Đăng nhập
Trang chủ
VNReport»Sự kiện & Bình luận»Quốc tế»Tiến bộ trong nghiên cứu truyền năng lượng mặt trời từ vũ trụ
Thứ 5, 19/09/2024 Youtube Link

Tiến bộ trong nghiên cứu truyền năng lượng mặt trời từ vũ trụ

13:30 - 09/06/2023

Các nhà khoa học đang thử nghiệm các vệ tinh có thể thu năng lượng mặt trời từ vũ trụ để gửi xuống mặt đất.

Trong thời đại “không dây hóa” mọi thứ , giới khoa học đang cố gắng truyền điện từ năng lượng mặt trời dồi dào trong vũ trụ xuống mặt đất mà không cần dây cáp điện.

Hơn nửa thế kỷ trước, một bài báo có tiêu đề “Sức mạnh từ Mặt trời” trên tạp chí Science đưa ra căn cứ cho điều này. Trên bầu khí quyển của Trái đất, ánh nắng mặt trời không bao giờ bị gián đoạn bởi mây và không có ngày hay đêm. Các vệ tinh thu năng lượng mặt trời về mặt lý thuyết có thể hoạt động suốt ngày đêm, gửi điện không phát thải đến bất cứ nơi nào trên Trái đất. Nhưng ý tưởng này bị cho là quá phức tạp và tốn kém.

Gần đây, nó được đưa ra thử nghiệm. Ngày 3/1, một nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ California (Caltech) ra mắt bộ thí nghiệm để kiểm tra các thành phần chính của hệ thống năng lượng mặt trời vũ trụ. Nó được khởi động vào tháng 5 và bắt đầu cho thấy những kết quả ban đầu đáng khích lệ. “Mọi người đang nhận ra đây không chỉ là khoa học viễn tưởng”, Ali Hajimiri – một kỹ sư tại Caltech và là một trong những người đứng đầu dự án – cho biết. “Có thể có cách để biến điều này thành hiện thực”.

Một nguyên mẫu thiết bị truyền vi sóng từ vụ trũ đang được Caltech thử nghiệm.

Một nguyên mẫu thiết bị truyền vi sóng từ vụ trũ đang được Caltech thử nghiệm.

Những nỗ lực khác cũng có kết quả. Cơ quan Vũ trụ Châu Âu đang vạch ra kế hoạch chi tiết cho một mạng lưới năng lượng mặt trời vũ trụ. Học viện Công nghệ Vũ trụ Trung Quốc công bố kế hoạch một nguyên mẫu vệ tinh truyền năng lượng vào năm 2028. Và các phòng thí nghiệm quân sự ở Mỹ đang thử nghiệm công nghệ mà một ngày nào đó có thể truyền năng lượng trong vũ trụ đến các căn cứ hoặc khu vực chiến đấu ở xa.

Một trong những thách thức chính đối với tất cả các dự án này là tìm cách an toàn, hiệu quả và đáng tin cậy để truyền tải hàng gigawatt điện xuống mặt đất và sau đó chuyển đổi nó thành điện năng mà mọi người có thể sử dụng. Chùm vi sóng là kỹ thuật được ưa chuộng, chủ yếu là do chúng có thể di chuyển tự do trong không khí bất kể thời tiết. Mặc dù tương tự như những chùm được sử dụng trong lò vi sóng, những chùm tia này ít tập trung hơn nhiều. Một nghiên cứu gần đây của Ủy ban Châu Âu phát hiện ra rằng các chùm vi sóng tới mặt đất quá yếu và khuếch tán đủ rộng để không gây hại cho sức khỏe con người. Tuy nhiên, một số người tham gia vào các dự án này cho biết cần phải nghiên cứu kỹ lưỡng hơn nữa để công chúng chấp nhận.

Chris Rodenbeck – người đứng đầu một nhóm dự án của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Mỹ (NRL) – cho biết: “Về cơ bản, nó là công nghệ giống như sạc không dây cho điện thoại di động”. Năm 2021, Rodenbeck và các cộng sự của ông đã gửi một chùm vi sóng 1,6 kilowatt (tương tự như tín hiệu được sử dụng cho Wi-Fi, nhưng ở tần số cao hơn) từ bộ phát đến bộ thu cách xa khoảng 1 km. Các nhà nghiên cứu cho biết họ sử dụng vi sóng vì chúng di chuyển tự do trong không khí, không bị ảnh hưởng bởi thời tiết. Tuy nhiên, chưa ai đạt được thành tích tương đương từ vũ trụ.

