Kosmiczny transfer energii. Wielki wyczyn naukowców

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.

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.