Η ιδέα της μεταφοράς ενέργειας από το διάστημα στη Γη που διψά για ενέργεια έχει μελετηθεί εδώ και πολύ καιρό. Αυτή η ιδέα προτάθηκε για πρώτη φορά στην επιστημονική φαντασία πριν από 80 χρόνια.
«Το δωμάτιο του αξιωματικού στον Ηλιακό Σταθμό Νο. 5 ήταν σιωπηλό εκτός από το ήσυχο γουργούρισμα του δυνατού σκηνοθέτη κάπου πιο κάτω», έγραψε ο διάσημος συγγραφέας Isaac Asimov στην ιστορία του «Reason», που δημοσιεύτηκε τον Απρίλιο του 1941 στο περιοδικό Astounding Science Fiction.
Ο Asimov έβαλε στους χαρακτήρες του έναν σταθμό συλλογής ηλιακής ενέργειας στο διάστημα που έστελνε ενεργειακές δέσμες στους δέκτες Γηκαθώς Άρης. Γρήγορα στον 21ο αιώνα, και η έρευνα εδώ στη Γη και τώρα στο διάστημα φαίνεται να υποστηρίζει αυτή την ιδέα. Χώρος Η μετάδοση ηλιακής ενέργειας θεωρείται από ορισμένους ως μια πραγματικά τραβηγμένη και αδιανόητη τεχνολογία, μια οικονομικά αμφισβητήσιμη έννοια, αλλά που προσφέρεται για επιστημονική φαντασία. Το Space.com επικοινώνησε με αρκετούς μηχανικούς για να ρωτήσει τι είναι νέο, τι παλιό και τι λείπει όταν πρόκειται για τη μεταφορά ενέργειας από το διάστημα στη Γη.
Σχετίζεται με: Οι επιστήμονες μεταφέρουν για πρώτη φορά ηλιακή ενέργεια από το διάστημα στη Γη
Τρία τεχνολογιών
Το Space Solar Power Project (SSPP) της Caltech θεωρείται από ορισμένους ως φάρος ελπίδας για την τεχνολογία.
Πάνω από ένας χρόνος έχει περάσει από τότε που η τεχνολογία επίδειξης SSPP εισήχθη στην κλίνη δοκιμών της Γης. Σε τροχιά, το διαστημικό σκάφος SSPD-1 δοκίμασε τρεις τεχνολογικές καινοτομίες που έχουν σχεδιαστεί για να βοηθήσουν να φέρει την ηλιακή διαστημική ενέργεια πιο κοντά στην πραγματικότητα. Αυτές οι καινοτομίες ήταν:
-
DOLCE: Ένα τροχιακό υπερελαφρύ σύνθετο πείραμα για την επίδειξη ενός νέου σχήματος συσκευασίας και ανάπτυξης.
-
ALBA: 32 διαφορετικοί τύποι φωτοβολταϊκών κυψελών (φωτοβολταϊκά κύτταρα) για να αξιολογήσετε πώς αντέχουν στο σκληρό διαστημικό περιβάλλον.
-
ΣΦΕΝΤΑΜΙ: Μια συστοιχία μικροκυμάτων για ένα πείραμα μεταφοράς ενέργειας χαμηλής τροχιάς που βασίζεται σε προσαρμοσμένα ολοκληρωμένα κυκλώματα με ακριβή χρονισμό για την επιλεκτική εστίαση της ενέργειας σε δύο διαφορετικούς δέκτες, επιδεικνύοντας την ασύρματη μεταφορά ενέργειας σε χωρικές αποστάσεις.
Φέρτε το στο αποκορύφωμα
«Πολλά πράγματα λειτούργησαν και τα πράγματα που λειτούργησαν καλά, πιέσαμε μέχρι να σταματήσουν να λειτουργούν», λέει ο Ali Hajimiri, συνδιευθυντής του Caltech Space-Based Solar Power Project.
Ο Hajimiri έχει επικεντρωθεί στα ολοκληρωμένα κυκλώματα και τις εφαρμογές τους σε διάφορους τομείς όπως η βιοτεχνολογία, οι επικοινωνίες και η ανίχνευση, καλύπτοντας ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων από υψηλής ταχύτητας και ραδιοσυχνότητες έως κυκλώματα χαμηλής συχνότητας και υψηλής ακρίβειας.
