Η ηλιακή ενέργεια έχει γίνει το επίκεντρο της μάχης για τον μετριασμό της κλιματικής αλλαγής. Οι δυνατότητες της ηλιακής ενέργειας είναι τεράστιες – η Γη λαμβάνει τόση ηλιακή ενέργεια σε μια ώρα όση χρησιμοποιεί όλη η ανθρωπότητα σε ένα χρόνο. Ακόμη και με τόση ενέργεια που χτυπά τη Γη, είναι μόνο ένα μικρό κλάσμα της συνολικής παραγωγής του ήλιου. Μέρος αυτής της άλλης ηλιακής ενέργειας χτυπά άλλους πλανήτες, αλλά οι περισσότεροι χάνονται στο κενό του βαθέως διαστήματος.
Υπάρχουν πολλές ομάδες που αξιοποιούν διάφορες τεχνολογίες για να συλλάβουν μέρος αυτής της χαμένης ενέργειας. Μία από τις πιο κοινές τεχνολογίες που επιδιώκονται είναι η ιδέα του δορυφόρος ισχύος . Πρόσφατα, μία από αυτές τις ομάδες στο Ναυτικό Ερευνητικό Εργαστήριο της Αμερικής (NRL) σημείωσε ορόσημο στην ανάπτυξη της τεχνολογίας δορυφόρων ισχύος εκτοξεύοντας τον δορυφόρο δοκιμής φωτοβολταϊκής μονάδας κεραίας RF (PRAM).
Η ιδέα που βασίζεται στους δορυφόρους ισχύος ονομάζεται ' ακτινοβολία ισχύος '. Τα συστήματα δέσμης ισχύος χρησιμοποιούν μία από τις τρεις διαφορετικές συχνότητες φωτός για να μεταδώσουν σημαντικά ποσά ισχύος σε απόσταση ασύρματα. Πέρυσι, η NRL είχε μια επιτυχημένη επίδειξη ενός συστήματος δέσμης ισχύος που βασίζεται στην ξηρά χρησιμοποιώντας ένα υπέρυθρο λέιζερ.
Η επιτυχής δοκιμή της τεχνολογίας δέσμης ισχύος του NRL – Πιστωτικό: Εργαστήριο Ναυτικής Έρευνας των ΗΠΑ
Ωστόσο, το να το κάνεις από το διάστημα παρουσιάζει μια εντελώς νέα σειρά προκλήσεων, και όχι απαραίτητα μόνο τεχνικές. Ο Δρ Paul Jaffe, ο τεχνικός επικεφαλής του έργου PRAM, περιέγραψε τη διαδικασία επιλογής για τροχιακή εκτόξευση ως ισοδύναμη με Δεξαμενή καρχαρία – πολυάριθμα PI που παρουσιάζουν τις ιδέες τους για ένα ταξίδι σε τροχιά. Μετά από πολλά χρόνια προσπάθειας, το PRAM έφτασε επιτέλους η ώρα να λάμψει X-37B εκκίνηση στις 17 Μαΐου.
Το PRAM δεν θα λάμπει στην πραγματικότητα – η επιφάνειά του καλύπτεται από μαύρα ηλιακά πάνελ και το εσωτερικό του αποτελείται από το πρώτο υλικό που εκτοξεύτηκε ποτέ σε τροχιά που μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια σε φούρνους μικροκυμάτων . Ο ίδιος ο δορυφόρος είναι σχετικά μικρός (30 εκατοστά στο πλάι) και στην πραγματικότητα δεν θα μεταδίδει καμία ενέργεια πίσω στη Γη. Αντίθετα, θα συλλέξει δεδομένα που θα χρησιμεύσουν ως χρήσιμα σημεία σύγκρισης σε ένα πείραμα που χρησιμοποιεί ένα παρόμοιο σύστημα που είχε πραγματοποιηθεί προηγουμένως στη Γη.
Υπήρχαν αρκετές μετρήσεις από τη γήινη δοκιμή που η ομάδα PRAM ήλπιζε να αναπαράγει στο διάστημα. Η αποτελεσματικότητα της μετατροπής από ηλιακή σε μικροκυματική ήταν ένας από τους πιο σημαντικούς παράγοντες. Χωρίς αρκετά υψηλή απόδοση, οι μελλοντικές εκτοξεύσεις μπορεί να είναι απαγορευτικά ακριβές για την ποσότητα ισχύος που παράγει το σύστημα.
