Samolot kosmiczny X-37B należący do Sił Kosmicznych USA przenosi na orbitę okołoziemską eksperyment z wiązką elektryczną.
Wojskowy samolot kosmiczny USA jest używany do walidacji w locie najlepszych sposobów zbierania energii słonecznej do zasilania z orbity okołoziemskiej. W połowie marca ostatnia tajna misja X-37B, robotycznego samolotu kosmicznego Sił Kosmicznych USA, przekroczyła 300 dni na orbicie okołoziemskiej.
Większość zadań tego pojazdu kosmicznego, znanego jako Orbitalny Pojazd Testowy-6 (OTV-6), jest ściśle tajna. Jednak jest jeden znany fragment badań, które przewozi statek, to Photovoltaic Radio-frequency Antenna Module Flight Experiment, czyli PRAM-FX.
PRAM-FX to eksperyment Naval Research Laboratory (NRL), który bada przekształcanie energii słonecznej w energię mikrofalową o częstotliwości radiowej (RF). PRAM-FX to 12-calowa (30,5 centymetra) kwadratowa płytka, która zbiera energię słoneczną i przekształca ją w energię RF.
Paul Jaffe, kierownik ds. innowacji i energii słonecznej w NRL, powiedział, że PRAM-FX nie wysyła nigdzie energii mikrofalowej. Eksperyment ma raczej na celu sprawdzenie wydajności konwersji światła słonecznego na mikrofale. Mierzona jest wydajność PRAM z punktu widzenia ogólnej wydajności, jak również termicznej, dodał.
Wstępne wyniki.
To zadanie w przestrzeni kosmicznej jest stosunkowo proste. Jednak PRAM-FX pomaga osiągnąć bardziej ambitny cel - pobranie energii słonecznej i przesłanie jej do spragnionej energii Ziemi.
Pierwsze wstępne wyniki z PRAM-FX na pokładzie OTV-6 zostały opublikowane w styczniu jako część artykułu przeglądowego, którego współautorem jest Jaffe, w Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Journal of Microwaves.
"Chociaż wyniki te są wstępne, są one korzystne w porównaniu z wydajnością udokumentowaną w testach naziemnych, które również wykazały 8% całkowitą wydajność modułu. W miarę postępu eksperymentu pełny obraz działania modułu w różnych warunkach oświetleniowych i temperaturowych w środowisku kosmicznym zostanie odkryty" - czytamy w artykule IEEE.
PRAM-FX jest kluczowym orbitalnym testem dla kosmicznych architektur słonecznych. Ale co dalej?
Etapy krok po kroku
Laboratorium Badawcze Sił Powietrznych (AFRL) opracowało plan dużego projektu demonstracyjnego, którego celem jest przesyłanie energii zebranej w przestrzeni kosmicznej do sił ekspedycyjnych na Ziemi. Projekt ten nosi nazwę Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR).
Jak podano w dokumencie IEEE, demonstracje SSPIDR obejmują eksperymenty o nazwach Arachne, SPINDLE i SPIRRAL.
"Arachne będzie pierwszą na świecie demonstracją wiązki promieniowania w przestrzeni kosmicznej, wykorzystującą modułowy panel słoneczno-radiowy z pomiarem kształtu powierzchni w celu optymalizacji formowania wiązki. Technologia paneli solarno-radiowych została zaprojektowana tak, aby można ją było skalować do bardzo dużych apertur i wspierać wysokonakładową, tanią produkcję" - czytamy w dokumencie.
Arache ma polecieć w 2024 roku. AFRL otrzymało pierwszy element wyposażenia statku kosmicznego Arachne od Northrop Grumman w grudniu zeszłego roku.
SPINDLE będzie testował rozmieszczenie na orbicie wersji systemu operacyjnego w mniejszej skali. Natomiast SPIRRAL "przetestuje metody zarządzania termicznego w celu zapewnienia długotrwałego, wysokowydajnego systemu" - czytamy w dokumencie.
Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, SPIRRAL wystartuje w 2023 roku jako część eksperymentu Materials International Space Station Experiment (MISS-E) Flight Facility. MISS-E to orbitalna platforma Alpha Space Test and Research Alliance, która została zaprojektowana z myślą o zewnętrznym rozmieszczeniu na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
Bezgraniczna i zrównoważona energia.
John Mankins jest wieloletnim orędownikiem kosmicznego beaming power i autorem książki "The Case for Space Solar Power" (Virginia Edition Publishing, 2014). Przez 25 lat pracował w NASA, a obecnie jest prezesem firmy Artemis Innovation Management Solutions, LLC.
Kosmiczna energia słoneczna ma potencjał, aby przekształcić przyszłość ludzkości w kosmosie, i może zapewnić nowe źródło praktycznie nieograniczonej i zrównoważonej energii dla rynków na całym świecie. Mankins twierdzi, że dlaczego nie mielibyśmy rozwijać tej technologii?
"Istnieje szereg nowych graczy w bezprzewodowym przesyłaniu energii - zarówno poprzez częstotliwości radiowe, jak i laser - w USA i na świecie" - powiedział Mankins portalowi Space.com.
"Chiny właśnie zatwierdziły utworzenie komitetu na szczeblu krajowym ds. kosmicznej energii słonecznej i bezprzewodowego przesyłu energii, co zwiększy znaczenie ich już i tak silnego programu badawczo-rozwojowego."
Mankins wskazuje również na Wielką Brytanię. Kraj ten bada obecnie możliwość przyłączenia się do międzynarodowej społeczności zajmującej się energią słoneczną w przestrzeni kosmicznej i bezprzewodowym przesyłem energii, a w styczniu tego roku zakończyła się jego ocena.
Patrząc poza Ziemię, nowe zastosowania bezprzewodowej transmisji energii pojawiają się w planach eksploracji Księżyca, gdzie złoża lodu znajdują się wyłącznie w regionach stale zacienionych, w temperaturach około minus 234 stopni Celsjusza.
"Jednak do wydobycia i przetworzenia lodu wodnego w celu uzyskania użytecznych materiałów, takich jak materiały pędne, potrzebne będą setki kilowatów mocy. Bezprzewodowe zasilanie może być odpowiedzią na dostarczenie tej mocy," zasugerował Mankins.
Wysoko ceniony atut.
Ogólnie rzecz biorąc, perspektywy wyglądają zachęcająco, a kosmiczne uzyskiwanie energii może być wysoko cenionym atutem w sektorze komercyjnym.
Eksperci twierdzą, że technologia ta może mieć przyszłość podobną do Globalnego Systemu Pozycjonowania Stanów Zjednoczonych, który początkowo był narzędziem wojskowym, a następnie stał się technologią wykorzystywaną na całym świecie. Być może energia słoneczna będzie szeroko stosowana na ziemi, zapewniając obfitą energię słoneczną wszędzie, niezależnie od lokalnej pogody, pory dnia czy szerokości geograficznej.
Przy okazji, dla miłośników historii techniki: Nikola Tesla zapoczątkował koncepcję przesyłania energii na dużą skalę przez przestrzeń kosmiczną już na przełomie XIX i XX wieku!
