Châu Âu đang nghiêm túc về việc biến năng lượng mặt trời trên không gian thành hiện thực

Đề xuất phát tia năng lượng mặt trời xuống từ không gian đã xuất hiện từ những năm 1970, nhưng ý tưởng này từ lâu đã được coi là ít hơn so với khoa học viễn tưởng. Tuy nhiên, giờ đây, châu Âu dường như đang nghiêm túc trong việc biến nó thành hiện thực.

Năng lượng mặt trời dựa trên vũ trụ (SBSP) liên quan đến việc xây dựng các dãy tấm pin mặt trời khổng lồ trên quỹ đạo để thu thập ánh sáng mặt trời và sau đó truyền năng lượng thu thập được trở lại Trái đất thông qua vi sóng hoặc tia laser công suất cao. Phương pháp này có một số ưu điểm so với năng lượng mặt trời trên mặt đất, bao gồm việc không có ban đêm và thời tiết khắc nghiệt và thiếu bầu khí quyển để làm giảm ánh sáng từ sa.

Nhưng thách thức kỹ thuật liên quan đến việc xây dựng các cấu trúc lớn như vậy trong không gian, và sự phức tạp của các công nghệ liên quan, có nghĩa là ý tưởng vẫn còn trên bảng vẽ cho đến nay. Tổng giám đốc Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, Josef Aschbacher, muốn thay đổi điều đó.

Một người ủng hộ lâu năm của công nghệ này, Aschbacher gần đây đã công bố kế hoạch cho một nghiên cứu và phát triển chương trình cuộc gọied Solaris, sẽ đặt nền móng cho một rol toàn diệnlra khỏi công nghệ vào cuối thế kỷ này. Đề xuất sẽ được đưa lên Hội đồng ESA, nơi đưa ra quyết định tài trợ cho cơ quan, tại một cuộc họp vào tháng XNUMX.

"Dựa trên không gian sthì là ở power sẽ là một bước quan trọng hướng tới tính trung lập carbon và độc lập về năng lượng cho châu Âu, " anh ấy tweet. “Chúng tôi đã có những nền tảng chính, nhưng tôi xin nói rõ: để dự án thành công, vẫn cần nhiều kinh phí và phát triển công nghệ”.

Việc di chuyển theo sau phát hành hai báo cáo được ủy quyền bởi cơ quan đánh giá tính khả thi của SBSP bởi công ty tư vấn Frazer-Nash có trụ sở tại Vương quốc Anh và Roland Berger có trụ sở tại Đức. Cả hai đều kết luận rằng công nghệ này có thể cạnh tranh với các hình thức điện năng khác về giá vào giữa thế kỷ này, nhưng một số con số vẫn còn đang mở rộng.

Báo cáo Frazer-Nash ước tính rằng nghiên cứu và phát triển đầu tư cần thiết để có được một vệ tinh SBSP nguyên mẫu có thể lên tới 15.8 tỷ Euro (15.8 tỷ USD). Việc xây dựng vệ tinh hoạt động đầu tiên có thể tốn khoảng 9.8 tỷ Euro và sẽ tốn thêm 3.5 tỷ Euro nữa để hoạt động trong suốt thời gian hoạt động của nó. Các vệ tinh được xây dựng càng nhiều, chúng càng rẻ, vì vậy báo cáo dự đoán việc này đến ngày mười vệ tinh, chi phí vốn sẽ giảm xuống còn 7.6 tỷ euro và chi phí hoạt động xuống còn 1.3 tỷ euro.

Nhưng do có khả năng cần hàng chục vệ tinh này để cung cấp một lượng điện năng hợp lý, những chi phí đó sẽ nhanh chóng tăng lên. Theo báo cáo, một loạt 54 vệ tinh SBSP “lớp gigawatt” sẽ tiêu tốn 418 tỷ euro để phát triển và vận hành, theo báo cáo, con số này sẽ được bù đắp bằng 601 tỷ euro lợi nhuận từ việc tiết kiệm sản xuất năng lượng trên mặt đất và phát thải CO2s giảm thiểu.

