Vệ tinh Nhật Bản sẽ truyền năng lượng mặt trời từ không gian xuống Trái Đất vào năm 2025
Tác giả: Tereza Pultarova – 19/04/2024
Nhật Bản đang chuẩn bị thử nghiệm truyền năng lượng mặt trời từ không gian xuống Trái Đất vào năm tới, hai năm sau khi các kỹ sư Mỹ thực hiện thành công thử nghiệm tương tự. Đây là bước quan trọng hướng tới khả năng xây dựng nhà máy năng lượng mặt trời trên quỹ đạo, giúp giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch giữa bối cảnh chống biến đổi khí hậu ngày càng cấp bách.
Chương trình OHISAMA
Phát biểu tại Hội nghị Quốc tế về Năng lượng từ Không gian, Koichi Ijichi – cố vấn tại Viện Nghiên cứu Nhật Bản Space Systems – đã trình bày lộ trình Nhật Bản hướng tới thử nghiệm một nhà máy năng lượng mặt trời mini trên quỹ đạo, truyền năng lượng không dây từ quỹ đạo thấp của Trái Đất xuống mặt đất.
“Đây sẽ là một vệ tinh nhỏ, nặng khoảng 180 kg (400 lbs), truyền khoảng 1 kW từ độ cao 400 km (250 dặm),” Ijichi cho biết.
Một kilowatt tương đương năng lượng cần thiết để vận hành một thiết bị gia dụng nhỏ, ví dụ như máy rửa bát nhỏ, trong khoảng một giờ. Vì vậy, thử nghiệm này chưa đạt quy mô thương mại.
Vệ tinh sẽ sử dụng tấm pin mặt trời 2 m² để sạc pin. Năng lượng tích lũy sẽ được chuyển đổi thành sóng vi ba và truyền tới anten nhận trên Trái Đất. Vì vệ tinh di chuyển rất nhanh – khoảng 28.000 km/h (17.400 mph) – các phần tử anten cần trải dài khoảng 40 km (25 dặm), với khoảng cách giữa các anten 5 km (3 dặm), để thu đủ năng lượng.
“Việc truyền năng lượng chỉ mất vài phút,” Ijichi nói. “Nhưng khi pin hết, sẽ mất vài ngày để sạc lại.”
OHISAMA – nghĩa là “Mặt Trời” trong tiếng Nhật – dự kiến phóng vào năm 2025. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh thành công truyền năng lượng mặt trời không dây từ nguồn cố định trên mặt đất và dự kiến thử nghiệm truyền từ máy bay vào tháng 12. Máy bay sẽ được trang bị tấm pin giống vệ tinh, truyền năng lượng từ khoảng cách 5–7 km (3–4 dặm).
Từ ý tưởng đến thực tế
Khái niệm năng lượng mặt trời từ không gian lần đầu được mô tả năm 1968 bởi kỹ sư Apollo Peter Glaser và từng được xem là khoa học viễn tưởng. Mặc dù về lý thuyết khả thi, công nghệ này trước đây bị coi là quá đắt đỏ và khó thực hiện, vì cần xây dựng cấu trúc khổng lồ trên quỹ đạo để tạo ra công suất đủ lớn.
Tuy nhiên, theo các chuyên gia tại hội nghị, tình hình đã thay đổi nhờ các tiến bộ công nghệ gần đây và cấp thiết phải giảm carbon trong sản xuất điện toàn cầu để chống biến đổi khí hậu.
Khác với hầu hết công nghệ năng lượng tái tạo trên Trái Đất (bao gồm điện mặt trời và gió), năng lượng mặt trời từ không gian có thể cung cấp liên tục, không phụ thuộc vào thời tiết hay thời gian trong ngày. Hiện nay, các nhà máy điện hạt nhân, khí hoặc than thường phải bù đắp khi gió ngừng thổi hoặc sau hoàng hôn.
Các tiến bộ về robot, truyền năng lượng không dây và tàu vũ trụ Starship của SpaceX có thể giúp năng lượng mặt trời không gian trở thành hiện thực.
Năm ngoái, một vệ tinh do kỹ sư Caltech chế tạo trong sứ mệnh Space Solar Power Demonstrator đã lần đầu truyền năng lượng từ không gian, được xem là cột mốc quan trọng. Nhiều dự án thử nghiệm SBSP khác đang được triển khai, nghiên cứu bởi các cơ quan không gian toàn cầu như ESA, DARPA, Không quân Mỹ cũng như các công ty thương mại và startup.
Thách thức về chi phí và môi trường
Tuy nhiên, không phải ai cũng lạc quan. Tháng 1/2024, NASA công bố báo cáo nghi ngờ tính khả thi của SBSP. Việc xây dựng, phóng và lắp ráp trạm năng lượng trên quỹ đạo tiêu tốn quá nhiều năng lượng, khiến chi phí sản xuất lên tới 61 cent/kWh, trong khi điện mặt trời hoặc gió trên Trái Đất chỉ khoảng 5 cent/kWh.
Ngoài ra, lượng khí thải từ tên lửa phóng các module vào quỹ đạo khiến SBSP ít thân thiện với môi trường hơn các công nghệ trên Trái Đất. Ví dụ, một nhà máy SBSP gigawatt như CASSIOPeiA của công ty Space Solar (Anh) cần 68 lần phóng Starship để vào quỹ đạo.
