Οι πρώτες δοκιμές ηλιακής ενέργειας στο διάστημα ολοκληρώθηκαν μετά από ένα χρόνο σε τροχιά

Ένας τροχιακός δορυφόρος που δοκιμάζει την τεχνολογική σκοπιμότητα της ημερήσιας συλλογής και μετάδοσης ηλιακής ενέργειας στη Γη ολοκλήρωσε την ετήσια αποστολή του και οι ερευνητές είναι πρόθυμοι να βουτήξουν στα αποτελέσματα. Σύμφωνα με

Ανακεφαλαίωση της αποστολής του Caltech

που κυκλοφόρησε

σήμερα

, οι μηχανικοί πίσω από το Solar Space Power Demonstrator (SSPD-1) θεωρούν και τα τρία ενσωματωμένα εργαλεία του πρωτοτύπου 110 λιβρών επιτυχημένα και πιστεύουν ότι το έργο «θα βοηθήσει στη χάραξη του μέλλοντος της διαστημικής ηλιακής ενέργειας». Αυτό το μέλλον, ωστόσο, είναι δυνητικά ακόμη δεκαετίες μακριά, εάν χρηματοδοτηθούν τέτοια έργα.

Εκτοξεύτηκε με έναν πύραυλο SpaceX Falcon 9 στις αρχές Ιανουαρίου 2023, ο SSPD-1 περιείχε μια τριάδα πειραμάτων: Πρώτον, το Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment (DOLCE) διερεύνησε την ανθεκτικότητα και την αποτελεσματικότητα, ελαφριές, εμπνευσμένες από origami δομές ηλιακών πάνελ, ενώ Η ALBA (στα ιταλικά για την «αυγή») δοκίμασε 32 διαφορετικά σχέδια φωτοβολταϊκών κυψελών για να καθορίσει ποια μπορεί να είναι η καταλληλότερη για χώρο. Ταυτόχρονα, το Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment (MAPLE) εξέτασε πομπούς μικροκυμάτων που προορίζονται να μεταφέρουν την ηλιακή ενέργεια που συλλέγεται σε τροχιά πίσω στη Γη.

[Related:


A potentially revolutionary solar harvester just left the planet


.]

Ίσως το πιο σημαντικό,

Το MAPLE επιδείχθηκε με επιτυχία

για πρώτη φορά που η ηλιακή ενέργεια μπορεί να συλλεχθεί από φωτοβολταϊκά στοιχεία και να μεταδοθεί στη Γη μέσω δέσμης μικροκυμάτων. Κατά τη διάρκεια οκτώ ακόμη μηνών, τα μέλη της ομάδας SSPD-1 ενίσχυσαν σκόπιμα τα stress tests της MAPLE, οδηγώντας τελικά σε πτώση των δυνατοτήτων μετάδοσης. Στη συνέχεια, οι ερευνητές αναπαρήγαγαν το ζήτημα σε εργαστηριακό περιβάλλον, προσδιορίζοντας τελικά ότι οι σύνθετες ηλεκτρικές-θερμικές αλληλεπιδράσεις και η φθορά μεμονωμένων συστατικών της συστοιχίας ευθύνονταν.

Ο Ali Hajimiri, συνδιευθυντής του Caltech’s Space Solar Power Project (SSPP) και ο καθηγητής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Ιατρικής Μηχανικής Bren,

ανακοινώθηκε σήμερα

ότι τα αποτελέσματα «έχουν ήδη οδηγήσει σε αναθεωρήσεις στο σχεδιασμό διαφόρων στοιχείων του MAPLE για να μεγιστοποιήσουν την απόδοσή του για εκτεταμένες χρονικές περιόδους».

«Οι δοκιμές στο διάστημα με το SSPD-1 μας έδωσε μεγαλύτερη ορατότητα στα τυφλά μας σημεία και περισσότερη εμπιστοσύνη στις ικανότητές μας», πρόσθεσε ο Hajimiri.

