Po více než deseti letech výzkumu odstartoval 3. ledna 2023 na palubě rakety Falcon 9 malý prototyp kosmické lodě Momentus Vigoride určený k testu konceptu vesmírné solární energie, informoval web Popular Science.
Pokud budou experimenty úspěšné, mohly by soustavy podobné Space Solar Power Demonstrator (SSPD) z Caltechu jednoho dne vysílat prostřednictvím mikrovlnných vysílačů v podstatě nekonečné množství obnovitelné energie z vesmíru na zemský povrch.
Projekt vesmírné solární energie
Projekt Space Solar Power Demonstrator SSPD začal vznikat v roce 2011, když se filantrop, předseda společnosti Irvine Company a člen správní rady Caltechu Donald Bren v časopise Popular Science dočetl o možnostech výroby solární energie ve vesmíru.
Bren byl natolik zaujat potenciálem, že se obrátil na tehdejšího prezidenta Caltechu Jeana-Lou Chameaua, aby s ním projednal vytvoření výzkumného projektu. V roce 2013 s manželkou Brigitte souhlasili s financováním projektu.
„Mnoho let jsem snil o tom, jak by vesmírná solární energie mohla vyřešit některé z nejnaléhavějších problémů lidstva,“ vysvětluje Bren. „Dnes jsem nadšený z toho, že mohu podporovat skvělé vědce z Caltechu, kteří se snaží tento sen uskutečnit.“
Fáze experimentování
Raketa Falcon 9 dosáhla požadované výšky deset minut po startu a na oběžnou dráhu vyslala kosmickou loď Momentus Vigoride. Pozemní tým pak zahájil plánované experimenty. Hlavním úkolem je vyzkoušet několik klíčových součástí:
- DOLCE (Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment): Konstrukce o rozměrech 183 × 183 centimetrů, která demonstruje architekturu a mechanismy nasazení modulárních kosmických lodí, jež by nakonec měly vytvořit konstelaci o rozměrech několika kilometrů, ve které budou fungovat jako vesmírná solární elektrárna.
- ALBA: Sbírka 32 různých typů fotovoltaických článků. Cílem je zjistit, jaká technologie dává v náročném prostředí vesmíru největší smysl.
- MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment): Síť flexibilních lehkých mikrovlnných vysílačů s přesným časováním, která soustřeďuje výkon selektivně na dva různé přijímače a demonstruje bezdrátový přenos energie z vesmíru.
Hlavní výhodou vesmírné fotovoltaiky je, že sluneční paprsky nepodléhají řadě omezené jako na Zemi: střídání dne a noci, roční období či meteorologické jevy. Vypuštění na oběžnou dráhu představuje významný milník celého projektu a slibuje, že to, co bylo kdysi sci-fi, se může v dohledné budoucnosti stát skutečností.
Kolem Země by tak v budoucnosti mohla obíhat konstelace modulárních kosmických lodí, které budou shromažďovat sluneční světlo, přeměňovat ho na elektřinu a tu bezdrátově přenášet na velké vzdálenosti všude tam, kde je potřeba.
Vlny na hladině rybníka
Základní koncept bezdrátového přenosu energie spočívá na fyzikálním jevu interference. Jde o vzájemné ovlivňování, prolínání nebo střetávání jevů či hmoty – nejčastěji se jedná o charakteristickou vlastnost vln. Při jejich pohybu a prolínání se v určitém bodě vzájemně zesilují, zatímco v jiných bodech mezi sebou ruší.
Při interferenci může docházet k různým efektům, v závislosti na fázovém rozdílu mezi jednotlivými vlnami. Pokud jsou fáze vln shodné, dochází ke konstruktivní interferenci. To znamená, že se vlny sčítají a výsledná amplituda vlny je větší než u každé z vln zvlášť. Naopak destruktivní interference nastává, když se dvě vlny potkají a jejich amplitudy se navzájem ruší. Výsledkem je snížení amplitudy a intenzity vlny v tomto místě.
Profesor Ali Hajimiri vysvětluje, že když si sednete k rybníku a rozvlníte rukama jeho hladinu, pravděpodobně si všimnete, že jsou místa, kde jsou vlny mnohem větší, ale i oblasti, kde jsou naopak velmi malé. Na místech s většími vlnami se vlnky sčítají, v oblastech s menšími vlnami se naopak ruší.