Và có vẻ như những con số đó phải chịu một số cảnh báo khá nặng nề. Roland Berger báo cáo đã đạt được ước tính chi phí tương tự cho mỗi vệ tinh SBSP khi bao gồm “những tiến bộ đáng kể trong công nghệ chính và phương pháp sản xuất”. Nhưng khi họ tính toán chi phí dựa trên giả định rằng chúng ta thấy những khoản tiến bộ tối thiểu, thẻ giá 8.1 tỷ euro đã tăng lên 33.4 tỷ euro.

Có rất nhiều lĩnh vực cần tiến bộ. Đầu tiên, những vệ tinh này sẽ có kích thước lớn hơn bất cứ thứ gì chúng ta từng chế tạo trong không gian trước đây; báo cáo của Roland Berger ước tính họ sẽ có tổng diện tích khoảng 15 km vuông (5.8 dặm vuông) so với 8,000 mét vuông (86,000 feet) của Trạm Vũ trụ Quốc tế.

Mỗi vệ tinh có khả năng cân 10 gấp nhiều lần ISS 450 tấn, vì vậy chỉ cần đưa nguyên liệu thô lên quỹ đạo sẽ đòi hỏi công suất phóng hiện tại tăng gần 200 lần. Khi đó, các cấu trúc này sẽ cần được lắp ráp bởi các robot tự động (trái ngược với các robot được điều khiển từ xa), điều này sẽ đòi hỏi sự cải tiến lớn về cả thao tác robot và AI.

Kết nối vật lý các hệ thống này với nhau would thêm quá nhiều trọng lượng khởi động, theo báo cáo của Roland Berger, vì vậy khoảng hai triệu thành phần tạo nên cấu trúc would cần được điều khiển và giám sát không dây. Điều đó sẽ đại diện cho một mạng lưới cơ cấu chấp hành cảm biến phức tạp hơn nhiều so với bất kỳ thứ gì chúng tôi đã xây dựng cho đến nay.

Tuy nhiên, có lẽ thách thức lớn nhất sẽ là tăng hiệu quả của truyền điện không dây hệ thống. Báo cáo của Roland Berger lưu ý rằng Nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ Phòng thí nghiệm đã quản lý để truyền tải kilowatt điện qua khoảng cách khoảng một dặm, nhưng việc truyền tải kilowatt điện qua hàng nghìn km trong không gian với hiệu suất cao sẽ đòi hỏi những bước đột phá cơ bản.

Nếu Dự án Solaris đi trước đón đầu, nó sẽ tập trung vào việc cải tiến công nghệ tiên tiến trong pin mặt trời hiệu suất cao, truyền tải điện không dây và lắp ráp rô bốt trên quỹ đạo. Chương trình được thiết kế để chạy đến năm 2025, tại thời điểm đó, người ta hy vọng nó sẽ cung cấp đủ thông tin để ESA quyết định xem nó có muốn theo đuổi sự phát triển đầy đủ hay không.

Nhưng với quy mô của thử thách, một số người tin rằng SBSP là một kế hoạch trên trời với rất ít cơ hội trở thành hiện thực. Như Ars Technica lưu ý, Elon Musk đã nổi tiếng chế nhạo ý tưởng và một phân tích của nhà vật lý Casey Handmer đã chỉ ra rằng tổn thất truyền tải, tổn thất nhiệt, hậu cầnal chi phí và hình phạt đến từ việc phải xây dựng công nghệ của bạn để tồn tại trong điều kiện khắc nghiệt của không gian có nghĩa là SBSP sẽ mất hàng nghìn lầns đắt hơn điện mặt trời trên cạn.

Nhưng ESA không phải là duy nhất một theo đuổi ý tưởng này. Nhật Bản đã nghiêm túc điều tra SBSP ít nhất từ ​​năm 2014 và gần đây vương quốc Anh và Trung Quốc đã nhảy vào bandwagon.

Cho dù bất kỳ chính phủ nào trong số này have dạ dày cam kết các loại nguồn lực cần thiết để biến SBSP thành hiện thực vẫn còn được nhìn thấy, nhưng có vẻ như động lực đang được xây dựng.

Tín dụng hình ảnh: ESA / Andreas Treuer