Energi
Fremskritt innen solteknologi gjør rombaserte løsninger mulige
I en god stund har omfattende forskning på måter å fange og utnytte rombasert solenergi pågått. Forskere og teknologieksperter mener at rombasert solenergi kan være et effektivt tillegg til det tilgjengelige settet av bærekraftige energikilder.
Funksjonelt vil oppsettet ha energisamlings- og høstingspaneler på orbitalt nivå, som vil sende solenergi tilbake til mottakerne som er plassert på planeten Jorden. Og siden det involverer rommet, planeten Jorden og overføringsruten mellom disse to punktene, må det bestå av sofistikerte teknologiløsninger.
Løfterikt har fremskritt innen solteknologi over hele verden gjort produksjonen av rombasert solenergi mulig. Men før vi går dypere inn i dem, la oss ta en rask titt på hva rombaserte solenergiløsninger betyr og hvilke fordeler de har.
Rombasert solenergi og dens fordeler
Ifølge data presentert av USAs energidepartement, mottar vi på Jorden hver time mer solenergi enn vi kan bruke på et år. Nesten 30 % av denne energien går ubemerket tilbake til rommet via atmosfæren. Denne energien kan fanges og brukes effektivt dersom vi får robuste rombaserte solenergimekanismer på plass.
I dette systemet kan satellittbaserte solpaneler fange og overføre mer energi enn det som fanges av solpaneler plassert på jordens overflate. De fungerer bedre på grunn av fordelene de har ved å være i rommet. Ifølge DEA‑beskrivelsen er disse:
«Satellitter utstyrt med solpaneler, som overfører energi, samler høyintensiv, uavbrutt solstråling.»
Forsyningen er uavbrutt fordi det i rommet ikke finnes skyer eller natt.
Teknologien innebærer å sette ut gigantiske speil som reflekterer store mengder solstråler mot mindre solfangere, slik at de trådløst kan sendes til Jorden på en sikker og kontrollert måte som enten mikrobølge- eller laserstråle.
Siden denne prosessen involverer sofistikert teknologi, tiltrekker den innovative løsninger fra hele verden. NASA har nå publisert en rapport om rombasert solenergi for å utruste seg med ‘informasjonen den trenger for å fastslå hvordan den kan støtte utviklingen av dette forskningsfeltet’.
Rapporten forsøker å vurdere parametere som vil ha en avgjørende rolle i å gjøre rombasert solenergi til et konkurransedyktig alternativ, hvor sluttmålet er å oppnå netto null klimagassutslipp.
Noen teknologiske flaskehalser som NASA har identifisert for forskere og teknikere aktive i dette feltet er som følger:
- De må finne måter å montere og vedlikeholde store systemer i bane.
- Forskning er nødvendig for å få disse systemene til å operere autonomt og ha effektiv energioverføring for å bringe den høstede energien til Jorden.
- NASA‑rapporten påpeker også at før rombaserte solenergisystemer tas i bruk, er det viktig å takle kostnadene ved å lansere og bygge dem. Dette skyldes at sending av alt dette materialet inn i rommet vil kreve mange kontinuerlige oppdrag for å transportere infrastrukturen til bane.
NASA‑rapporten mener at rombaserte solenergisystemer kan bli fullt produktive og operative innen 2050. Gjennom rapporten har noen av milepælsfremskrittene i dette feltet kommet frem i lyset. For eksempel har den minnet oss om JAXA‑forskerne som beviste at det var mulig å trådløst overføre energi nøyaktig som mikrobølger over en betydelig avstand for til slutt å omdanne den til brukbar elektrisitet.
Med videreføring av kjernen i denne prestasjonen utviklet Caltech‑forskerne i mars 2023 Space Solar Power Demonstrator (SSPD‑1) som det første romfartøyet som trådløst overfører solenergi høstet i rommet til Jorden.
NASA har også gitt noen estimater på den økonomiske gjennomførbarheten av rombasert solenergi. Noen av ekspertene som lenge har vært tett knyttet til dette området har også utfordret disse estimatene. Likevel har det knapt vært noen benektelse av fordelene dette kraftgenereringssystemet lover å levere. Det kan bidra i katastrofehjelp, drive avsidesliggende sensorer og fjerne eksisterende flaskehalser i vårt tradisjonelle energiproduksjonssystem og forsyningskjede.
Når man ser på fordelene, har nasjonale regjeringer i alle utviklede land begynt å investere i det. Store virksomheter med ressursene til å investere, som Airbus og Northrop Grumman, har også jobbet utrettelig med det.
Vi vil nå se på noen av deres prestasjoner i de kommende segmentene. Man må imidlertid huske at dette er et utviklende område, og mange av innsatsene er fortsatt på prototypestadiet.
#1. Airbus Power Beaming
Et av de store selskapene som arbeider med å fremme solteknologi for å gjøre rombaserte løsninger mulige er Airbus. Deres Power Beaming‑teknologi, utviklet av selskapets Central Research & Technology og Blue Sky‑avdelinger, har gjort troverdige demonstrasjoner av hvordan dette kan bli en spillveksler i rombasert solteknologiscenen.
Ifølge Jean‑Dominique Coste, som er ansvarlig for å utvikle Power Beaming sammen med Yoann Thueux og deres kolleger:
«Potensialet til teknologien er å fange sollys og deretter sende det trådløst.»
Disse forskerne tror at denne energiløsningen kan være i stand til å tilstrekkelig forsyne byer, fabrikker, husholdninger og fly med elektrisitet.
Airbus‑teknologideveloperne demonstrerte først Power Beaming på selskapets X‑Works Innovation Factory 27. september 2022. Selv om den ble utført i mindre skala, kunne demonstrasjonen tilstrekkelig forklare hva som kreves for å få kraftoverføring til å fungere.
Coste, Thueux og deres kolleger brukte mikrobølge‑overføring for å sende grønn energi mellom to punkter som representerte ‘Rom’ og ‘Jorden’. Avstanden mellom disse to punktene var 36 meter. Demonstrasjonen produserte også grønt hydrogen for å drive en modellby.
Etter at demonstrasjonen var over, sa Yoann Thueux:
«Nå som vi har testet de viktigste byggesteinene i et fremtidig rombasert solenergisystem i liten skala for første gang, er vi nå klare til å ta Power Beaming til neste nivå.»
Airbus forventer at denne teknologien snart blir en realitet. De tror de første operative Power Beaming‑prototypene vil bli tilgjengelige for bruk tidlig på 2030‑tallet.
I sin endelige anvendte form vil teknologien ha et solpanel plassert i geostasjonær bane, ca. 36 000 km over Jorden. Dette solpanelet vil bli paret med et solpanel av samme størrelse på Jorden.
Kraften som samles i rommet vil bli sendt ned over et område som vil ha mange antenner spredt over det. Disse antennene vil plukke opp strålene for å samle energien og produsere elektrisitet.
Når dette systemet når en viss skala, vil det koste det samme å produsere energi med det som det koster i store energiprosjekter på Jorden som er avhengige av kjernekraft, olje eller andre fornybare energikilder. Ifølge estimater vil en geostasjonær solfarm kunne generere opptil to gigawatt elektrisitet.
Den 15. februar 2024, publiserte Airbus sine full‑år 2023‑resultater, med rapporterte årlige inntekter på 65,4 milliarder, og justert EBIT på 5,8 milliarder euro.
#2. Northrop Grumman
En annen stor global aktør som har fullført nødvendige tester som bekrefter deres solromteknologiske evner er Northrop Grumman. Selskapet demonstrerte vellykket sin evne til å sende radiofrekvensenergi mot ulike antenner ved å styre strålen. De er sikre på å kunne presentere sin prototype innen 2025.
Denne prototypen vil vise selskapets evne til å sende RF‑energi ned til planeten. Teknologien er utviklet av Northrop Grumman’s Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR).
Ifølge Tara Theret, programdirektør for SSPIDR:
«Nå er det bare å bygge, teste og integrere resten av maskinvaren innen en krevende tidsplan.»
Videre arbeid i denne prosessen inkluderer å krympe elektroniske komponenter og skalere opp antallet ‘sandwich‑fliser’. Sandwich‑fliser er i hovedsak fotovoltaiske cellepaneler som samler solenergi og overfører kraft til neste lag, som har komponenter som muliggjør sol‑til‑RF‑konvertering og hjelper til med å danne strålene.
Selskapet produserer også nødvendig flyhardware for å sette sammen systemet og lansere det på selskapets ESPAStar‑plattform. ESPAStar‑plattformen er en satellitt‑bus som gir nyttelaster nødvendig fremdrift, kraft, holdningskontroll og kommunikasjon.