Ναι, τόνισε ο Χατζιμίρι, υπήρξαν προβλήματα κατά την εννεάμηνη αποστολή SSPD-1. «Είχαμε κυριολεκτικά ένα πρόβλημα ανάπτυξης, αλλά η ομάδα το έλυσε. Ακόμη και με ασύρματη μετάδοση ισχύος, υπήρχαν κάθε είδους καταστάσεις. Προς το τέλος της αποστολής, τονίσαμε πραγματικά το σύστημα – σε σημείο που προσπαθούσαμε ενεργά να προκαλέσουμε ζημιά».
Υλοποίηση στέγης
Στις 22 Μαΐου 2023, η απόδοση του SSPD-1 κυριολεκτικά χτύπησε το ταβάνι του Εργαστηρίου Μηχανικής Gordon and Betty Moore στο Caltech. Για μόλις 90 δευτερόλεπτα, το υλικό MAPLE του διαστημικού σκάφους έστειλε ενέργεια στη Γη που συλλέχθηκε στο διάστημα.
Ο Χατζιμίρι εξηγεί γρήγορα ότι η ποσότητα ενέργειας που λάμβανε στο επίπεδο της οροφής ήταν εξαιρετικά χαμηλή. Αφορούσε κυρίως την ανίχνευση, είπε, αλλά το πραγματικό ζήτημα ήταν η μέτρια ποσότητα ενέργειας που λαμβανόταν ως ένα μικρό βήμα για διαστημική ηλιακή ενέργεια.
Το SSPD-1 σύντομα θα παροπλιστεί και θα υποβληθεί σε καταστροφική κατάδυση ατμόσφαιρα της γης.
Η προσοχή του έργου στρέφεται τώρα στην επίλυση προβλημάτων όπως η κλιμάκωση, η δυνατότητα αυτόνομης ανάπτυξης και η ανάπτυξη ελαφρύτερων δομών.
Άγνωστοι άγνωστοι
«Υπάρχουν ακόμη πολλά «άγνωστα άγνωστα» που πρέπει ακόμη να διερευνηθούν», είπε ο Χατζιμίρι. Σε αυτή τη φάση της εργασίας, η ομάδα ερευνά διαδικασίες κατασκευής συστοιχιών που μοιάζουν με ιστό και χαμηλού κόστους. Επιπλέον, ο χρονικός συγχρονισμός είναι αρκετά δύσκολος, ειδικά με μια ευέλικτη, δισκέτα δομή που επιπλέει στο διάστημα.
«Έχουμε αναπτύξει νέους τρόπους για να αντιμετωπίσουμε αυτό το πρόβλημα», πρόσθεσε ο Χατζιμίρι, «τρόπους που επιτρέπουν σε μια συστοιχία να προσδιορίζει το δικό της σχήμα και να κάνει διορθώσεις χρησιμοποιώντας τα ηλεκτρονικά της».
Παρόλο που το SSPD-1 είναι τώρα «αντίο και αντίο», έχει επιτευχθεί ένας αριθμός ανεκτίμητων ορόσημων, είπε ο Hajimiri. «Η μεγαλύτερη πρόκληση είναι να ευαισθητοποιήσουμε και να καταστήσουμε σαφές ότι αυτό που κάναμε είναι πραγματικό».
Κλιμακόμενη λύση
Δεν υπάρχει καθαρή, αξιόπιστη και ελεγχόμενη ενεργειακή τεχνολογία εκτός από τη διαστημική ηλιακή ενέργεια (SBSP), λέει η Troy, η Virtus Solis Technologies Inc με έδρα το Μίσιγκαν.
