Prvý vesmírny solárny prenos energie z obežnej dráhy na Zem

Vesmírna slnečná energia by mohla vyriešiť veľa problémov s čistou energiou na Zemi. Orbitálne solárne zariadenie totiž môže zbierať slnečné svetlo 24 hodín denne, 7 dní v týždni, pričom ho neruší atmosféra alebo poveternostné podmienky. Teoreticky je solárny potenciál vo vesmíre osemkrát lepší na meter štvorcový ako solárny panel na Zemi.

Preto sa niekoľko skupín zaoberá vývojom v tejto oblasti, a to aj napriek niektorým neuveriteľne skľučujúcim výzvam. Jednou z nich je veľkosť. Prípadná veľkosť komerčne relevantného vesmírneho solárneho poľa by mohla byť približne 9 km štvorcových, s podobne masívnymi poľami prijímačov na Zemi na zachytenie energie prenášanej na povrch.

To by si mohlo vyžadovať až 39 vesmírnych štartov, a to dokonca aj so šikovným, ultraľahkým, samonasaditeľným modulárnym poľom, na ktorom pracuje tím z Caltech. To by obsahovalo sériu modulov, každý okolo kubického metra pri štarte, ale schopných rozvinúť sa do obrovských plochých štvorcov, s rozmermi asi 50 metrov na stranu, so solárnymi článkami na jednej strane a bezdrôtovým napájaním a vysielačmi na druhej strane.

Samozrejme, štarty do vesmíru nie sú lacné, pričom sa predpokladá, že vyrovnané náklady na energiu budú medzi 1 až 2 USD za kWh, čo je takmer šesťnásobok maloobchodnej ceny elektriny v USA. Napriek tomu sa projekt rúti plnou parou vpred, podporovaný darmi v hodnote viac ako 100 miliónov USD od Donalda Brena, predsedu Irvine Company. A teraz boli oznámené výsledky prvej fázy testovania orbitálneho prototypu.

50-kilogramový vesmírny demonštrátor solárnej energie SSPD-1 bol naložený do kozmickej lode Momentus Vigoride a raketa SpaceX bola vyslaná na nízku obežnú dráhu 3. januára tohto roku. Demonštrátor bol navrhnutý na testovanie troch systémov. Modul DOLCE bol navrhnutý na testovanie mechanizmov návrhu a nasadenia pre ľahké skladacie konštrukcie, ktoré tím dúfa, že použije vo väčšom poli. Modul ALBA testuje množstvo rôznych dizajnov solárnych článkov, aby sa zistilo, ktoré by boli najefektívnejšie vo vesmíre.

A nakoniec modul MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment) bol navrhnutý výlučne na overenie počiatočného štádia technológie bezdrôtového prenosu energie, ktorá by odobrala slnečnú energiu a poslala ju späť na Zem, presne namierenú na prijímacie stanice na povrchu bez akýchkoľvek pohyblivých častí na vysielači.

Časť tejto testovacej sekvencie MAPLE zahŕňala demonštráciu výkonového lúča s krátkym dosahom, v ktorej pole vysielačov posielalo energiu dvom rôznym poliam prijímačov, len asi 30 cm od vysielačov. Bola to šanca overiť technológiu Caltechu riadenia lúčov, ktorá nepoužíva nič iné ako fázovú manipuláciu a konštruktívnu / deštruktívnu interferenciu medzi vlnami na presné nasmerovanie lúčov v drsných teplotách a radiačnom prostredí vesmíru. Tím bol pritom schopný rozsvietiť malé LED diódy na každom prijímači podľa vlastného uváženia.

„Pokiaľ je nám známe, nikto nikdy nepreukázal bezdrôtový prenos energie vo vesmíre ani s drahými pevnými štruktúrami,“ povedal Ali Hajimiri, spoluriaditeľ projektu SSPP. „Robíme to s flexibilnými ľahkými štruktúrami a s našimi vlastnými integrovanými obvodmi. Toto je prvýkrát“.

Jednotka MAPLE má tiež malé okno, cez ktoré bolo pole vysielačov schopné vyžarovať energiu priamo na Zem, namierenú na prijímaciu jednotku na streche inžinierskeho laboratória Caltech v Pasadene. A opäť bol tento experiment úspešný. Energetický lúč bol detegovaný na pozemnej stanici v očakávanom čase a frekvencii a so správnym frekvenčným posunom predpovedaným na základe prejdenej vzdialenosti.

Nebolo to užitočné množstvo energie, ale potvrdzuje to schopnosť tímu presne zamerať energetický lúč na veľké vzdialenosti a potvrdzuje, že príslušné vybavenie môže prežiť cestu na obežnú dráhu.

„Flexibilné polia na prenos energie sú nevyhnutné pre súčasný dizajn vízie Caltechu pre konšteláciu solárnych panelov podobných plachtám, ktoré sa rozvinú, keď sa dostanú na obežnú dráhu,“ povedal Sergio Pellegrino, spoluriaditeľ projektu SSPP.

„Rovnakým spôsobom, akým internet demokratizoval prístup k informáciám, dúfame, že bezdrôtový prenos energie demokratizuje prístup k energii,“ dodal Hajimiri. „Na prijatie tejto energie nebude na Zemi potrebná žiadna infraštruktúra na prenos energie. To znamená, že môžeme posielať energiu do vzdialených regiónov a oblastí zdevastovaných vojnou alebo prírodnou katastrofou“.

Vyzerá to tak, že technológii pre vesmírne solárne pole sa darí. No ako už bolo spomenuté, ekonomická stránka takéhoto projektu v komerčnom prostredí nevyzerá práve ružovo. Rozhodne bude zaujímavé sledovať, akým smerom sa bude tento fascinujúci projekt v budúcnosti uberať.