Βίντεο που περιγράφει πιθανές χρήσεις και μειονεκτήματα των δορυφόρων ισχύος – Πιστοποίηση: Isaac Arthur
Θερμική διαχείριση είναι μια άλλη εξαιρετικά σημαντική μέτρηση που περιμένει η ομάδα. Στη γη, τα περίτεχνα συστήματα ψύξης είναι σχετικά απλά να συνδεθούν σε μια πηγή θερμότητας. Ωστόσο, αυτές οι μεθοδολογίες δεν λειτουργούν σχεδόν τόσο καλά στο διάστημα, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε ζητήματα θερμικής διαχείρισης για οποιαδήποτε ηλεκτρονικά ισχύος σε τροχιά. Η ομάδα ελπίζει να επιτύχει παρόμοιους αριθμούς θερμικής διαχείρισης με αυτούς που φαίνονται στη Γη από το σύστημα ψύξης με ακτινοβολία.
Τόσο η απόδοση όσο και η θερμική διαχείριση μπαίνουν στον υπολογισμό της πιο σημαντικής παραμέτρου των δορυφορικών συστημάτων ισχύος – πυκνότητα ισχύος . Εάν η ισχύς είναι πολύ συγκεντρωμένη, το σύστημα θα μπορούσε ενδεχομένως να κάψει ό,τι είναι στραμμένο. Εάν είναι πολύ χαμηλή, τότε δεν λαμβάνεται αρκετή ισχύς στον σταθμό βάσης για να είναι χρήσιμη για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Ο σχεδιασμός του σταθμού βάσης είναι επίσης βασικός παράγοντας για τη μακροπρόθεσμη επιτυχία των τεχνολογιών δορυφόρων ισχύος. Κάθε εύρος συχνοτήτων θα απαιτούσε διαφορετικό στυλ σταθμού βάσης. Το PRAM χρησιμοποιεί μικροκύματα ως μέσο μετάδοσης ισχύος. Αν και οι περισσότεροι άνθρωποι συνήθως σκέφτονται τα μικροκύματα ως μια μέθοδο για να ζεστάνετε ξανά την πίτσα που σας έχει απομείνει, οι συχνότητες σήματος για Bluetooth χαμηλής ενέργειας και Wifi μπορεί επίσης να θεωρηθεί στο φάσμα των μικροκυμάτων.
Η σύλληψη του καλλιτέχνη για έναν δορυφόρο ηλιακής ενέργειας από το 1976 – Πιστώσεις: NASA
Το επίπεδο φωτισμού που λαμβάνει το σύστημα έχει επίσης σημαντικό αντίκτυπο στην ισχύ εξόδου και τη θερμική διαχείριση. Αυτό είναι ένα σημείο δεδομένων που η ομάδα δεν μπόρεσε να συλλέξει στη Γη και ανυπομονεί να λάβει δεδομένα που δείχνουν τον καλύτερο χρόνο φωτισμού για μελλοντικές αποστολές. Σε γεωσύγχρονη τροχιά ένας δορυφόρος μπορεί να βρίσκεται στο φως του ήλιου το 99% του χρόνου. Ωστόσο, υπάρχει μια αντιστάθμιση μεταξύ του χρόνου στον ήλιο και της θερμικής διαχείρισης. Το πρωτότυπο PRAM κυκλοφόρησε σε μια τροχιακή διαμόρφωση που θα επιτρέψει στην ομάδα να υπολογίσει τις αποδόσεις, τις πυκνότητες ισχύος και τα θερμικά φορτία διαφορετικών περιόδων φωτισμού. Στη συνέχεια, η ομάδα θα χρησιμοποιήσει αυτά τα σημεία δεδομένων για να σχεδιάσει τη βέλτιστη τροχιακή διαδρομή για περαιτέρω δοκιμαστικές εκτοξεύσεις.
