Projetos ambiciosos para desenvolver usinas solares orbitais existem em todos os países com seus próprios programas espaciais. Oito vezes mais energia pode ser produzida em órbita a partir de cada metro quadrado do que na Terra, e isso acontece 24 horas por dia, sem interrupções durante a noite. Cientistas do Instituto de Tecnologia da Califórnia pretendem implementar seu projeto em dezembro, lançando em órbita o primeiro protótipo de uma usina de energia solar.
Fonte da imagem: Caltech
O projeto Caltech começou com uma doação recorde em 2013. Donald Bren, presidente do conselho de administração da Irvine Company, doou pouco mais de US$ 100 milhões para o programa da usina solar orbital. Em 2015, a Northrop Grumman despejou fundos no projeto, alocando US$ 17,5 milhões para o instituto.
O desenvolvimento foi realizado em três direções. Um grupo de cientistas desenvolveu células solares ultraleves, outro criou conversores ultraleves e eficientes de energia elétrica de baterias em radiação de micro-ondas, e o terceiro grupo projetou a estrutura de campos solares para lançamento no espaço, levando em conta as limitações dos modernos veículos de lançamento.
Agora, todos os três projetos estão incorporados em um protótipo, que em breve será colocado em órbita. As células solares criadas pelo primeiro grupo prometem uma relação potência/peso de 50 a 100 vezes melhor do que os painéis solares de satélite atuais, incluindo os mais recentes da ISS.
A segunda equipe apresentou equipamentos ultraleves, em miniatura e baratos para converter a corrente contínua dos painéis solares em um sinal de RF para posterior transmissão para a Terra. A solução o guia através da manipulação da fase do sinal, prometendo a mais alta precisão e velocidade.
O próprio painel é feito na forma de uma telha de 10 cm2. Um módulo contém células solares de dupla face e um módulo para conversão para um sinal de RF. O peso de um módulo é de apenas 2,8 g. Os módulos são montados em tiras de 2 m de largura e até 60 m de comprimento na parte mais longa do parque solar. Um quadrado com lados de 60 m é criado a partir das fitas, e o próprio campo para envio ao espaço é dobrado em uma forma muito compacta – quase como origami. A partir de tais quadrados, deve-se montar fazendas solares em uma órbita com uma área de 9 km2. Em órbita, os campos se transformarão independentemente em quadrados, cujo mecanismo também é inventado e é muito leve – cerca de 150 g por m2.
Os cientistas estão considerando duas opções de órbita para suas fazendas orbitais solares – uma geossíncrona com direção constante para uma estação receptora na Terra e uma órbita mais baixa que é menos dispendiosa em termos de custo de lançamento, mas com várias estações “roaming” em órbita com receptor estações espalhadas pela Terra. A última opção parece ser preferível. Cinco parques solares em órbita média exigiriam 39 lançamentos e forneceriam entre US$ 1 e US$ 2 por quilowatt-hora. Isso é 10 a 20 vezes mais caro do que o custo médio de um quilowatt-hora de energia elétrica nos Estados Unidos hoje, mas do ponto de vista da limpeza ambiental, o efeito promete ser significativo.