Προόδους στην Ηλιακή Τεχνολογία που καθιστούν εφικτές τις διαστημικές λύσεις

Για αρκετό καιρό, διεξάγονται εκτεταμένες έρευνες για τρόπους σύλληψης και αξιοποίησης διαστημικής ηλιακής ενέργειας. Επιστήμονες και τεχνολογικοί ειδικοί πιστεύουν ότι η διαστημική ηλιακή ενέργεια θα μπορούσε να αποτελέσει αποδοτικό πρόσθετο στα διαθέσιμα σύνολα βιώσιμων πηγών ενέργειας. 

Λειτουργικά, η εγκατάσταση θα περιλαμβάνει συλλογή ενέργειας και πάνελ συγκομιδής σε τροχιακό επίπεδο, τα οποία θα μεταδίδουν πίσω ηλιακή ενέργεια στους παραλήπτες που βρίσκονται στη Γη. Και επειδή εμπλέκει το διάστημα, τον πλανήτη Γη και τη διαδρομή μετάδοσης μεταξύ αυτών των δύο σημείων, πρέπει να αποτελείται από εξελιγμένες τεχνολογικές λύσεις. 

Ελπιδοφόρα, οι προόδους στην ηλιακή τεχνολογία παγκοσμίως έχουν καταστήσει την παραγωγή διαστημικής ηλιακής ενέργειας εφικτή. Αλλά πριν εμβαθύνουμε σε αυτές, ας ρίξουμε μια γρήγορη ματιά στο τι σημαίνουν οι λύσεις διαστημικής ηλιακής ενέργειας και ποια είναι τα πλεονεκτήματά τους. 

Διαστημική Ηλιακή Ενέργεια και τα Πλεονεκτήματά της

Σύμφωνα με δεδομένα που παρουσίασε το Υπουργείο Ενέργειας των Ηνωμένων Πολιτειών, κάθε ώρα στη Γη λαμβάνουμε περισσότερη ηλιακή ενέργεια από ό,τι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε σε ένα χρόνο. Σχεδόν το 30% αυτής της ενέργειας επιστρέφει αχρησιμοποίητη στο διάστημα μέσω της ατμόσφαιρας. Αυτή η ενέργεια μπορεί να συλληφθεί και να χρησιμοποιηθεί αποδοτικά εάν εγκαταστήσουμε αξιόπιστους μηχανισμούς διαστημικής ηλιακής ενέργειας. 

Σε αυτό το σύστημα, τα ηλιακά πάνελ που βρίσκονται σε δορυφόρους μπορούν να συλλάβουν και να μεταδώσουν περισσότερη ενέργεια από ό,τι συλλέγουν τα ηλιακά πάνελ που τοποθετούνται στην επιφάνεια της Γης. Λειτουργούν καλύτερα λόγω των πλεονεκτημάτων που προσφέρει η θέση τους στο διάστημα. Σύμφωνα με την περιγραφή του DEA, αυτά:

“Δορυφόροι εξοπλισμένοι με ηλιακά πάνελ, που μεταδίδουν ενέργεια, συλλέγουν υψηλής έντασης, αδιάκοπη ηλιακή ακτινοβολία.” 

Η παροχή είναι αδιάκοπη επειδή στο διάστημα δεν υπάρχουν σύννεφα και δεν υπάρχει νύχτα. 

Η τεχνολογία περιλαμβάνει την τοποθέτηση τεράστιων καθρεπτών που αντανακλούν τεράστιες ποσότητες ηλιακών ακτίνων σε μικρότερα ηλιακά συλλέκτες, ώστε να μπορούν να μεταδοθούν ασύρματα στη Γη με ασφαλή και ελεγχόμενο τρόπο, είτε ως μικροκύματα είτε ως δέσμη λέιζερ. 

Καθώς αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει εξελιγμένη τεχνολογία, προσελκύει καινοτόμες λύσεις από όλο τον κόσμο. Η NASA έχει πλέον δημοσιεύσει μια αναφορά για τη Διαστημική Ηλιακή Ενέργεια για να εξοπλιστεί με τις «πληροφορίες που χρειάζεται για να καθορίσει πώς μπορεί να υποστηρίξει την ανάπτυξη αυτού του πεδίου έρευνας». 

Η αναφορά προσπαθεί να αξιολογήσει τις παραμέτρους που θα διαδραματίσουν κρίσιμο ρόλο στο να καταστήσουν τη διαστημική ηλιακή ενέργεια ανταγωνιστική επιλογή, με τελικό στόχο την επίτευξη μηδενικών εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. 

