สหรัฐฯ ทดสอบพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศสำเร็จ

ดาวเทียมโคจรทดสอบความเป็นไปได้ของเทคโนโลยีในการรวบรวมและส่งพลังงานแสงอาทิตย์มายังโลกประสบความสำเร็จในการทำภารกิจที่ใช้เวลานานหนึ่งปีสำเร็จ

การจำลองดาวเทียม Solar Space Power Demonstrator ในวงโคจรต่ำ ภาพ: Caltech — การจำลองดาวเทียม Solar Space Power Demonstrator ในวงโคจรต่ำ ภาพ: *Caltech*

จากสรุปภารกิจที่ประกาศโดยสถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย (Caltech) เมื่อวันที่ 16 มกราคม วิศวกรเบื้องหลังโครงการ Solar Space Power Demonstrator (SSPD-1) ได้ประเมินอุปกรณ์ทั้งสามที่ติดตั้งไว้บนต้นแบบดาวเทียมขนาด 50 กิโลกรัมว่าทำงานได้สำเร็จ และเชื่อว่าโครงการนี้ "จะเปิดอนาคตให้กับพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศ" ตามที่ Popular Science รายงาน

SSPD-1 จะทำการเปิดตัวด้วยจรวด SpaceX Falcon 9 ในช่วงต้นเดือนมกราคม 2023 และจะทำการทดลอง 3 ครั้ง ประการแรก การทดลอง DOLCE (Deployable on-Orbit ultraLight Composite) จะตรวจสอบความทนทานและประสิทธิภาพของโครงสร้างเซลล์แสงอาทิตย์น้ำหนักเบาที่ได้รับแรงบันดาลใจจากการพับกระดาษโอริกามิ ในขณะเดียวกัน การทดลองของ ALBA ได้ทำการทดสอบแผงโซลาร์เซลล์จำนวน 32 แบบเพื่อดูว่าแบบใดเหมาะสมกับพื้นที่มากที่สุด ในเวลาเดียวกัน การทดลอง Microwave Array for Power-transfer Low-orbit (MAPLE) ได้ทดสอบเครื่องส่งสัญญาณไมโครเวฟเพื่อส่งพลังงานแสงอาทิตย์ที่เก็บรวบรวมไว้ในวงโคจรกลับมายังโลก

ที่สำคัญที่สุด MAPLE ได้สาธิตให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าสามารถเก็บรวบรวมพลังงานแสงอาทิตย์ได้โดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์และส่งกลับมายังโลกผ่านลำแสงไมโครเวฟ ในช่วงเวลาแปดเดือน สมาชิกทีม SSPD-1 ได้เพิ่มการทดสอบความเครียดบน MAPLE โดยตั้งใจ ซึ่งส่งผลให้ความสามารถในการถ่ายโอนพลังงานลดลง จากนั้นทีมงานได้จำลองปัญหาในห้องแล็บ และค้นพบว่าสาเหตุอยู่ที่ปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้า-ความร้อนที่ซับซ้อน และการอ่อนตัวของส่วนประกอบแต่ละชิ้นในคลัสเตอร์

ผลลัพธ์ดังกล่าวช่วยปรับปรุงการออกแบบส่วนประกอบต่างๆ ของ MAPLE เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในระยะยาวให้สูงสุด Ali Hajimiri ผู้อำนวยการร่วมโครงการ Space Solar Power Project (SSPP) ของ Caltech และศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและการแพทย์ กล่าว

เซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ในดาวเทียมและเทคโนโลยีอวกาศอื่นๆ อีกมากมายในปัจจุบันมีต้นทุนในการผลิตสูงกว่าอุปกรณ์ที่ใช้บนพื้นดินถึง 10 เท่า Caltech อธิบายว่าสาเหตุหลักมาจากต้นทุนของการเพิ่มฟิล์มผลึกป้องกันที่เรียกว่าการเสริมแรงดึงบนพื้นผิว นักวิจัยโดยใช้ ALMA พบว่าแม้เซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์จะเป็นการออกแบบที่มีแนวโน้มดีบนโลก แต่ประสิทธิภาพการทำงานในอวกาศกลับมีช่องว่างใหญ่ ในขณะเดียวกัน แบตเตอรี่แกเลียมอาร์เซไนด์สามารถทำงานได้อย่างเสถียรเป็นเวลานาน โดยไม่จำเป็นต้องมีชั้นฟิล์มเพิ่มเติม

สำหรับ DOLCE ทีมงานยอมรับว่าไม่ใช่ทุกอย่างเป็นไปตามแผน แม้ว่าแผนเบื้องต้นคือการปรับใช้เป็นเวลา 3-4 วัน แต่ DOLCE ก็พบปัญหาทางเทคนิคมากมาย เช่น สายไฟชำรุดและชิ้นส่วนกลไกต่างๆ อย่างไรก็ตาม นักวิจัยพยายามแก้ปัญหานี้ด้วยการใช้กล้องดาวเทียมเพื่อจำลองความผิดปกติในห้องปฏิบัติการ

แม้ว่า SSPD-1 จะประสบความสำเร็จ แต่ก็ยังต้องใช้เวลาหลายปีกว่าที่จะสามารถใช้พลังงานแสงอาทิตย์ผ่านดาวเทียมได้อย่างมีประสิทธิภาพและคุ้มราคา การประมาณการก่อนหน้านี้ชี้ให้เห็นว่าพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศจะมีต้นทุน 1-2 เหรียญสหรัฐฯ ต่อ kWh ในขณะที่ต้นทุนปัจจุบันในสหรัฐฯ ต่ำกว่า 0.17 เหรียญสหรัฐฯ ต่อ kWh จำเป็นต้องลดค่าใช้จ่ายด้านวัสดุลงอย่างมาก แต่ยังคงแข็งแกร่งเพียงพอที่จะทนต่อรังสีดวงอาทิตย์และกิจกรรมแม่เหล็กโลกในอวกาศได้

ยังมีปัญหาอื่นๆ อีกมากมายที่ต้องได้รับการแก้ไขก่อนที่พลังงานแสงอาทิตย์จากอวกาศจะสามารถมีส่วนสนับสนุนโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานที่ยั่งยืนของมนุษยชาติได้ ปริมาณไฟฟ้าที่ส่งโดย SSPD-1 โดยผ่านลำแสงไมโครเวฟนั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับความต้องการในชีวิตประจำวัน และเซลล์แสงอาทิตย์ในอวกาศจะต้องมีความกว้างหลายพันเมตร ปัญหาความปลอดภัยของการส่งคลื่นไมโครเวฟและเลเซอร์อันทรงพลังมายังโลกก็ควรนำมาพิจารณาเช่นกัน ทีมงานที่ SSPP กำลังทำงานเพื่อแก้ไขปัญหาทั้งหมดก่อนที่ฟาร์มโซลาร์เซลล์แบบโคจรรอบโลกจะเป็นไปได้จริง

อัน คัง (ตาม Popsci )

ลิงค์ที่มา