Ο John Bucknell είναι ο διευθύνων σύμβουλος και ιδρυτής του ομίλου. «Όσοι από εμάς συγκρίναμε όλες τις τεχνολογίες βιώσιμης ενέργειας γνωρίζουμε ότι μια επεκτάσιμη λύση πρέπει να είναι χαμηλής πολυπλοκότητας, να απαιτεί λίγα ορυκτά, να μπορεί να παραχθεί σε μεγάλες ποσότητες και πρέπει να είναι σε θέση να παρέχει αξιόπιστη, ασφαλή και οικονομικά αποδοτική ηλεκτρική ενέργεια, όπως « Είναι αυτό που έχουν κάνει τα ορυκτά καύσιμα τα τελευταία 200 χρόνια», είπε.
Ο Bucknell και οι συνάδελφοί του σχεδιάζουν ένα σύστημα SBSP που πληροί όλα αυτά τα κριτήρια – έναν αστερισμό 16 συστοιχιών στο διάστημα, που η καθεμία παρέχει 20 γιγαβάτ ισχύος. Μαζί, 320 γιγαβάτ θα μπορούσαν να παραδοθούν σε οποιοδήποτε σημείο του πλανήτη, είπε, ένα σύστημα που μπορεί να γίνει πολύ μεγαλύτερο.
«Με αύξηση δυναμικότητας 50 τοις εκατό από έτος σε έτος, το SBSP θα μπορούσε να φτάσει τα 100 τεραβάτ δυναμικότητας παραγωγής ενέργειας σε 30 χρόνια, καλύπτοντας τις ανάγκες ενός πλανήτη 10 δισεκατομμυρίων ανθρώπων», είπε ο Μπάκνελ.
Ξεχωριστός
«Υπάρχει ακόμα μια αποσύνδεση μεταξύ των ακαδημαϊκών σπουδών και των μελετών για το κόστος κατασκευής στην αεροδιαστημική βιομηχανία και του τι μπορεί να προσφέρει ο ιδιωτικός τομέας», πιστεύει ο Bucknell. «Γι’ αυτό η πρόβλεψή μας για 200 εκατομμύρια δολάρια για την ολοκλήρωση της έρευνας και της ανάπτυξης και την εκτόξευση ενός λειτουργικού πιλοτικού εργοστασίου σε τροχιά φαίνεται απίστευτη».
Τα χρήματα του Bucknell και των επενδυτών είναι ότι η βιομηχανία ενέργειας είναι αυτή που πρέπει να μάθει και να κατανοήσει αυτές τις επιλογές, όχι η διαστημική βιομηχανία, είπε.
“Το SBSP εξακολουθεί να ακούγεται σαν επιστημονική φαντασία γιατί δεν συνειδητοποιούν ότι οι υποκείμενες τεχνολογίες είναι ήδη ώριμες και το μόνο που χρειαζόταν για να συμβεί ήταν μια εμπορική εκτόξευση στο διάστημα. Η Virtus Solis ήταν η πρώτη εταιρεία που χρησιμοποίησε αυτή την ευκαιρία”, δήλωσε Bucknell. «Σχεδιάστηκε από την αρχή με στόχο κόστους για την αντιμετώπιση της παγκόσμιας αγοράς ενέργειας».
Οι επενδυτές θέλουν να δουν ότι δεν υπάρχει κίνδυνος εσόδων, σημειώνει ο Bucknell. “Μια τροχιακή επίδειξη σημαίνει ότι έχετε ένα πραγματικό προϊόν, επομένως ο κίνδυνος που απομένει σχετικά με τη συναρμολόγηση σε τροχιά και τη μεταφορά ισχύος έχει αποδειχθεί και, στη συνέχεια, το προϊόν είναι επεκτάσιμο.”
Μόνο όρθιο δωμάτιο
Κορυφαίος υποστηρικτής για τη χρήση της ηλιακής ενέργειας από το διάστημα είναι ο John Mankins της Artemis Innovation Management Solutions στη Σάντα Μαρία της Καλιφόρνια.
Ο Mankins παρακολούθησε ένα διεθνές συνέδριο για την ηλιακή ενέργεια από το διάστημα τον Απρίλιο που διοργανώθηκε από την Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) και η Διαστημική Υπηρεσία του Ηνωμένου Βασιλείου στη Βασιλική Αεροναυτική Εταιρεία στο Λονδίνο.