Ορισμένες τεχνολογικές δυσκολίες που έχει εντοπίσει η NASA για ερευνητές και τεχνολόγους που δραστηριοποιούνται σε αυτόν τον τομέα είναι οι εξής:

• Θα πρέπει να βρουν τρόπους για την συναρμολόγηση και συντήρηση μεγάλων συστημάτων σε τροχιά.
• Απαιτείται έρευνα για να λειτουργούν αυτά τα συστήματα αυτόνομα και να έχουν αποδοτική μετάδοση ενέργειας ώστε να φέρνουν την συλλεγμένη ενέργεια στη Γη. 
• Η αναφορά της NASA επίσης επισημαίνει ότι πριν ενσωματωθούν τα συστήματα διαστημικής ηλιακής ενέργειας, είναι σημαντικό να αντιμετωπιστούν τα κόστη εκτόξευσης και κατασκευής τους. Αυτό συμβαίνει επειδή η αποστολή όλου αυτού του υλικού στο διάστημα απαιτεί πολλές συνεχείς αποστολές για τη μεταφορά της υποδομής σε τροχιά.

Η αναφορά της NASA πιστεύει ότι τα συστήματα διαστημικής ηλιακής ενέργειας μπορεί να γίνουν πλήρως παραγωγικά και λειτουργικά μέχρι το 2050. Μέσα από την αναφορά, προέκυψαν ορισμένα ορόσημα προόδου σε αυτόν τον τομέα. Για παράδειγμα, μας υπενθύμισε τους επιστήμονες της JAXA που απέδειξαν ότι ήταν δυνατόν να μεταδοθεί ασύρματα ενέργεια με ακρίβεια ως μικροκύματα σε αξιοσημείωτη απόσταση, ώστε τελικά να μετατραπεί σε χρήσιμη ηλεκτρική ενέργεια. 

Συνεχίζοντας το νόημα αυτού του επιτεύγματος, επιστήμονες του Caltech, τον Μάρτιο του 2023, δημιούργησαν το Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1) ως το πρώτο διαστημικό σκάφος που μεταδίδει ασύρματα ηλιακή ενέργεια που συλλέχθηκε στο διάστημα στη Γη.

Η NASA έχει επίσης παράσχει κάποιες εκτιμήσεις για τη οικονομική βιωσιμότητα της διαστημικής ηλιακής ενέργειας. Ορισμένοι ειδικοί που ασχολούνται στενά με αυτόν τον τομέα για μεγάλο χρονικό διάστημα έχουν επίσης αμφισβητήσει αυτές τις εκτιμήσεις. Ωστόσο, δεν υπάρχει σχεδόν καμία άρνηση των ωφελειών που υπόσχεται να προσφέρει αυτό το σύστημα παραγωγής ενέργειας. Θα μπορούσε να βοηθήσει στην αντιμετώπιση καταστροφών, στην τροφοδοσία απομακρυσμένων αισθητήρων και στην εξάλειψη των υφιστάμενων bottlenecks του παραδοσιακού μας συστήματος παραγωγής ενέργειας και της αλυσίδας εφοδιασμού. 

Αναλογιζόμενοι τα οφέλη του, οι εθνικές κυβερνήσεις όλων των ανεπτυγμένων χωρών έχουν αρχίσει να επενδύουν σε αυτό. Μεγάλες επιχειρήσεις που διαθέτουν πόρους για επένδυση, όπως η Airbus και η Northrop Grumman, επίσης εργάζονται ακούραστα πάνω σε αυτό.

Τώρα θα εξετάσουμε μερικά από τα επιτεύγματά τους στα αντίστοιχα τμήματα. Ωστόσο, πρέπει να θυμόμαστε ότι είναι ένας εξελισσόμενος τομέας και πολλές από τις προσπάθειες βρίσκονται ακόμη στο στάδιο του πρωτοτύπου.

#1. Airbus Power Beaming

Μία από τις κύριες εταιρείες που εργάζονται για την προώθηση της ηλιακής τεχνολογίας ώστε να καταστούν δυνατές οι διαστημικές λύσεις είναι η Airbus. Η τεχνολογία Power Beaming, που αναπτύχθηκε από τα τμήματα Central Research & Technology και Blue Sky της εταιρείας, έχει πραγματοποιήσει αξιόπιστες επιδείξεις του πώς αυτό θα μπορούσε να αλλάξει το παιχνίδι στον χώρο της διαστημικής ηλιακής τεχνολογίας. 

