Thử nghiệm truyền điện Mặt trời từ vũ trụ của Mỹ thành công

Vệ tinh hoạt động trên quỹ đạo thử nghiệm tính khả thi của công nghệ thu thập và truyền năng lượng mặt trời về Trái đất kết thúc thành công nhiệm vụ dài một năm.

Theo tổng kết nhiệm vụ của Viện Công nghệ California (Caltech) công bố hôm 16/1, những kỹ sư phía sau dự án Solar Space Power Demonstrator (SSPD-1) đánh giá cả ba thiết bị đặt trên nguyên mẫu vệ tinh nặng 50 kg đều hoạt động thành công và tin tưởng dự án "sẽ mở ra tương lai cho năng lượng mặt trời trong vũ trụ", theo Popular Science.

Mô phỏng vệ tinh Solar Space Power Demonstrator trên quỹ đạo thấp. (Ảnh: Caltech).

Phóng trên tên lửa Falcon 9 của SpaceX vào đầu tháng 1/2023, SSPD-1 thực hiện bộ ba thí nghiệm. Đầu tiên, thí nghiệm Deployable on-Orbit ultraLight Composite (DOLCE) xem xét độ bền và hiệu quả của những cấu trúc pin quang năng siêu nhẹ lấy cảm hứng từ nghệ thuật gấp giấy origami. Trong khi đó, thí nghiệm ALBA kiểm tra 32 thiết kế pin mặt quang năng để xác định cái nào phù hợp nhất trong không gian. Cùng lúc, thí nghiệm Microwave Array for Power-transfer Low-orbit (MAPLE) chạy thử thiết bị truyền vi sóng để đưa năng lượng mặt trời thu thập trên quỹ đạo về Trái đất.

Quan trọng nhất là MAPLE lần đầu tiên chứng minh năng lượng mặt trời có thể thu thập bằng pin quang năng và truyền về Trái đất qua chùm vi sóng. Qua hơn 8 tháng, các thành viên đội SSPD-1 cố ý tăng cường kiểm tra áp lực đối với MAPLE, dẫn tới khả năng truyền năng lượng sụt giảm. Nhóm nghiên cứu sau đó mô phỏng vấn đề trong phòng thí nghiệm, xác định nguyên nhân nằm ở những tương tác điện - nhiệt phức tạp và hoạt động yếu đi của từng bộ phận trong cụm.

Ali Hajimiri, đồng giám đốc Dự án điện mặt trời vũ trụ (SSPP) của Caltech kiêm giáo sư kỹ thuật điện và y khoa, cho biết kết quả giúp chỉnh lại thiết kế của nhiều bộ phận thuộc MAPLE nhằm tối đa hóa hiệu suất trong thời gian dài.

Pin mặt trời ngày nay dùng trên vệ tinh và nhiều công nghệ vũ trụ khác có chi phí sản xuất đắt gấp hơn 10 lần so với thiết bị dùng trên mặt đất. Caltech giải thích đó chủ yếu là do chi phí bổ sung thêm lớp phim tinh thể bảo vệ gọi là tăng trưởng kéo lớp mặt ngoài. Thông qua ALMA, các nhà nghiên cứu xác định dù là thiết kế hứa hẹn trên Trái đất, pin mặt trời perovskite có nhiều chênh lệch lớn về hiệu suất trong không gian. Trong khi đó, pin gallium arsenide hoạt động ổn định trong thời gian dài, mà không cần thêm lớp phim.

Đối với DOLCE, nhóm nghiên cứu thừa nhận không phải mọi thứ đều theo đúng kế hoạch. Dù dự định ban đầu là triển khai 3 - 4 ngày, DOLCE vấp phải nhiều vấn đề kỹ thuật như lỗi dây điện và bộ phận máy móc. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tìm cách giải quyết vấn đề thông qua sử dụng camera trên vệ tinh để mô phỏng trục trặc trong phòng thí nghiệm.

Nhưng ngay cả khi SSPD-1 kết thúc thành công, vẫn còn nhiều năm trước khi năng lượng mặt trời có thể được khai thác hiệu quả với chi phí phải chăng bằng vệ tinh. Ước tính trước đây cho thấy năng lượng mặt trời trong không gian có chi phí 1 - 2 USD/kWh, trong khi chi phí hiện nay ở Mỹ chưa đến 0,17 USD/kWh. Chi phí vật liệu cần giảm đáng kể nhưng vẫn cần đủ bền chắc để chịu bức xạ Mặt Trời và hoạt động địa từ trong vũ trụ.

Có nhiều vấn đề khác cần giải quyết trước khi điện mặt trời trong không gian có thể góp phần vào cơ sở hạ tầng năng lượng bền vững của nhân loại. Lượng điện truyền bởi SSPD-1 qua chùm vi sóng cực nhỏ so với nhu cầu sử dụng hàng ngày và pin quang năng trong vũ trụ cần rộng cả nghìn mét. Vấn đề về độ an toàn khi truyền vi sóng và laser mạnh về Trái đất cũng đáng chú ý. Nhóm nghiên cứu ở SSPP đang nỗ lực tìm giải pháp cho mọi vấn đề trước khi trang trại mặt trời trên quỹ đạo thực sự khả thi.