Τον Ιούνιο του 2023, ένας μικρός δορυφόρος 50 κιλών στην τροχιά της Γης έκανε κάτι που δεν είχε γίνει ποτέ: έστειλε ηλιακή ενέργεια ασύρματα από το διάστημα στη Γη. Το SSPD-1 του Caltech άνοιξε τον δρόμο για μια τεχνολογία που υπόσχεται αδιάκοπη ηλιακή ενέργεια, 24 ώρες το 24ωρο, χωρίς σύννεφα και χωρίς νύχτα.
Γιατί Ηλιακή Ενέργεια από το Διάστημα;
Στη Γη, τα ηλιακά πανέλ αντιμετωπίζουν τρεις εχθρούς: τη νύχτα, τα σύννεφα και την ατμόσφαιρα. Περίπου το 30% της ηλιακής ακτινοβολίας δεν φτάνει ποτέ στο έδαφος. Στο διάστημα; Κανένα από αυτά τα προβλήματα δεν υπάρχει. Ο ήλιος λάμπει αδιάκοπα, και σύμφωνα με το Caltech, ένας ηλιακός δορυφόρος μπορεί να παράγει έως και 8 φορές περισσότερη ενέργεια από τον ίδιο πίνακα στη Γη.
Η ιδέα δεν είναι καινούργια — υπάρχει από την αρχή της διαστημικής εποχής. Αλλά μέχρι πρόσφατα ήταν απλώς θεωρητική. Τώρα; Άλλαξε.
📖 Διαβάστε ακόμα: Ηλιακοί Δρόμοι: Δρόμοι που Παράγουν Ρεύμα
Caltech SSPD-1 — Η Πρώτη Απόδειξη
Τον Ιανουάριο του 2023, το Caltech εκτόξευσε το SSPD-1 (Space Solar Power Demonstrator) σε χαμηλή τροχιά με πύραυλο SpaceX. Δεν ήταν ένας τεράστιος δορυφόρος — ζύγιζε μόλις 50 kg. Αλλά απέδειξε τρία κρίσιμα πράγματα.
Το πείραμα MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment) έδειξε ότι η ασύρματη μεταφορά ενέργειας στο διάστημα δουλεύει. Στις 3 Μαρτίου 2023, μια συστοιχία εύκαμπτων πομπών μικροκυμάτων μετέδωσε ενέργεια σε δύο δέκτες στο εσωτερικό του δορυφόρου, ανάβοντας LEDs για να επιβεβαιώσει τη λειτουργία. Στις 22 Μαΐου, το σήμα ανιχνεύτηκε στην οροφή του Gordon and Betty Moore Laboratory στο Caltech της Pasadena.
«Με τον ίδιο τρόπο που το διαδίκτυο εκδημοκράτισε την πρόσβαση στην πληροφορία, ελπίζουμε ότι η ασύρματη μεταφορά ενέργειας θα εκδημοκρατίσει την πρόσβαση στην ενέργεια.»
— Ali Hajimiri, Caltech, συν-διευθυντής SSPPΠώς Λειτουργεί
Η βασική αρχή: αυτοσυναρμολογούμενοι δορυφόροι εκτοξεύονται στο διάστημα μαζί με ανακλαστήρες και πομπούς ενέργειας. Οι ανακλαστήρες κατευθύνουν την ηλιακή ακτινοβολία στα φωτοβολταϊκά πανέλ. Αυτά μετατρέπουν το φως σε ηλεκτρισμό, και στη συνέχεια σε μικροκύματα ή laser, που εκπέμπονται προς τη Γη.
Στη Γη, σταθμοί λήψης (rectennas — rectifying antennas) συλλέγουν τη δέσμη και την τροφοδοτούν στο δίκτυο. Δύο σχέδια κυριαρχούν:
- Μικροκυματικοί δορυφόροι (GEO): Μεγάλοι δορυφόροι σε γεωστατική τροχιά (35.000 km), με ανακλαστήρες πλάτους έως 3 km και δυνατότητα παραγωγής πολλών gigawatt. Κόστος: δεκάδες δισεκατομμύρια.
- Λέιζερ δορυφόροι (LEO): Μικρότεροι (κάτω από 10 τόνους) σε χαμηλή τροχιά (400 km), με δέσμη laser διαμέτρου μόλις 2 μέτρων. Κόστος περίπου $500 εκατ., με εκτόξευση με έναν πύραυλο (σύμφωνα με LLNL).
Είναι Ασφαλές; Η δέσμη μικροκυμάτων έχει ένταση ελάχιστα μεγαλύτερη από τον μεσημεριανό ήλιο, σύμφωνα με το DOE. Πουλιά και αεροπλάνα δεν θα παρατηρούσαν σχεδόν τίποτα περνώντας μέσα από τη δέσμη. Τα μικροκύματα περνούν μέσα από σύννεφα και βροχή χωρίς πρόβλημα.
Η Προσέγγιση του Caltech
Το όραμα του Space Solar Power Project (SSPP) είναι διαφορετικό από τα παραδοσιακά σχέδια. Αντί για έναν τεράστιο δορυφόρο, το Caltech προτείνει αρθρωτούς δορυφόρους — κάθε μονάδα διπλώνεται σε πακέτο 1 κυβικού μέτρου, εκτοξεύεται, και ξεδιπλώνεται σε επίπεδο τετράγωνο 50 μέτρων. Ηλιακά κελιά από τη μία πλευρά, πομποί από την άλλη.
Το πρόγραμμα χρηματοδοτείται από τον Donald Bren με δωρεά που θα ξεπεράσει τα $100 εκατομμύρια, ενώ η Northrop Grumman συνεισέφερε $12,5 εκατ. για έρευνα 2014-2017. Μια ομάδα 35 ατόμων — καθηγητές, μεταδιδακτορικοί, φοιτητές — σχεδίασε, έχτισε και δοκίμασε το SSPD-1.
ESA SOLARIS και Ευρώπη
Η ESA δεν μένει πίσω. Το πρόγραμμα SOLARIS εγκρίθηκε στο Ministerial Council το 2022 ως προκαταρκτική μελέτη σκοπιμότητας για διαστημικούς ηλιακούς σταθμούς ενέργειας. Στόχος: να αποφασίσει η Ευρώπη μέχρι το 2025 αν θα προχωρήσει σε πλήρες πρόγραμμα ανάπτυξης.
Η Κίνα και η Ιαπωνία έχουν επίσης δικά τους προγράμματα SBSP. Η JAXA της Ιαπωνίας έχει πραγματοποιήσει επιτυχημένες δοκιμές ασύρματης μεταφοράς ενέργειας στη Γη, ενώ η Κίνα σχεδιάζει σταθμό μεγαωατικής κλίμακας μέχρι το 2035.
Τα Εμπόδια
Το κόστος εκτόξευσης παραμένει το μεγαλύτερο εμπόδιο. Ένας δορυφόρος GEO χρειάζεται έως 40 εκτοξεύσεις για να συναρμολογηθεί. Το rectenna στη Γη θα κάλυπτε 3-10 km διάμετρο. Και υπάρχουν ανησυχίες για στρατιωτικοποίηση — λέιζερ στο διάστημα ανησυχεί αρκετούς.
Ωστόσο, το SpaceX ρίχνει δραματικά το κόστος εκτόξευσης με το Starship, και η προσέγγιση του Caltech με υπερελαφρές, εύκαμπτες κατασκευές μειώνει σημαντικά το βάρος που πρέπει να μπει σε τροχιά. Το ερώτημα δεν είναι πλέον «αν» αλλά «πότε».