Σύμφωνα με τον Jean-Dominique Coste, ο οποίος είναι υπεύθυνος για την ανάπτυξη του Power Beaming μαζί με τον Yoann Thueux και τους συναδέλφους τους: 

“Το δυναμικό της τεχνολογίας είναι να συλλαμβάνει το ηλιακό φως και στη συνέχεια να το μεταδίδει ασύρματα.” 

Αυτοί οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτή η ενεργειακή λύση θα μπορούσε να παρέχει επαρκή ενέργεια σε πόλεις, εργοστάσια, νοικοκυριά και αεροπλάνα.

Οι προγραμματιστές της τεχνολογίας Airbus παρουσίασαν για πρώτη φορά το Power Beaming στην X-Works Innovation Factory της εταιρείας στις 27 Σεπτεμβρίου 2022. Παρόλο που πραγματοποιήθηκε σε μικρότερη κλίμακα, η επίδειξη μπόρεσε να εξηγήσει επαρκώς τι απαιτείται για τη λειτουργία του power beaming. 

Ο Coste, ο Thueux και οι συνεργάτες τους χρησιμοποίησαν μετάδοση μικροκυμάτων για να μεταφέρουν πράσινη ενέργεια μεταξύ δύο σημείων που αντιπροσώπευαν το «Διάστημα» και τη «Γη». Η απόσταση μεταξύ αυτών των δύο σημείων ήταν 36 μέτρα. Η επίδειξη παρήγαγε επίσης πράσινο υδρογόνο για την τροφοδοσία μιας μοντέλου πόλης. 

Μετά το τέλος της επίδειξης, ο Yoann Thueux δήλωσε: 

“Τώρα που δοκιμάσαμε με επιτυχία τα βασικά δομικά στοιχεία ενός μελλοντικού συστήματος διαστημικής ηλιακής ενέργειας σε μικρή κλίμακα για πρώτη φορά, είμαστε έτοιμοι να προχωρήσουμε το Power Beaming στο επόμενο επίπεδο.”

Η Airbus αναμένει ότι αυτή η τεχνολογία θα γίνει πραγματικότητα σύντομα. Πιστεύει ότι τα πρώτα λειτουργικά πρωτότυπα Power Beaming θα είναι διαθέσιμα για χρήση στις αρχές της δεκαετίας του 2030. 

Στην τελική εφαρμοσμένη μορφή της, η τεχνολογία θα είχε ένα ηλιακό πάνελ τοποθετημένο σε γεωστατική τροχιά, περίπου 36.000 km πάνω από τη Γη. Αυτό το ηλιακό πάνελ θα συνδυαζόταν με ένα ηλιακό πάνελ ίδιου μεγέθους στη Γη. 

Η ενέργεια που συλλέγεται στο διάστημα θα μεταδιδόταν κάτω σε μια περιοχή που θα διαθέτει πολλές κεραίες. Αυτές οι κεραίες θα συλλέγουν τις δέσμες ενέργειας για να επανασυντίθενται και να παράγουν ηλεκτρισμό. 

Μόλις αυτό το σύστημα φτάσει σε συγκεκριμένη κλίμακα, το κόστος παραγωγής ενέργειας θα είναι ίσο με το κόστος μεγάλων ενεργειακών έργων στη Γη που εξαρτώνται από πυρηνική ενέργεια, πετρέλαιο ή άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Σύμφωνα με εκτιμήσεις, μια γεωστατική ηλιακή φάρμα θα παράγει έως και δύο γιγαβάτ ηλεκτρισμού. 

Στις 15 Φεβρουαρίου 2024, Airbus δημοσίευσε τα αποτελέσματα πλήρους έτους 2023, αναφέροντας ετήσια έσοδα 65,4 δισεκατομμύρια, με προσαρμοσμένο EBIT 5,8 δισεκατομμύρια ευρώ. 

#2. Northrop Grumman

Ένα άλλο σημαντικό παγκόσμιο οντότητα που ολοκλήρωσε τις απαραίτητες δοκιμές που επικυρώνουν τις δυνατότητες της στην ηλιακή διαστημική τεχνολογία είναι η Northrop Grumman. Η εταιρεία απέδειξε επιτυχώς την ικανότητά της να κατευθύνει ενέργεια ραδιοσυχνοτήτων προς διάφορες κεραίες, ελέγχοντας τη δέσμη. Είναι σίγουρη ότι θα παρουσιάσει το πρωτότυπό της μέχρι το 2025. 

Αυτό το πρωτότυπο θα επιδείξει την ικανότητα της εταιρείας να μεταδίδει ενέργεια RF στη Γη. Η τεχνολογία αναπτύσσεται από το Northrop Grumman Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR). 