Το τελικό αποτέλεσμα αυτών των περαιτέρω δοκιμαστικών εκτοξεύσεων θα ήταν ένα εμπορικά βιώσιμο ηλιακό δορυφορικό σύστημα που παρέχει πρόσθετη ενέργεια σε συγκεκριμένα μέρη στη Γη με ελάχιστο έως καθόλου πρόσθετο κόστος όταν ο δορυφόρος βρίσκεται σε τροχιά. Υπάρχουν ήδη πολυάριθμες εταιρείες και ερευνητικές οντότητες που αναπτύσσουν εκδόσεις συστημάτων δέσμης ισχύος που περιμένουν με αγωνία το αποτέλεσμα της δοκιμής PRAM.
Ο Δρ Jaffe σημειώνει ότι η πορεία προς την εμπορευματοποίηση βασίζεται εξ ολοκλήρου στους πόρους που διατίθενται για την ανάπτυξη ενός εμπορικά βιώσιμου δορυφόρου. Ο χρόνος για έναν εμπορικά βιώσιμο δορυφόρο ηλεκτρικής ενέργειας θα μπορούσε να είναι σχετικά γρήγορος, εάν παρέχεται με σημαντικά ποσά χρηματοδότησης. Από την άλλη πλευρά, η τεχνολογία θα μπορούσε να πεθάνει στα σπάργανά της εάν αντληθούν τα χρήματα. Είναι ακόμη νωρίς για την ανάπτυξη της τεχνολογίας και τα δεδομένα που συλλέγει το PRAM είναι ένα απαραίτητο βήμα στη διαδικασία χλευασμού που απαιτείται για να καταστούν εμπορικά βιώσιμοι οι δορυφόροι ισχύος.
Τεχνικός επικεφαλής της PRAM Dr. Paul Jaffe με σύστημα δέσμης ισχύος – Πιστωτικό: Εργαστήριο Ναυτικής Έρευνας των ΗΠΑ
Ένα άλλο βήμα που πρέπει να συμβεί για να είναι εμπορικά βιώσιμο είναι η δημόσια αποδοχή. Όταν αναφέρουμε τις ιδέες των δορυφόρων ισχύος στους περισσότερους ανθρώπους, οι άμεσες σκέψεις τους στρέφονται σε Ικάρος , το φανταστικό ηλιακό όπλο στην ταινία Τζέιμς Μποντ Πέθανε άλλη μέρα . Σε εκείνη την ταινία, ο δορυφόρος λιώνει ένα ξενοδοχείο πάγου και δείχνει τις δυνατότητές του να καταστρέψει πολύ μεγαλύτερα μέρη του κόσμου.
Ο Δρ Jaffe σπεύδει να επισημάνει τις διαφορές μεταξύ PRAM και Icarus. Ο Ίκαρος είναι αυτό που είναι γνωστό ως ' κατευθυνόμενη ενεργειακή πλατφόρμα », πάνω στο οποίο εργάζεται επίσης το Πολεμικό Ναυτικό, αλλά χρησιμοποιεί διαφορετική φυσική από το σύστημα δέσμης ισχύος που αποτελεί το PRAM. Αναφέρει επίσης ότι θα ήταν εξαιρετικά δύσκολο να μετατρέψετε ένα σύστημα δέσμης ισχύος σε όπλο: «Αν βάλετε έναν μεγεθυντικό φακό μπροστά από το δρομολογητή Wi-Fi σας, δεν θα αρχίσει να λιώνει τίποτα».
Αν και ό,τι λένε οι επιστήμονες μπορεί να μην κατευνάσει όλους τους φόβους του κοινού σχετικά με ένα τέτοιο σύστημα, τα οφέλη της ικανότητας να μεταδίδεται ενέργεια οπουδήποτε χρειάζεται έχει τόσο τεράστιες ευεργετικές δυνατότητες που αυτοί οι φόβοι μπορεί να αντισταθμιστούν. Πρέπει να γίνει πολύ περισσότερη δουλειά προτού αρχίσουν οι εταιρείες να επενδύουν σε κολοσσούς rectenna εκμεταλλεύσεις για να συλλέξουν αυτή την κατά τα άλλα χαμένη ενέργεια. Ωστόσο, τους επόμενους μήνες η NRL ελπίζει να συλλέξει ορισμένα δεδομένα με το PRAM που θα καταστήσει τα εμπορικά συστήματα δέσμης ενέργειας μερικά βήματα πιο κοντά στην πραγματικότητα.
Μάθε περισσότερα: