Trạm năng lượng mặt trời trong không gian: Nguồn cung sạch và vô tận

Trong một thời gian dài, khái niệm này - được phát triển lần đầu tiên bởi nhà khoa học Nga, Konstantin Tsiolkovsky vào những năm 1920 – đã trở thành nguồn cảm hứng cho các nhà văn.

Tuy nhiên, sau một thế kỷ, các nhà khoa học đang đạt được những bước tiến lớn trong việc biến điều không tưởng thành hiện thực. Cơ quan Vũ trụ châu Âu đang tìm cách tài trợ cho các dự án như vậy, dự đoán rằng nguồn tài nguyên công nghiệp đầu tiên mà chúng ta sẽ nhận được từ không gian là “năng lượng chùm”.

Biến đổi khí hậu là thách thức lớn nhất trong thời đại chúng ta. Từ nhiệt độ toàn cầu tăng cao cho đến các mô hình thời tiết thay đổi, tác động của biến đổi khí hậu đã và đang được cảm nhận trên toàn cầu. Vượt qua thách thức này sẽ đòi hỏi những thay đổi căn bản về cách chúng ta tạo ra và tiêu thụ năng lượng.

Công nghệ năng lượng tái tạo phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, với hiệu suất được cải thiện và chi phí thấp hơn. Nhưng một rào cản lớn đối với sự phổ biến của chúng là chúng không thể cung cấp năng lượng liên tục. Các trang trại năng lượng mặt trời và gió chỉ tạo ra năng lượng khi gió thổi hoặc mặt trời chiếu sáng trong khi chúng ta cần điện suốt ngày đêm.

Một cách khả thi để giải quyết vấn đề này là tạo ra năng lượng mặt trời trong không gian. Có rất nhiều lợi thế cho điều này. Một trạm năng lượng mặt trời trên không gian có thể di chuyển theo quỹ đạo để đối diện với mặt trời 24 giờ một ngày.

Bầu khí quyển của Trái đất cũng hấp thụ và phản xạ một số ánh sáng của mặt trời, do đó, các tấm pin năng lượng mặt trời ở trên bầu khí quyển sẽ nhận được nhiều ánh sáng mặt trời hơn và tạo ra nhiều năng lượng hơn.

Nhưng một trong những thách thức chính cần vượt qua là làm thế nào để lắp ráp, khởi động và triển khai các cấu trúc lớn như vậy. Diện tích một trạm năng lượng mặt trời có thể lên tới 10 km2 - tương đương với 1.400 sân bóng đá. Sử dụng vật liệu nhẹ cũng sẽ rất quan trọng, vì chi phí lớn nhất sẽ là chi phí phóng trạm vào không gian bằng tên lửa. Một giải pháp được đề xuất là phát triển một nhóm hàng nghìn vệ tinh nhỏ sẽ kết hợp với nhau và cấu hình để tạo thành một máy phát điện mặt trời lớn duy nhất.

Gần đây, các tiến bộ trong sản xuất, chẳng hạn như in 3D, cũng đang được xem xét cho ứng dụng này. Tại Đại học Liverpool, các nhà khoa học đang khám phá các kỹ thuật sản xuất mới để in các pin năng lượng mặt trời siêu nhẹ lên cánh buồm mặt trời. Cánh buồm mặt trời là một màng có thể gấp lại, nhẹ và có tính phản xạ cao có khả năng khai thác tác động của áp suất bức xạ của mặt trời để đẩy tàu vũ trụ về phía trước mà không cần nhiên liệu

Một thách thức lớn khác sẽ là việc truyền điện trở lại Trái đất. Kế hoạch là chuyển đổi điện từ pin mặt trời thành sóng năng lượng và sử dụng điện từ trường để truyền chúng xuống một ăng-ten trên bề mặt Trái đất. Sau đó ăng-ten sẽ chuyển đổi sóng trở lại thành điện năng. Các nhà nghiên cứu do Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản dẫn đầu đã phát triển các thiết kế và trình diễn một hệ thống quỹ đạo có thể làm được điều này.

Vẫn còn rất nhiều việc phải làm trong lĩnh vực này. Nhưng mục tiêu hướng tới là các trạm điện mặt trời trên không gian sẽ trở thành hiện thực trong những thập kỷ tới. Các nhà nghiên cứu ở Trung Quốc đã thiết kế một hệ thống có tên Omega, mà họ đặt mục tiêu sẽ bắt đầu hoạt động vào năm 2050.

Hệ thống này dự đoán có khả năng cung cấp 2GW điện vào lưới điện của Trái đất ở hiệu suất cao nhất, đây là một con số lớn.