Σύμφωνα με την Tara Theret, διευθύντρια του προγράμματος SSPIDR: 

“Τώρα, πρόκειται απλώς για κατασκευή, δοκιμές και ενσωμάτωση του υπόλοιπου υλικού σε ένα απαιτητικό χρονοδιάγραμμα.”

Επιπλέον εργασία που απαιτείται σε αυτή τη διαδικασία περιλαμβάνει τη μείωση των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων και την αύξηση του αριθμού των «σάντουιτς πλακιδίων». Τα σάντουιτς πλακίδια είναι ουσιαστικά φωτοβολταϊκά πάνελ που συλλέγουν ηλιακή ενέργεια και μεταφέρουν την ισχύ στην επόμενη στρώση, η οποία διαθέτει εξαρτήματα που επιτρέπουν τη μετατροπή ηλιακού σε RF και βοηθούν στη δημιουργία των δέσμες. 

Η εταιρεία επίσης κατασκευάζει το απαραίτητο υλικό πτήσης για να συναρμολογήσει το σύστημα και να το εκτοξεύσει στην πλατφόρμα ESPAStar της εταιρείας. Η πλατφόρμα ESPAStar είναι ένας δορυφορικός δίαυλος που παρέχει στα φορτία τις απαραίτητες προωθήσεις, ενέργεια, έλεγχο προσανατολισμού και επικοινωνία. 

Σε μια επικύρωση της δουλειάς που κάνει, το Εργαστήριο Έρευνας του Πολεμικού Αεροπορικού Σώματος των ΗΠΑ ενθάρρυνε τις προσπάθειες της Northrop Grumman με σύμβαση 100 εκατομμυρίων δολαρίων το 2018, με σκοπό την ανάπτυξη ενός φορτίου για την επίδειξη βασικών στοιχείων του πρωτοτύπου συστήματος διαστημικής ηλιακής ενέργειας.

Οι αρχές του Πολεμικού Αεροπορικού Σώματος στόχευαν στην επιτάχυνση των προσπαθειών ανάπτυξης που απαιτούνται για την κατασκευή ενός πρωτοτύπου διαστημικού συστήματος που θα μπορούσε να τροφοδοτήσει τις αμερικανικές στρατιωτικές βάσεις με ηλιακή ενέργεια. 

Συνολικά, επισημαίνοντας το δυναμικό που έχουν οι διαστημικές λύσεις στην ηλιακή τεχνολογία για το μέλλον, η Tara Theret δήλωσε: 

“Η μετάδοση διαστημικής ηλιακής ενέργειας έχει τη δυνατότητα να παρέχει ενέργεια οπουδήποτε στη Γη, οποιαδήποτε στιγμή. Αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να κάνει τη δύναμη διαθέσιμη σε απομακρυσμένες περιοχές που χρειάζονται ιατρικό και επικοινωνιακό εξοπλισμό.”

Northrop Grumman κατέγραψε συνολικές πωλήσεις 36,6 δισεκατομμυρίων δολαρίων στην οικονομική χρονιά που έληξε στις 31 Δεκεμβρίου 2022. Τα έσοδα που προήλθαν από τη δραστηριότητα Space Systems ήταν κοντά στα 12,3 δισεκατομμύρια δολάρια, σημειώνοντας αξιοσημείωτη αύξηση σε σχέση με τα 10,6 δισεκατομμύρια δολάρια του προηγούμενου έτους. Από τα 12,3 δισεκατομμύρια δολάρια εσόδων του 2022, το 94% προήλθε από την κυβέρνηση των ΗΠΑ, ενώ το υπόλοιπο 3%, 2% και 1% προήλθε από διεθνείς πωλήσεις, πωλήσεις σε άλλους πελάτες και ενδιάμεσες πωλήσεις, αντίστοιχα. 

#3. CESI

Η CESI, με έδρα το Μιλάνο, Ιταλία, διαθέτει τριάντα χρόνια εμπειρίας στην έρευνα, ανάπτυξη και παραγωγή ηλιακών κυψελών υψηλής απόδοσης για διαστημικές εφαρμογές. Επιπλέον, είναι ένας από τους πιο περιζήτητους παγκόσμιους προμηθευτές πολυ-συνδέσμων κυψελών που χρησιμοποιούν Γαλλίου Αρασενίου (GaAs) και Ινδίου Γαλλίου Φωσφορικού (InGaP). 

