Kosmiczny transfer energii. Wielki wyczyn naukowców

Naukowcy z Caltech dokonali czegoś, co dotąd nikomu się nie udało. Przeprowadzili udany test bezprzewodowego transferu energii z kosmosu na Ziemię. Eksperyment przybliża koncepcję kosmicznej fotowoltaiki, która może zdemokratyzować dostęp do energii.

Energia słoneczna jest obecnie najszybciej rozwijającą się formą energii odnawialnej. Dynamicznie zwiększa się też jej wykorzystanie. Przez lata udało się przezwyciężyć problemy z żywotnością paneli oraz efektywnością konwersji, ale głównym problemem pozostaje nieciągłość. Rzecz w tym, że fotowoltaika potrzebuje światła słonecznego, a dostęp do niego z naturalnych powodów jest ograniczony. Przynajmniej na powierzchni Ziemi, bo w kosmosie to co innego.

Panele fotowoltaiczne w kosmosie mają tę przewagę, że mogą mieć dostęp do światła słonecznego przez 24 godziny na dobę, 365 dni w roku. Oznacza to, że zbierać energię słoneczną mogą właściwie bez przerwy (a w dodatku generować osiem razy więcej energii niż naziemne panele). Właśnie ten fakt od dekad starają się wykorzystać amerykańscy, chińscy czy też japońscy naukowcy – pierwsze propozycje pojawiły się już w latach 60. ubiegłego wieku. Przesłanie tak zgromadzonej energii na Ziemię to jednak nie lada wyzwanie.

Niedawno informowaliśmy, że japońska agencja JAXA chce rozpocząć przesyłanie energii słonecznej z kosmosu już w 2025 roku. W wyścigu pojawił się jednak poważny rywal. Jest nim zespół naukowy SSPP (Space Solar Power Project) z Caltech. Jego przedstawiciele ogłosili, że z powodzeniem zakończyli pierwszy test bezprzewodowego transferu energii w kosmosie za pomocą MAPLE.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

MAPLE – czyli Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment – to platforma złożona z elastycznych, lekkich nadajników mikrofalowych kontrolowanych przez czipy elektroniczne. Zbudowany w oparciu o technologie krzemowe demonstrator do zbierania i przesyłania energii słonecznej został wyniesiony na orbitę w styczniu, rakietą Falcon 9 firmy SpaceX.

– Demonstracja bezprzewodowego transferu energii w kosmosie przy użyciu lekkich konstrukcji jest ważnym krokiem w kierunku kosmicznej fotowoltaiki o szerokiej dostępności na całym świecie – skomentował prof. Harry Atwater, jeden z głównych badaczy działających przy tym projekcie. Zwrócił przy okazji uwagę, że same panele słoneczne w kosmosie nie są niczym nowym, wszak od dawna zasilają instrumenty badawcze czy nawet całą Międzynarodową Stację Kosmiczną.

– Musimy zaprojektować i stworzyć ultralekkie, tanie i elastyczne systemy przesyłu energii słonecznej [jeśli chcemy zrealizować tego typu projekty] – dodał Atwater. Zespół SSPP idzie właśnie w tym kierunku. Opracowane przez jego inżynierów jednostki ważą 50 kg i są "skrzynkami" o objętości 1 m sześciennego, by na orbicie rozwinąć się w płaski panel o średnicy około 50 m. Z jednej strony mają ogniwa fotowoltaiczne, z drugiej zaś bezprzewodowe nadajniki.

Precyzyjne skierowanie wiązki energii za pomocą mikrofal do odbiornika oddanego o tysiące kilometrów to duże wyzwanie. W ramach tego projektu postawiono na anteny (zgrupowane po 16 sztuk, a każda z nich jest kontrolowana przez specjalnie zaprojektowany układ scalony).

Naukowcom udało się z powodzeniem przeprowadzić bezprzewodowy transfer energii pomiędzy nadajnikiem w kosmosie i odbiornikiem na Ziemi. Dotychczas zebrane dane pozwalają zespołowi SSPP patrzeć w przyszłość z entuzjazmem.

– Z tego, co nam wiadomo, nikt nigdy nie zademonstrował bezprzewodowego transferu energii w kosmosie, nawet przy użyciu drogich i sztywnych konstrukcji. My tymczasem zrobiliśmy to za pomocą elastycznych, lekkich konstrukcji i własnych układów scalonych. Po raz pierwszy w historii – skomentował Ali Hajimiri, stojący na czele zespołu, który opracował MAPLE.

– Tak jak internet zdemokratyzował dostęp do informacji, wierzymy, że bezprzewodowy transfer energetyczny zdemokratyzuje dostęp do energii – dodał Hajimiri. Brak konieczności stosowania rozbudowanej, naziemnej infrastruktury przesyłowej oznacza, że teoretycznie w prosty sposób można by dostarczyć energię do odległych regionów i obszarów zniszczonych przez konflikty zbrojne lub klęski żywiołowe.