Lần đầu tiên truyền năng lượng mặt trời từ không gian về Trái đất

Khác với các tấm pin mặt trời lắp đặt trên mặt đất, luôn chịu ảnh hưởng bởi thời tiết như mây che khuất, trời mưa, thay đổi ngày và đêm. Trong khi đó, năng lượng mặt trời trong không gian luôn có sẵn, không phụ thuộc vào các yếu tố thời tiết trên Trái đất. Các nhà khoa học ước tính các máy thu năng lượng trong không gian có khả năng mang lại năng lượng gấp tám lần so với các tấm pin mặt trời tại bất kỳ vị trí nào trên bề mặt Trái đất. Cơ quan vũ trụ châu Âu cho biết, ánh sáng mặt trời ở phía đỉnh bầu khí quyển của Trái đất mạnh hơn khoảng 10 lần so với ở bề mặt Trái đất.

Các nhà khoa học ở Viện Công nghệ California (Caltech, Mỹ) đã tiến hành các thí nghiệm thuộc dự án năng lượng mặt trời không gian (Space Solar Power Project - SSPP) của Caltech. Mục tiêu chính là thu năng lượng mặt trời trong không gian, rồi truyền không dây năng lượng thu được tới các máy thu trong không gian, sau đó truyền năng lượng tới Trái đất.

Theo đó, việc truyền không dây năng lượng đã đạt được nhờ Thí nghiệm truyền năng lượng qua dãy vi sóng ở quỹ đạo thấp (MAPLE) - dãy các máy phát năng lượng vi sóng nhẹ và linh hoạt - là một trong ba thiết bị được mang theo bởi Hệ thống thử nghiệm điện mặt trời không gian (SSPD-1).

SSPD-1 nặng 50 kg được đặt trên tàu vũ trụ Momentus Vigoride và phóng lên quỹ đạo thấp vào tháng 1/2023.

MAPLE đã chứng minh việc truyền không dây năng lượng trong không gian bằng cách gửi năng lượng từ một máy phát đến hai dãy máy thu riêng biệt cách đó khoảng 30cm, nơi nó được chuyển thành điện năng. Kết quả là họ có thể thắp sáng một đèn LED nhỏ ở mỗi máy thu.

MAPLE cũng trải qua thời gian ngắn dùng máy phát để truyền chùm năng lượng dưới dạng vi sóng về Trái đất, hướng tới một máy thu đặt trên mái nhà của Phòng thí nghiệm kỹ thuật Gordon và Betty Moore trong khuôn viên của Caltech ở Pasadena, Mỹ. Thí nghiệm này đã thành công khi chùm năng lượng được phát hiện ở máy thu với thời gian và tần số như dự kiến.

Thí nghiệm chứng minh khả năng tồn tại của việc khai thác nguồn năng lượng mặt trời gần như vô hạn từ không gian. Nếu các máy phát được đặt ở quỹ đạo đủ cao, chúng có thể hấp thụ ánh sáng mặt trời liên tục. Các máy phát sau đó có thể truyền năng lượng đến các trạm trên khắp hành tinh bất cứ khi nào cần thiết.

Thí nghiệm cũng chứng minh khả năng hoạt động của MAPLE trong môi trường khắc nghiệt của không gian khi chịu sự dao động lớn về nhiệt độ và tiếp xúc với bức xạ mặt trời.

Theo kế hoạch, SSPP quy mô lớn sẽ bao gồm một tàu vũ trụ mô-đun thu thập ánh sáng mặt trời, biến thành điện năng, chuyển thành dạng vi sóng, sau đó được truyền về Trái đất. Kế hoạch này sẽ không cần cơ sở hạ tầng truyền tải điện trên mặt đất để nhận được nguồn điện này. Điều đó có nghĩa là năng lượng có thể được truyền đến những vùng xa xôi và những vùng bị tàn phá bởi chiến tranh hoặc thiên tai.

Nhưng để kế hoạch có thể tạo ra mức năng lượng khả thi về mặt kinh tế, các máy phát sẽ cần phải nhẹ hơn hiện tại để giảm lượng nhiên liệu cần thiết để phóng chúng lên vũ trụ và nhỏ gọn để có thể xếp gọn bên trong tên lửa. Thách thức lớn nhất là các cấu trúc cần thiết phải rất lớn. Một vệ tinh năng lượng mặt trời trên quỹ đạo địa tĩnh có thể trải rộng hơn một km2, trạm thu trên mặt đất cần một diện tích lớn hơn gấp 10 lần.