Η CESI διαθέτει μια σειρά τριπλών συνδέσμων διαστημικών κυψελών. Αυτές οι κυψέλες, εκτός από Γαλλίου Αρασενίου και Ινδίου Γαλλίου Φωσφορικού, περιλαμβάνουν επίσης Γερμάνιο. Αποδεικνύουν την αποτελεσματικότητά τους για δορυφόρους σε χαμηλή γήινη τροχιά (LEO) και γεωστατική τροχιά (GEO). Τα προϊόντα αυτά συμμορφώνονται επίσης με τα απαιτούμενα πρότυπα ECSS E ST20-08C. Η CESI βρίσκεται τώρα στην πορεία για την κυκλοφορία τετραπλών συνδέσμων κυψελών που θα έχουν υψηλότερα επίπεδα αποδοτικότητας από τις τριπλές κυψέλες. 

Στο μέλλον, η CESI στοχεύει να προσφέρει μια ευρεία γκάμα προϊόντων διαστημικών ηλιακών κυψελών που θα καλύπτουν οποιαδήποτε απαίτηση διαστημικού προγράμματος. Μέχρι σήμερα, οι προσπάθειες της CESI έχουν αποδώσει πάνω από 200.000 ηλιακές κυψέλες, τροφοδοτώντας πάνω από 70 πολιτικούς δορυφόρους για πελάτες σε 25 χώρες. 

Η CESI διαθέτει την ιδιόκτητη τεχνολογία της για την κατασκευή ηλιακών κυψελών στο Μιλάνο. Με τα χρόνια, έχει δημιουργήσει ένα στενά δεμένο και βαθύ δίκτυο με πολλές διεθνείς διαστημικές υπηρεσίες και φορείς. 

Όπως η Northrop Grumman, η CESI συνεργάζεται επίσης με την Ιταλική Εθνική Κυβέρνηση και έχει λάβει χρηματοδότηση από την Ιταλική Εθνική Διαστημική Υπηρεσία (ASI) και την Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία (ESA). Έχει κατασκευάσει προηγμένες ηλιακές κυψέλες για να καλύψει τις ανάγκες του Ευρωπαϊκού Διαστημικού Προγράμματος και πολλών διαπλανητικών αποστολών. 

Σύμφωνα με την πιο πρόσφατη διαθέσιμη χρηματοοικονομική αποκάλυψη, η εταιρεία κέρδισε έσοδα άνω των 87 εκατομμυρίων τσέχικων κορόνων στην οικονομική χρονιά που έληξε στις 31 Δεκεμβρίου 2022. 

Προόδους στην Διαστημική Ηλιακή Τεχνολογία: Ο Δρόμος Μπροστά

Η διαστημική ηλιακή τεχνολογία έχει βρει τη θέση της αποδεικνύοντας την αξία της στην παγκόσμια κοινότητα, οδηγώντας τις εθνικές κυβερνήσεις παγκοσμίως να αρχίσουν να επενδύουν σε αυτήν με μεγάλο ενθουσιασμό. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, αυτό μετατράπηκε σε δράση όταν το Naval Research Laboratory πραγματοποίησε ένα πείραμα το 2020 για να συλλάβει ηλιακό φως και να το μετατρέψει σε ηλεκτρική ενέργεια συνεχούς ρεύματος. Χρησιμοποίησε το διαστημικό αεροπλάνο X-37B του Πολεμικού Αεροπορικού Σώματος για αυτόν τον σκοπό. 

Παράλληλα, οι διεθνείς προσπάθειες κερδίζουν επίσης έδαφος. Οι κινεζικές αρχές έχουν θέσει φιλόδοξους στόχους με το σχέδιο του 2028 για μια διαστημική επίδειξη υπό την ηγεσία της China Academy of Space Technology. Στην Ευρώπη, το πρόγραμμα Solaris ξεχωρίζει ως καλά χρηματοδοτημένο τριετές ερευνητικό πρόγραμμα, που έχει λάβει την έγκριση της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας. Το Ηνωμένο Βασίλειο επίσης βρίσκεται στον αγώνα, καθώς προσφέρει επιχορηγήσεις για μελέτες σχετικά με την αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας στο διάστημα. 

Σαφώς, καινοτόμες εταιρείες, μεγάλες και πόρους διαθέτουν παγκόσμιες οργανώσεις και κυβερνήσεις σε όλο τον κόσμο συνεργάζονται για να συλλάβουν και να αξιοποιήσουν την ενέργεια που το διάστημα μας προσφέρει. Με τέτοια αδιάκοπη, αχρησιμοποίητη ηλιακή ενέργεια που περιμένει να αξιοποιηθεί για το όφελος του πλανήτη, το μέλλον φαίνεται πράγματι ελπιδοφόρο.

Κάντε κλικ εδώ για μια λίστα με τις δέκα κορυφαίες μετοχές ηλιακής ενέργειας.