I en validering av arbeidet de har gjort, oppmuntret US Air Force Research Laboratory Northrop Grummans innsats med en kontrakt på 100 millioner USD i 2018, hvor de skulle utvikle en nyttelast for å demonstrere nøkkelkomponenter i prototype‑romsolenergisystemet.
Luftforsvarets myndigheter hadde som mål å katalysere utviklingsinnsatsen som kreves for å bygge et prototype‑rombasert system som kunne forsyne amerikanske militærbaser med solenergi.
Alt i alt, når hun påpeker potensialet som rombaserte løsninger innen solteknologi har for fremtiden, sa Tara Theret:
«Rombasert solenergioverføring har potensialet til å levere energi hvor som helst på Jorden til enhver tid. Denne teknologien kan gjøre kraft tilgjengelig for avsidesliggende steder som trenger medisinsk og kommunikasjonsutstyr.»
(NOC )
Northrop Grumman registered total sales på 36,6 milliarder USD i året som endte 31. desember 2022. Inntekter fra Space Systems‑segmentet var nær 12,3 milliarder USD, en merkbar økning fra forrige års 10,6 milliarder USD. Av de 12,3 milliarder USD i inntekter i 2022 kom 94 % fra den amerikanske regjeringen, mens resten, 3 %, 2 % og 1 % kom fra internasjonalt salg, salg til andre kunder og intersegment‑salg, henholdsvis.
#3. CESI
CESI, basert i Milano, Italia, har tre tiår med erfaring i å utføre forskning, utvikle og produsere solceller som er svært effektive for romapplikasjoner. Enda viktigere er at de er en av de mest etterspurte globale leverandørene av multijunction‑celler som bruker galliumarsenid og indiumgalliumfosfid.
CESI har et utvalg av tredoble junction‑romceller. Disse cellene, i tillegg til galliumarsenid og indiumgalliumfosfid, inkluderer også germanium. Disse cellene viser seg effektive for satellitter i lav jordbane og geostasjonær bane. Produktene er også i samsvar med de nødvendige ECSS E ST20‑08C‑standardene. CESI er nå på vei til å lansere fire‑junction‑celler som vil ha høyere effektivitet enn tre‑junction‑celler.
I fremtiden har CESI som mål å tilby et bredt spekter av romsolceller som vil dekke alle krav fra romprogrammer. Så langt har CESI sine innsats resultert i mer enn 200 000 solceller som driver over 70 sivile satellitter for kunder i 25 land.
CESI har sin egen proprietære teknologi for å produsere solceller i Milano. Gjennom årene har de bygget et tett og dypt nettverk med mange internasjonale rombyråer og aktører.
Som Northrop Grumman samarbeider også CESI med den italienske nasjonale regjeringen og har mottatt finansiering fra det italienske nasjonale rombyrået (ASI) og European Space Agency (ESA). De har produsert avanserte solceller for å møte behovene til det europeiske romprogrammet og mange interplanetariske oppdrag.
Ifølge den siste tilgjengelige financial disclosure tjente selskapet en inntekt på mer enn 87 millioner tsjekkiske kroner i regnskapsåret som endte 31. desember 2022.
Fremskritt innen romsolteknologi: Veien videre
Romsolteknologi har funnet sin plass ved å bevise sin verdi for det globale fellesskapet, noe som har fått nasjonale regjeringer over hele verden til å begynne å investere i den med stor entusiasme. I USA ble dette omsatt til handling da Naval Research Laboratory gjennomførte et eksperiment i 2020 for å fange sollys og omdanne det til likestrøm‑elektrisk energi. De brukte Air Force‑s X‑37B‑romfly til dette formålet.
Samtidig får internasjonale innsatsområder også fart. De kinesiske myndighetene har satt ambisiøse mål med sin 2028‑plan for en rombasert demonstrasjon ledet av China Academy of Space Technology. I Europa skiller Solaris seg ut som et velfinansiert tre‑års forskningsprogram, som har fått grønt lys fra European Space Agency. Storbritannia er også i konkurransen, da de har tilbudt tilskudd til studier om utnyttelse av solenergi i rommet.
Tydeligvis har innovative selskaper, store og ressurssterke globale organisasjoner og regjeringer over hele verden samarbeidet for å fange og utnytte energien som rommet kan tilby oss. Med slik uavbrutt, ubenyttet solenergi som venter på å bli fanget og utnyttet til planetens fordel, ser fremtiden virkelig lovende ut.