Pokud máte více zdrojů, které pracují společně, můžete energii nasměrovat určitým směrem. Při troše nadsázky to vlastně funguje jako lupa, která dokáže zaostřit rozptýlené paprsky světla do jednoho malého bodu. V tomto případě jde o to soustředit energii z velké oblasti do podstatně menší. Při větším počtu zdrojů lze jejich načasováním vytvářet konstruktivní interferenci požadovaným směrem.
Další experimenty
Otestování ostatních součástí bude vyžadovat více času. Například kolekce fotovoltaických článků bude potřebovat až šest měsíců testování, aby bylo možné získat informace o tom, jaké typy fotovoltaických technologií budou nejvhodnější.
MAPLE zahrnuje řadu experimentů, od počátečního ověření funkce až po vyhodnocení výkonu systému v různých prostředích v průběhu času. Během toho budou dvě kamery na výsuvných ramenech umístěných na DOLCE a další kamery na skříni s elektronikou sledovat průběh experimentu a přenášet obraz zpět na Zemi. Tým SSPP doufá, že během několika měsíců po startu bude mít k dispozici kompletní údaje potřebné pro vyhodnocení výkonu.
„Ať už to dopadne jakkoli, tento prototyp je velkým krokem vpřed,“ říká Ali Hajimiri. „Funguje tady na Zemi a prošel přísnými procedurami, které jsou vyžadovány od všeho, co se vypouští do vesmíru. Stále existuje mnoho rizik, ale už to, že jsme prošli celým procesem, nám dalo cenná ponaučení. Věříme, že vesmírné experimenty poskytnou spoustu dalších užitečných informací, kterými se budeme řídit při dalším pokračování projektu.“
Solární panely ve vesmíru
Přestože solární panely fungují na Zemi již od konce 19. století, bylo nutné pro jejich použití ve vesmíru přehodnotit vše, co se týká výroby a přenosu solární energie. Pozemní solární panely jsou objemné a těžké, což prodražuje jejich vypuštění, a k přenosu energie potřebují rozsáhlé rozvody.
K překonání těchto problémů musel tým SSPP vymyslet a vytvořit nové technologie, konstrukce, materiály a struktury. Bylo nutné zkonstruovat systém který bude schopný prakticky využívat vesmírnou solární energii a zároveň bude dostatečně lehký, aby byl cenově výhodný pro masové nasazení ve vesmíru, i dostatečně pevný, aby odolal náročnému vesmírnému prostředí.
„DOLCE demonstruje novou architekturu pro kosmické lodě poháněné sluneční energií a fázová anténní pole. Využívá nejnovější generaci ultratenkých kompozitních materiálů k dosažení bezprecedentní účinnosti a flexibility. Díky dalším pokrokům, na kterých jsme již začali pracovat, očekáváme aplikace pro různé budoucí vesmírné mise,“ říká profesor Sergio Pellegrino.
Úsporný tým
„Celá flexibilní soustava MAPLE, stejně jako její základní elektronické čipy pro bezdrátový přenos energie a vysílací prvky, byly navrženy od základu. Nebylo to vyrobeno z prvků, které se dají koupit, protože vůbec neexistovaly. Toto zásadní přehodnocení systému je nezbytné pro realizaci škálovatelných řešení pro SSPP," vysvětluje Hajimiri.
Celou sadu tří prototypů vymyslel, navrhl, postavil a otestoval tým sestávající z asi 35 lidí. „Povedlo se nám to s menším týmem a podstatně menšími zdroji, než jaké by byly k dispozici v průmyslovém prostředí. Díky talentovanému týmu se to podařilo,“ říká Hajimiri. Skupina postgraduálních studentů, postdoktorandů a vědeckých pracovníků nyní představuje špičku v rozvíjejícím se oboru kosmické solární energie.
„Naše koncepce je založena na modulární sestavě ultralehkých, skládacích, 2D integrovaných prvků. Integrace solární energie a konverze rádiových vln v jednom prvku umožňuje vyhnout se rozvodné síti v celé konstrukci, což dále snižuje hmotnost a složitost. Tato koncepce umožňuje škálovatelnost a zmírňuje dopad lokální poruchy prvku na ostatní části systému.“ uvádí oficiální web projektu, na kterém můžete načerpat další informace.
Fotovoltaika ve vesmíru obchází nevýhody té pozemské. Právě probíhá první reálný test - vtm.zive.cz
Read More
No comments:
Post a Comment