Οι σημερινές ηλιακές κυψέλες που χρησιμοποιούνται σε δορυφόρους και άλλες διαστημικές τεχνολογίες είναι έως και 100 φορές πιο ακριβές στην κατασκευή τους από τα επίγεια αντίστοιχά τους. Η Caltech εξηγεί ότι αυτό οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στο κόστος της προσθήκης προστατευτικών κρυσταλλικών μεμβρανών γνωστών ως επιταξιακή ανάπτυξη. Η ALMA προσδιόρισε ότι οι ηλιακές κυψέλες περοβσκίτη, αν και ένα πολλά υποσχόμενο σχέδιο εδώ στη Γη, παρουσίαζαν σημαντικές διακυμάνσεις απόδοσης στο διάστημα. Ταυτόχρονα, τα κύτταρα αρσενιδίου του γαλλίου λειτούργησαν σταθερά καλά για μεγάλο χρονικό διάστημα – αλλά χωρίς την ανάγκη να συμπεριληφθεί η επιταξιακή ανάπτυξη.

Όσο για το DOLCE, οι ερευνητές παραδέχθηκαν πρόθυμα τη Δευτέρα ότι «δεν πήγαν όλα σύμφωνα με το σχέδιο». Αν και αρχικά προοριζόταν να αναπτυχθεί σε διάστημα τριών έως τεσσάρων ημερών, το DOLCE αντιμετώπισε πολλαπλά προβλήματα μηχανικής, όπως εμπλοκή καλωδίωσης και εμπλοκή μηχανικών εξαρτημάτων. Ευτυχώς, η ομάδα κατάφερε να λύσει τα προβλήματα παραπέμποντας στις

κάμερες

του πλοίου για να μιμηθεί τα προβλήματα σε ένα εργαστηριακό αντίγραφο πλήρους κλίμακας. Παρά τους πονοκεφάλους, η διαστημική

δοκιμή

του DOLCE «έδειξε τη στιβαρότητα της βασικής ιδέας», σύμφωνα με τον συνδιευθυντή του SSPP και τον καθηγητή

Αεροδιαστημική

ς και Πολιτικής Μηχανικής Joyce και Kent Kresa, Sergio Pellegrino.

[Related:


Are solar panels headed for space?


]

Αλλά ακόμη και με τις συνολικές επιτυχίες του SSPD-1, μπορεί να περάσουν χρόνια μέχρι να συγκεντρωθεί αποτελεσματικά και οικονομικά η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιώντας δορυφορικές συστοιχίες.

Προηγούμενες εκτιμήσεις

Η ηλιακή ενέργεια που συγκεντρώνεται στο διάστημα κοστίζει 1-2 $/kWh, ενώ αυτή τη στιγμή είναι λιγότερο από 0,17 $/kWh για την ηλεκτρική ενέργεια των ΗΠΑ. Το κόστος των υλικών θα πρέπει να μειωθεί δραστικά, ενώ παράλληλα θα παραμείνει αρκετά ισχυρό ώστε να αντέξει την ηλιακή ακτινοβολία και τη γεωμαγνητική δραστηριότητα του διαστήματος.

Υπάρχουν άλλα ζητήματα που πρέπει να αντιμετωπιστούν προτού η ηλιακή ενέργεια που προέρχεται από το διάστημα μπορέσει ποτέ να συμβάλει στη βιώσιμη ενεργειακή

υποδομή

της ανθρωπότητας. Οπως και


Οι Νιου Γιορκ Ταιμς


σημειώθηκε πέρυσι, η ποσότητα ενέργειας που μεταφέρθηκε από το SSPD-1 μέσω μιας δέσμης μικροκυμάτων ήταν εξαιρετικά αμελητέα σε σύγκριση με ό,τι χρειάζεται για καθημερινή χρήση, και τέτοιες τροχιακές ηλιακές συστοιχίες πιθανότατα θα χρειαστεί να έχουν πλάτος αρκετές χιλιάδες πόδια – ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός, για αναφορά , έχει μήκος μόλις 357 πόδια. Υπάρχουν επίσης ζητήματα ασφάλειας σχετικά με την ακτινοβολία ισχυρών μικροκυμάτων και ακτίνων λέιζερ πίσω στη Γη.

Οι ερευνητές του SSPP γνωρίζουν ότι όλα αυτά τα προβλήματα απαιτούν λύσεις πριν γίνουν πραγματικά δυνατά τα τροχιακά ηλιακά πάρκα. Αλλά η πιο πρόσφατη πρόοδός τους δείχνει ότι, τουλάχιστον, φαίνεται να βρίσκονται σε μια πολλά υποσχόμενη πορεία.