NRL đang thử nghiệm công nghệ phát tia trong vũ trụ bằng cách sử dụng thiết bị có kích thước bằng một ổ bánh mì, được gọi là mô-đun ăng-ten tần số vô tuyến quang điện (PRAM). Nó đã bay trên máy bay vũ trụ X-37B của Không quân Mỹ và chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành vi sóng – nhưng không định hướng dòng vi sóng – trước khi quay trở lại Trái đất vào năm ngoái. Ông Rodenbeck đang thực hiện một dự án tiếp theo của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Không quân. Dự án này – dự kiến bắt đầu vào năm 2025 – nhằm giải quyết nhiệm vụ khó khăn hơn là truyền năng lượng từ quỹ đạo đến một trạm trên mặt đất.

Ali Hajimiri thuộc Caltech đứng giữa thiết kế cũ (bên phải) của công nghệ phát vi sóng và thiết kế mới (bên trái).

Ali Hajimiri thuộc Caltech đứng giữa thiết kế cũ (bên phải) của công nghệ phát vi sóng và thiết kế mới (bên trái).

Nhóm Caltech đang cố gắng đẩy nhanh quá trình này bằng cách thử nghiệm nhiều công nghệ cùng lúc, với sự tài trợ từ tỷ phú Donald Bren. Nhiều năm trước, ông bị hấp dẫn bởi một bài báo trên tạp chí Popular Science về khả năng thu năng lượng mặt trời trong vũ trụ. “Tôi đã mơ về cách năng lượng mặt trời trong vũ trụ có thể giải quyết một số thách thức cấp bách nhất của nhân loại”, ông nói. Trong thập kỷ qua, ông đã quyên góp 100 triệu USD cho Caltech để hỗ trợ các thử nghiệm về công nghệ này.

Một trong những thành phần quan trọng trên thiết bị của Caltech là máy phát chùm năng lượng có tên Maple (viết tắt của Thử nghiệm mảng vi sóng cho truyền năng lượng quỹ đạo thấp). Nó tạo ra những vi sóng và định hướng chúng từ một phần của vệ tinh sang một phần khác, thắp sáng hai đèn LED thử nghiệm, ông Hajimiri nói. Khoảng cách di chuyển là nhỏ – khoảng 30 cm – nhưng đó là bằng chứng đầu tiên được ghi nhận về việc truyền năng lượng trong vũ trụ. Thiết bị này cũng hướng các vi sóng về phía Trái đất, được các máy dò của Caltech trên mặt đất thu được.

Maple có thiết kế mới: kết hợp bộ thu năng lượng mặt trời và bộ phát thành một thiết bị khép kín duy nhất. Cách tiếp cận đó có thể giúp giải quyết một trong những trở ngại khó khăn nhất đối với việc chế tạo các vệ tinh năng lượng mặt trời: kích thước. Để đạt sản lượng của một nhà máy điện hạng trung trên Trái đất, một vệ tinh năng lượng mặt trời cần ít nhất 2,5 km2 diện tích thu ánh sáng.

Nguyên mẫu máy phát chùm năng lượng Maple.

Nguyên mẫu máy phát chùm năng lượng Maple.

Thay vì cố gắng xây dựng một cấu trúc khổng lồ như vậy cùng một lúc, nhóm Caltech hình dung việc xâu chuỗi nhiều bộ thu/phát nhỏ lại với nhau thành các cấu hình có thể mở rộng. Chúng sẽ hoạt động cùng nhau, loại bỏ nhu cầu đi dây phức tạp và ăng-ten trung tâm nặng. Ông Hajimiri ví điều này như chuyển từ một con voi lớn sang một tổ kiến.

Một thí nghiệm khác của Caltech gợi ý một cách nhẹ nhàng, đơn giản để giữ các vệ tinh cùng nhau. Sergio Pellegrino và nhóm của ông phát triển các cấu trúc vũ trụ có thể mở rộng chỉ nặng 100g/1m2. Một nguyên mẫu đã được đóng trong một khối trụ nhỏ trên vệ tinh. Nó được thiết kế để bật ra và tạo thành một bộ khung hình vuông ổn định. Giống như Maple, nó có khả năng mở rộng quy mô lên các kích thước lớn hơn rất nhiều.

Hệ thống có khả năng chống chịu hư hỏng tốt nhờ thiết kế như vậy, ông Pellegrino nói. “Nếu có hư hỏng – ví dụ, thiên thạch vi mô hoặc những thứ tương tự – thì đó là một thiệt hại nhỏ, cục bộ chứ không phải thiệt hại toàn hệ thống”.