«Ήταν μόνο όρθια αίθουσα», θυμάται ο Mankins. «Σχεδόν κανένας από τους 200 ανθρώπους δεν ήταν τακτικός και αυτό ήταν μια μεγάλη αλλαγή», είπε, είτε ήταν ερευνητές από την Κίνα που εργάζονταν στην τεχνολογία σταθμών ηλεκτροπαραγωγής με βάση το διάστημα είτε στην ευρωπαϊκή πρωτοβουλία SOLARIS. Υπάρχει συνεχής δουλειά στη Βρετανία και προηγμένη έρευνα για τη μεταφορά ενέργειας στην Ιαπωνία και σε άλλες χώρες, είπε.
Επαναχρησιμοποίηση
Ο Mankins είπε ότι τα θεμέλια για τη μεταφορά ενέργειας τέθηκαν μέσω επαναλαμβανόμενων πειραμάτων στο έδαφος. «Για μένα, η μεταφορά ενέργειας ως συνάρτηση αποδείχθηκε πριν από δεκαετίες», είπε, «και τώρα είναι πραγματικά το πώς να χτίσουμε πραγματικά μεγάλα συστήματα».
Για κάθε είδους διαστημικό έργο μεγάλης κλίμακας, «το πιο ορατό εμπόδιο στη χρήση της ηλιακής ενέργειας από το διάστημα φαίνεται να είναι στα πρόθυρα πτώσης», προειδοποιεί η Mankins, συγκεκριμένα τα χαμηλού κόστους, επαναχρησιμοποιήσιμα οχήματα εκτόξευσης.
Ήταν πρωτοπόροι στην ανάπτυξη επαναχρησιμοποιήσιμων πυραύλων SpaceX και τα ενισχυτικά κλάσης Falcon και τώρα τα τεράστια ΔΙΑΣΤΗΜΟΠΛΟΙΟ Πρόγραμμα πτήσης. Επισης Μπλε προέλευσηΤο όχημα εκτόξευσης New Glenn πρόκειται να πραγματοποιήσει την πρώτη του πτήση. Άλλες χώρες όπως η ESA και η Κίνα προσπαθούν επίσης να επαναχρησιμοποιηθούν στον τομέα των ενισχυτών.
Ανάβω
Παρόμοιες αναρτήσεις:
— Το Starship του SpaceX θα μπορούσε να βοηθήσει αυτήν την startup να εκπέμψει καθαρή ενέργεια από το διάστημα. Πώς λειτουργεί (βίντεο)
— Η ηλιακή ενέργεια που βασίζεται στο διάστημα θα μπορούσε να πλησιάσει ένα βήμα πιο κοντά στην πραγματικότητα χάρη σε αυτό το σημαντικό τεστ (Βίντεο)
— Ο ιαπωνικός δορυφόρος θα μεταφέρει ηλιακή ενέργεια στη Γη το 2025
Ωστόσο, υπάρχουν ακόμη πολλά που πρέπει να γίνουν τα επόμενα χρόνια.
Κοιτάζοντας το μέλλον, ο Mankins είπε ότι οι επιδείξεις σε επίπεδο συστήματος θα μπορούσαν να αντιμετωπίσουν προβλήματα όπως η εύρεση του σωστού σχεδιασμού ή ο καθορισμός του πόσο καλά θα κλιμακωθούν οι τεχνολογίες και σε ποια τιμή. Είναι επίσης σημαντικό για τους μηχανικούς διαστημικών σκαφών να ασχοληθούν με τις ραγδαίες εξελίξεις στη ρομποτική εδώ στη Γη και να εφαρμόσουν αυτές τις ιδέες στο σχεδιασμό στο διάστημα.
Επιπλέον, η ισχύς που μεταφέρεται από το διάστημα πρέπει να υπερβεί το πείραμα του Caltech των νανοβάτ ανά τετραγωνικό εκατοστό και να ανέλθει σε μικροβάτ ανά τετραγωνικό εκατοστό, συμβουλεύει ο Mankins.
“Αλλά σε δύο με τρία χρόνια θα υπάρχουν χίλιες φορές περισσότερες επιδόσεις. Θα υπάρξει απίστευτη πρόοδος”, προβλέπει ο Mankins, “και τότε θα είναι η κατάλληλη στιγμή.”