóng vào không gian không hề rẻ và do đó, về mặt kinh tế cũng có vẻ khó khăn, với Chi phí năng lượng quy dẫn (LCoE) được dự đoán là trong khoảng 1-2 USD mỗi kWh – gần gấp sáu lần giá bán lẻ điện ở Mỹ.
Tuy nhiên, dự án đang được đẩy mạnh tiến độ nhờ khoản quyên góp trị giá hơn 100 triệu USD từ Chủ tịch Công ty Irvine Donald Bren. Và hiện nó đã công bố kết quả thử nghiệm nguyên mẫu quỹ đạo giai đoạn đầu tiên.
Các kỹ sư đang tải phần DULCE của SSPD lên tàu vũ trụ Momentus Vigoride trước khi phóng
Thiết bị trình diễn năng lượng mặt trời không gian nặng 50 kg (110 lb) (SSPD-1) đã được đưa vào tàu vũ trụ Momentus Vigoride và được tên lửa SpaceX đưa vào quỹ đạo thấp vào ngày 3 tháng 1 năm nay. Nó được thiết kế để thử nghiệm ba hệ thống: mô-đun DOLCE được thiết kế để thử nghiệm các cơ chế thiết kế và triển khai cho các cấu trúc nhẹ, có thể gập lại mà nhóm SSPP hy vọng sẽ sử dụng trong một mảng lớn hơn. Nó vẫn chưa bắt đầu diễn ra. Mô-đun ALBA có mặt ở đó để thử nghiệm một số thiết kế pin mặt trời khác nhau nhằm xem thiết kế nào hiệu quả nhất trong không gian và các thử nghiệm này đang diễn ra.
Và mô-đun MAPLE (Mảng vi sóng để thử nghiệm quỹ đạo thấp truyền điện) được thiết kế hoàn toàn để xác minh giai đoạn đầu của công nghệ truyền năng lượng không dây sẽ lấy năng lượng mặt trời và gửi trở lại Trái đất, nhắm chính xác vào các trạm thu trên bề mặt không có bất kỳ bộ phận chuyển động nào ở máy phát.
Một phần của trình tự thử nghiệm MAPLE này bao gồm trình diễn chùm tia công suất tầm ngắn, trong đó dãy máy phát gửi năng lượng đến hai dãy máy thu khác nhau, chỉ cách máy phát khoảng 1 foot (~30 cm). Đây là cơ hội để xác nhận công nghệ điều khiển chùm tia của đội – công nghệ không sử dụng gì ngoài thao tác pha và giao thoa tăng cường/hủy diệt giữa các sóng để định hướng chính xác các chùm tia – trong nhiệt độ khắc nghiệt và môi trường bức xạ của không gian. Và chắc chắn, nhóm đã có thể thắp sáng những đèn LED nhỏ trên mỗi bộ thu theo ý muốn.
Đèn LED trong mô-đun MAPLE sáng lên để xác nhận việc truyền tải điện không dây trong khoảng cách ngắn
Ali Hajimiri, Giáo sư Kỹ thuật Điện và Kỹ thuật Y tế Bren, đồng giám đốc nhóm SSPP, cho biết: “Theo hiểu biết tốt nhất của chúng tôi, chưa có ai từng chứng minh được khả năng truyền năng lượng không dây trong không gian ngay cả với các cấu trúc cứng đắt tiền”. “Chúng tôi đang làm điều đó với các cấu trúc nhẹ linh hoạt và bằng các mạch tích hợp của riêng chúng tôi. Đây là lần đầu tiên.”
Thiết bị MAPLE cũng có một cửa sổ nhỏ mà qua đó mảng máy phát có thể truyền năng lượng trực tiếp xuống Trái đất, nhắm vào thiết bị thu trên nóc phòng thí nghiệm kỹ thuật tại Caltech Pasadena. Và một lần nữa, thí nghiệm này lại thành công; chùm năng lượng được phát hiện tại trạm mặt đất, vào thời gian và tần số dự kiến, đồng thời có sự thay đổi tần số chính xác được dự đoán dựa trên khoảng cách di chuyển.
Đây không phải là lượng năng lượng hữu ích nhưng nó xác nhận khả năng của nhóm trong việc nhắm mục tiêu chính xác chùm năng lượng trên khoảng cách rất xa và xác nhận rằng thiết bị liên quan có thể sống sót sau chuyến đi lên quỹ đạo.
Trình diễn năng lượng mặt trời không gian
Sergio Pellegrino, Joyce và Kent Kresa, Giáo sư Kỹ thuật Xây dựng và Hàng không vũ trụ, đồng thời là đồng giám đốc cho biết: “Mảng truyền tải điện linh hoạt là điều cần thiết cho thiết kế hiện tại về tầm nhìn của Caltech về một chùm tấm pin mặt trời giống như cánh buồm sẽ mở ra khi chúng đạt tới quỹ đạo”. của SSPP.
Hajimiri tiếp tục: “Giống như cách Internet dân chủ hóa việc tiếp cận thông tin, chúng tôi hy vọng rằng việc truyền năng lượng không dây sẽ dân chủ hóa việc tiếp cận năng lượng”. “Sẽ không cần cơ sở hạ tầng truyền tải năng lượng trên mặt đất để nhận được nguồn điện này. Điều đó có nghĩa là chúng tôi có thể gửi năng lượng đến các vùng sâu vùng xa và các khu vực bị tàn phá bởi chiến tranh hoặc thiên tai.”
Vì vậy, công nghệ cho mảng năng lượng mặt trời trên không gian hoàn toàn phát triển tốt đẹp. Như đã nêu trước đó, tính kinh tế của một dự án như vậy trong môi trường thương mại trông không mấy khả quan, nhưng ai biết được loại thủ thuật nào mà một người đứng đầu doanh nghiệp giỏi có thể sử dụng để lật ngược tình thế. Chắc chắn là một dự án hấp dẫn để theo dõi.