Để truyền năng lượng xuống mặt đất, nhóm Caltech sẽ thực hiện theo cách tương tự như thí nghiệm của NRL. Vệ tinh năng lượng mặt trời sẽ chuyển đổi điện năng thành tín hiệu vi sóng và truyền nó tới một máy thu, nhưng cách xa hàng trăm đến hàng nghìn km trong trường hợp này. Máy thu trên mắt đất sẽ thu các vi sóng và sử dụng thiết bị điện tử để đảo ngược quá trình, chuyển đổi sóng trở lại thành năng lượng điện. Hầu hết các ý tưởng khác về vệ tinh năng lượng mặt trời cũng sử dụng cách tiếp cận này.

Thiết bị Maple thử nghiệm truyền năng lượng trong vũ trụ.

Thiết bị Maple thử nghiệm truyền năng lượng trong vũ trụ.

Tuy nhiên, có rất nhiều ý tưởng khác nhau về cách xử lý khi điện đến mặt đất.

Ông Rodenbeck tại NRL hình dung khả năng truyền năng lượng tới các địa điểm chiến đấu để chúng không phải phụ thuộc vào những đoàn xe chở nhiên liệu. Ông Hajimiri tưởng tưởng sử dụng các ăng-ten linh hoạt kích thước khổng lồ để cung cấp năng lượng khẩn cấp sau thảm họa thiên nhiên hoặc để cấp điện cho những vùng xa xôi ở châu Phi hạ Sahara. Sanjay Vijendran – lãnh đạo dự án năng lượng mặt trời vũ trụ của Cơ quan Vũ trụ châu Âu – vạch ra kế hoạch đầy tham vọng cho một đội vệ tinh năng lượng mặt trời cấp điện trực tiếp vào lưới điện Châu Âu. “Chúng tôi đang tìm cách đóng góp đáng kể vào giảm thiểu biến đổi khí hậu”, ông nói.

Việc đưa năng lượng mặt trời từ vũ trụ đến với công chúng không chỉ cần nhiều vệ tinh mà còn cần rất nhiều trang trại ăng-ten trên mặt đất. Theo một nghiên cứu, cần khoảng 65 km2 ăng-ten để thu 2 gigawatt điện.

Ông Vijendran hiểu rằng cần phải điều tra kỹ lưỡng tất cả các nguy cơ, từ tác động sức khỏe đến hành động phá hoại. Đã có nhiều nghiên cứu về sự an toàn của vi sóng, nhưng cho đến nay, chùm tia từ vũ trụ vẫn chưa được chú trọng. “Mọi người cần thấy rằng những thứ này đã được thẩm định và chứng minh một cách thuyết phục rằng chúng không gây hại hoặc có khả năng gây hại”, ông nói.

Và sau đó là câu hỏi về giá cả mà khách hàng phải trả. Một nghiên cứu của công ty Roland Berger kết luận rằng đây có thể là “một công nghệ tái tạo có chi phí cạnh tranh”, nhưng điều đó phụ thuộc rất nhiều vào việc giảm chi phí phóng lên vũ trụ và thiết bị điện tử.

Tuy nhiên, ông Pellegrino cho rằng không có lựa chọn nào khác ngoài việc dốc toàn lực vào thử nghiệm công nghệ. “Có nhu cầu sống còn cho năng lượng sạch dồi dào, và điều này có thể giúp đưa chúng ta đến đó”, ông nói.

Tags:

Tin liên quan

Ngành công nghiệp năng lượng mặt trời Trung Quốc hưởng lợi
Các thành viên Taliban ở dinh tổng thống Afghanistan vào Chủ nhật. Ảnh: AP
Taliban chiếm Kabul, chính quyền Afghanistan sụp đổ
Tập Cận Bình đang mở rộng chiến dịch đàn áp các doanh nghiệp công nghệ của Trung Quốc.
Tập Cận Bình kêu gọi "điều tiết" thu nhập cao
Dầu giao qua đường biển – chiếm phần lớn lượng xuất khẩu của Nga vào EU – sẽ bị cấm theo quyết định mới.
EU cam kết hạn chế mua dầu từ Nga

Tin mới nhất

Đầu Tư Tiết Kiệm - Trang tin về đầu tư
Quên mật khẩu

© 2021 Bản quyền thuộc về VNREPORT
Follow VNREPORT Youtube
Giấy phép thiết lập mạng xã hội trên mạng số 330/GP-BTTTT do Bộ Thông tin truyền thông cấp ngày 02/06/2021
Người đại diện: Văn Lê Hằng
Đơn vị chủ quản:
Công ty TNHH Truyền thông Đa phương tiện DigiMove
Trụ sở: số 5A, Ngõ 256, Mễ Trì Thượng, Mễ Trì, Quận Nam Từ Liêm, Hà Nội
Điện thoại: (024) 3205.2389
Liên hệ nội dung: digimove.vn@gmail.com
Liên hệ quảng cáo: (024) 3205.2389