Søværnet tester strålende solenergi i rummet

Solenergi er blevet et omdrejningspunkt i kampen for at afbøde klimaændringer. Potentialet ved solenergi er enormt - Jorden modtager lige så meget solenergi på en time, som hele menneskeheden bruger på et år. Selv med så meget energi, der rammer Jorden, det er kun en lille brøkdel af solens samlede output. Noget af den anden solenergi rammer andre planeter, men det meste er bare tabt til det dybe rums tomrum.

Der er en række grupper, der udnytter forskellige teknologier til at fange noget af den tabte energi. En af de mest almindelige teknologier, der forfølges, er ideen om kraftsatellitten. For nylig, en af ​​disse grupper ved America's Naval Research Laboratory (NRL) nåede en milepæl i udviklingen af ​​kraftsatellitteknologi ved at opsende deres fotovoltaiske RF Antenna Module (PRAM) testsatellit.

Ideen bag kraftsatellitter kaldes "power beaming". Power-beaming-systemer bruger en af ​​tre frekvenser af lys til at transmittere betydelige mængder strøm over en afstand trådløst. Sidste år, NRL havde en vellykket demonstration af et landbaseret power-beaming system ved hjælp af en infrarød laser.

At gøre det fra rummet giver dog et helt nyt sæt udfordringer, og ikke nødvendigvis kun tekniske. Dr. Paul Jaffe, den tekniske leder på PRAM-projektet, beskrev processen med at blive udvalgt til en orbital opsendelse som ækvivalent med Shark Tank - talrige PI'er, der pitcherer deres ideer til en tur i kredsløb. Efter flere års forsøg, PRAM fik endelig sin tid til at skinne på en X-37B-lancering den 17. maj.

PRAM vil faktisk ikke skinne, dog - dens overflade er dækket af sorte solpaneler, og dens indre består af den første hardware, der nogensinde er blevet lanceret i kredsløb, og som omdanner solenergi til mikrobølger. Selve satellitten er relativt lille (30 cm på en side), og vil faktisk ikke sende nogen strøm tilbage til Jorden. I stedet, det vil indsamle data, der vil tjene som nyttige sammenligningspunkter til et eksperiment, der bruger et lignende system, der tidligere er udført tilbage på Jorden.

Der var adskillige målinger fra den jordbaserede test, som PRAM-teamet håbede at replikere i rummet. Effektiviteten af ​​konvertering fra sol til mikroovn var en af ​​de vigtigste faktorer. Uden høj nok effektivitet, fremtidige lanceringer kan være uoverkommeligt dyre i forhold til den mængde strøm, systemet genererer.

Termisk styring er en anden ekstremt vigtig måling, som teamet ser frem til. På jorden, komplicerede kølesystemer er relativt enkle at fastgøre til en varmekilde. Imidlertid, disse metoder virker ikke nær så godt i rummet, hvilket kan resultere i termiske styringsproblemer for enhver strømelektronik i kredsløb. Holdet håber at opnå tilsvarende termiske styringstal som dem, der ses på Jorden fra deres strålingskølesystem.

Både effektivitet og termisk styring indgår i beregningen af ​​den vigtigste parameter for strømsatellitsystemer - effekttæthed. Hvis magten er for koncentreret, systemet kan potentielt brænde, hvad end det peger på. Hvis den er for lav, så modtages der ikke nok strøm på basestationen til at være nyttig til at generere elektricitet.

Basestationsdesign er også en nøglefaktor i den langsigtede succes for kraftsatellitteknologier. Hvert frekvensområde ville kræve en anden type basestation. PRAM bruger mikrobølger som sit middel til kraftoverførsel. Selvom de fleste mennesker almindeligvis tænker på mikrobølger som en metode til at genopvarme pizzarester, signalfrekvenserne for Bluetooth Low Energy og WiFi kan også overvejes i mikrobølgespektret.

Niveauet af belysning, systemet modtager, har også stor indflydelse på udgangseffekten og termisk styring. Dette er et datapunkt, som holdet ikke var i stand til at indsamle på Jorden, og de ser frem til at få data, der viser den bedste belysningstid for fremtidige missioner. I geosynkron bane, en satellit kan være i sollys 99 % af tiden. Imidlertid, der er en afvejning mellem tid i solen og termisk styring. PRAM-prototypen blev lanceret i en orbital konfiguration, der vil give holdet mulighed for at beregne effektiviteter, effekttætheder og termiske belastninger af forskellige belysningsperioder. Holdet vil derefter bruge disse datapunkter til at planlægge den optimale bane for yderligere testlanceringer.

Det endelige resultat af disse yderligere testlanceringer ville være et kommercielt levedygtigt solsatellitsystem, der giver yderligere strøm til bestemte steder på Jorden med ringe eller ingen ekstra omkostninger, når først satellitten er i kredsløb. Der er allerede talrige virksomheder og forskningsenheder, der udvikler versioner af power-beaming-systemer, der spændt afventer resultatet af PRAM-testen.

Dr. Jaffe bemærker, at vejen til kommercialisering udelukkende er baseret på de ressourcer, der er tildelt udviklingen af ​​en kommercielt levedygtig satellit. Tiden til en kommercielt levedygtig kraftsatellit kunne være relativt hurtig, hvis den forsynes med betydelige mængder af finansiering. På den anden side, teknologien kan dø i sin vorden, hvis pengene trækkes. Det er stadig tidligt i udviklingen af ​​teknologien, og de data, PRAM indsamler, er et nødvendigt trin i den derisking-proces, der er nødvendig for at strømsatellitter kan blive kommercielt levedygtige.

Et andet skridt, der skal ske for kommerciel levedygtighed, er offentlig accept. Når man nævner ideerne om kraftsatellitter for de fleste mennesker, deres umiddelbare tanker vender sig til Ikaros, det fiktive solvåben i James Bond-filmen "Die Another Day". I den film, satellitten smelter et ishotel og viser dets potentiale til at ødelægge meget større dele af verden.

Dr. Jaffe er hurtig til at påpege forskellene mellem PRAM og Icarus. Icarus er det, der er kendt som en "rettet energiplatform, "som søværnet også arbejder på, men bruger anden fysik end det power-beaming system, der udgør PRAM. Han nævner også, at det ville være usædvanligt svært at forvandle et power-beaming-system til et våben:"Hvis du sætter et forstørrelsesglas foran din Wi-Fi-router, det begynder ikke at smelte noget."

Selvom hvad videnskabsmænd siger, måske ikke dæmper al offentlig frygt over et sådant system, de potentielle fordele ved at udsende energi kan opveje denne frygt. Der skal meget mere arbejde til, før virksomheder begynder at investere i gigantiske rectenna-farme for at indsamle den ellers spildte energi. But in the next few months, NRL hopes to collect some data with PRAM that will bring commercial power-beaming systems a few steps closer to reality.