ความพยายามในการส่งพลังงานแสงอาทิตย์จากอวกาศสู่โลก

นักวิจัยกำลังทำการทดลองเพื่อสร้างพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศและส่งกลับมายังโลกแบบไร้สาย

การจำลองดาวเทียมพลังงานแสงอาทิตย์ CASSIOPeiA ที่ออกแบบโดยอังกฤษ ภาพ: Space Solar — การจำลองดาวเทียมพลังงานแสงอาทิตย์ CASSIOPeiA ที่ออกแบบโดยอังกฤษ ภาพ: *Space Solar*

อาลี ฮาจิมิริ ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าประจำสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย (Caltech) ใช้เวลากว่าทศวรรษในการค้นคว้าวิธีการส่งเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นสู่อวกาศและส่งพลังงานกลับมายังโลก ตามรายงานของ CNN ในปีนี้ ฮาจิมิริและเพื่อนร่วมงานได้ก้าวไปอีกขั้นในการทำให้การผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศเป็นจริง ในเดือนมกราคม ปี 2023 พวกเขาได้ส่งยานเมเปิล ซึ่งเป็นต้นแบบความยาว 30 เซนติเมตรที่ติดตั้งเครื่องส่งสัญญาณแบบยืดหยุ่นและน้ำหนักเบามาก เป้าหมายของพวกเขาคือการเก็บพลังงานจากดวงอาทิตย์และส่งผ่านแบบไร้สายในอวกาศ ปริมาณไฟฟ้าที่ทีมเก็บได้นั้นเพียงพอที่จะจ่ายไฟให้กับหลอดไฟ LED สองหลอด

อย่างไรก็ตาม เป้าหมายที่กว้างกว่าของนักวิจัยคือการตรวจสอบว่าเมเปิลสามารถส่งพลังงานกลับมายังโลกได้หรือไม่ ในเดือนพฤษภาคม ปี 2023 ทีมวิจัยได้ตัดสินใจทำการทดลองเพื่อค้นหาว่าจะเกิดอะไรขึ้น บนดาดฟ้าของวิทยาเขตคาลเทคในเมืองพาซาดีนา รัฐแคลิฟอร์เนีย ฮาจิมิริและ นักวิทยาศาสตร์ อีกหลายคนสามารถรับสัญญาณของเมเปิลได้ พลังงานที่พวกเขาตรวจพบนั้นน้อยเกินไปจนไม่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ แต่พวกเขาก็สามารถส่งพลังงานไฟฟ้าแบบไร้สายจากอวกาศได้สำเร็จ

การผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศไม่ใช่เรื่องซับซ้อนอะไร มนุษย์สามารถใช้ประโยชน์จากพลังงานมหาศาลของดวงอาทิตย์ในอวกาศได้ ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่มีอยู่ตลอดเวลา โดยไม่ได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศเลวร้าย เมฆปกคลุม ช่วงเวลากลางคืน หรือฤดูกาล มีแนวคิดมากมายสำหรับการทำเช่นนี้ แต่นี่คือวิธีการทำงาน ดาวเทียมพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 1 ไมล์ จะถูกปล่อยขึ้นสู่วงโคจรที่ระดับความสูงมาก ด้วยขนาดที่ใหญ่โตของโครงสร้าง ดาวเทียมเหล่านี้จึงประกอบด้วยโมดูลขนาดเล็กที่ผลิตจำนวนมากหลายแสนชิ้น คล้ายกับตัวต่อเลโก้ ซึ่งประกอบขึ้นในอวกาศโดยหุ่นยนต์อัตโนมัติ

แผงโซลาร์เซลล์ของดาวเทียมจะรวบรวมพลังงานแสงอาทิตย์ แปลงเป็นคลื่นไมโครเวฟ และส่งผ่านแบบไร้สายมายังโลกผ่านเครื่องส่งสัญญาณขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถส่งสัญญาณไปยังตำแหน่งเฉพาะบนพื้นดินได้อย่างแม่นยำ คลื่นไมโครเวฟสามารถทะลุผ่านเมฆและสภาพอากาศเลวร้ายได้อย่างง่ายดาย มุ่งหน้าสู่เสาอากาศรับสัญญาณบนโลก จากนั้นคลื่นไมโครเวฟจะถูกแปลงกลับเป็นพลังงานไฟฟ้าและป้อนเข้าสู่ระบบโครงข่ายไฟฟ้า

เสาอากาศรับสัญญาณมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 6 กิโลเมตร และสามารถสร้างได้ทั้งบนบกและนอกชายฝั่ง เนื่องจากโครงสร้างคล้ายกริดมีความโปร่งใสเกือบหมด จึงสามารถใช้พื้นดินด้านล่างเป็นแผงโซลาร์เซลล์ ฟาร์ม หรือการใช้งานอื่นๆ ได้ ดาวเทียมเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ดวงเดียวในอวกาศสามารถผลิตพลังงานได้ 2 กิกะวัตต์ เทียบเท่ากับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดกลางสองแห่งในสหรัฐอเมริกา

อุปสรรคสำคัญต่อเทคโนโลยีนี้คือต้นทุนที่สูงในการส่งโรงไฟฟ้าขึ้นสู่วงโคจร ซึ่งเริ่มเปลี่ยนแปลงไปในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา เมื่อบริษัทอย่าง SpaceX และ Blue Origin เริ่มพัฒนาจรวดที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ ปัจจุบันต้นทุนการปล่อยอยู่ที่ประมาณ 1,500 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลกรัม ซึ่งต่ำกว่าต้นทุนในยุคกระสวยอวกาศช่วงต้นทศวรรษ 1980 ถึง 30 เท่า

ผู้สนับสนุนแนวคิดนี้กล่าวว่าพลังงานแสงอาทิตย์จากอวกาศสามารถให้พลังงานแก่ประเทศพัฒนาแล้วซึ่งมีความต้องการพลังงานมหาศาลแต่ขาดแคลนโครงสร้างพื้นฐาน นอกจากนี้ยังสามารถให้บริการแก่เมืองและหมู่บ้านห่างไกลในอาร์กติกจำนวนมากที่ต้องเผชิญกับความมืดมิดเป็นเวลาหลายเดือนในแต่ละปี และช่วยเหลือชุมชนที่สูญเสียพลังงานเนื่องจากภัยพิบัติทางธรรมชาติหรือความขัดแย้ง

แม้ว่าจะยังมีขั้นตอนอีกยาวไกลระหว่างแนวคิดและการนำสู่เชิงพาณิชย์ แต่รัฐบาลและบริษัทต่างๆ ทั่วโลก เชื่อว่าพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศสามารถตอบสนองความต้องการพลังงานสะอาดที่เพิ่มขึ้นและช่วยแก้ไขวิกฤตสภาพภูมิอากาศได้ ในสหรัฐอเมริกา ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพอากาศวางแผนที่จะส่งยานทดลองขนาดเล็กชื่อ Arachne ในปี พ.ศ. 2568 ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือสหรัฐฯ ได้เปิดตัวโมดูลบนยานทดสอบในวงโคจรในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2563 เพื่อทดสอบฮาร์ดแวร์ผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ในสภาพอวกาศ สถาบันเทคโนโลยีอวกาศแห่งประเทศจีน (China Academy of Space Technology) ตั้งเป้าที่จะส่งดาวเทียมแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ขึ้นสู่วงโคจรต่ำในปี พ.ศ. 2571 และขึ้นสู่วงโคจรสูงในปี พ.ศ. 2573

รัฐบาล สหราชอาณาจักรได้ดำเนินการศึกษาอิสระและสรุปว่าการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศมีความเป็นไปได้ทางเทคนิคด้วยการออกแบบ เช่น ดาวเทียม CASSIOPeiA ขนาด 1.7 กิโลเมตร ที่สามารถส่งพลังงานได้ 2 กิกะวัตต์ สหภาพยุโรปกำลังพัฒนาโครงการ Solaris เพื่อศึกษาความเป็นไปได้ทางเทคนิคของพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศ

ในรัฐแคลิฟอร์เนีย ฮาจิมิริและทีมงานได้ใช้เวลาหกเดือนที่ผ่านมาในการทดสอบต้นแบบเพื่อรวบรวมข้อมูลสำหรับการออกแบบรุ่นต่อไป เป้าหมายสูงสุดของฮาจิมิริคือชุดใบเรือที่มีความยืดหยุ่นและมีน้ำหนักเบา ซึ่งสามารถขนส่ง ปล่อย และกางออกในอวกาศได้ โดยมีส่วนประกอบหลายพันล้านชิ้นทำงานประสานกันอย่างสมบูรณ์แบบเพื่อส่งพลังงานไปยังที่ที่ต้องการ

อัน คัง (ตามรายงานของ CNN )

ลิงค์ที่มา