Trong một cuộc thí nghiệm mang tính đột phá, các nhà nghiên cứu Mỹ đã dùng vệ tinh truyền quang điện thành công từ không gian xuống nguồn thu đặt trên mái nhà ở TP Pasadena (bang California).
Theo báo cáo đăng trên chuyên san Science, đội ngũ chuyên gia của Viện Công nghệ California (Caltech) đã điều khiển một vệ tinh truyền điện Mặt trời dưới dạng chùm tia vi sóng đến các mục tiêu trên quỹ đạo Trái đất. Thậm chí một phần năng lượng cũng được truyền về thiết bị trên mặt đất. “Chưa có ai từng làm được điều này trước đó”, theo nhà khoa học Sanjay Vijendran của Cơ quan Không gian châu Âu (ESA). Thông qua cuộc thí nghiệm, nhóm Caltech cho thấy ý tưởng khai thác quang điện từ không gian hoàn toàn khả thi.
 |
Truyện ngắn năm 1941
Ý tưởng dùng vệ tinh khai thác điện Mặt trời và truyền về Trái đất lần đầu tiên được đề cập trong một truyện ngắn của tác giả người Mỹ Isaac Asimov xuất bản năm 1941. Theo đó, hai nhân vật chính là các kỹ sư Gregory Powell và Mike Donovan nhận nhiệm vụ trên trạm không gian đóng vai trò là cỗ máy khai thác điện Mặt trời và truyền về Trái đất sử dụng.
Đến năm 1968, trước khi con người đặt chân lên Mặt trăng, tiến sĩ Peter Glaser viết báo cáo đăng trên chuyên san Science với nội dung đề xuất phương án mang đến nguồn điện sạch và vĩnh cửu cho nhân loại. Ông cho rằng con người có thể phóng các “nhà máy quang điện” lên quỹ đạo địa cầu và chuyển năng lượng về Trái đất. Khi ấy, tiến sĩ người Mỹ cho rằng điện Mặt trời từ không gian và năng lượng nhiệt hạch có lẽ là biện pháp duy nhất có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch trở thành nguồn năng lượng chủ lực của xã hội loài người.
Tháng 7.1971, trong lúc làm việc cho công ty tư vấn Arthur D. Little ở TP Cambridge (Massachusetts), tiến sĩ Glaser nộp đơn đăng ký bằng sáng chế cho sáng kiến sử dụng vệ tinh khai thác điện Mặt trời trên không gian và truyền về Trái đất để hòa vào các lưới điện. Đến năm 1973, Mỹ đã cấp bằng sáng chế cho ông.
 |
| Đội ngũ chuyên gia của Viện Công nghệ California (Caltech) đã điều khiển một vệ tinh truyền điện Mặt trời dưới dạng chùm tia vi sóng đến các mục tiêu trên quỹ đạo Trái đất |
Thách thức kéo dài nhiều thập niên
Độ tin cậy từ lâu là thách thức khó vượt qua của điện Mặt trời trên không gian. Để sản xuất lượng điện năng ở mức độ đầy đủ như than đá hoặc điện hạt nhân, một vệ tinh cần diện tích khai thác kéo dài vài cây số, hàng trăm đợt phóng và lắp ráp trên quỹ đạo. Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) lên kế hoạch thực hiện sứ mệnh chứng minh ý tưởng này trong giai đoạn khủng hoảng năng lượng vào thập niên 1970. Thế nhưng, với công nghệ khi ấy, việc tập hợp các tổ đội phi hành gia, phóng tàu con thoi ước tính ngốn đến 1.000 tỷ USD. Khi NASA bỏ cuộc, ít nước nào nghiêm túc suy nghĩ về khả năng khai thác điện Mặt trời trên quỹ đạo sau đó.
Từ đó đến nay, công nghệ không gian chứng kiến sự thay đổi vượt bậc. Các bảng quang điện và công nghệ phát chùm tia vi sóng đang rẻ hơn và hiệu quả hơn. Những dòng rô bốt đủ năng lực lắp ráp các cấu trúc sẽ sớm được đưa vào không gian, và những công ty như SpaceX của tỷ phú Elon Musk cắt giảm mạnh chi phí mỗi lần phóng. Các cuộc nghiên cứu gần đây do ESA và chính phủ Anh thực hiện cho thấy các cỗ máy phát điện khổng lồ trên quỹ đạo trong thời gian không xa có thể tạo ra điện năng với chi phí cạnh tranh như các nhà máy điện hạt nhân trên mặt đất.
Một vài chương trình nghiên cứu cũng góp phần thúc đẩy lĩnh vực này tiến tới phía trước. Từ thập niên 1980, các nhà nghiên cứu Đại học Kyoto (Nhật Bản) đã thể hiện được năng lực truyền điện khoảng cách gần ở rìa không gian, nhờ vào các rốc két cận quỹ đạo. Năm 2020, một đội ngũ của Phòng thí nghiệm hải quân Mỹ phóng lên không gian một thiết bị với một bên là các tấm bảng quang điện, bên còn lại là những thiết bị điện tử và bộ truyền vi sóng. Bộ thiết bị kép này nhằm chứng minh khả năng chuyển đổi ánh sáng Mặt trời thành năng lượng vi sóng.
 |
Trong một diễn biến đột phá, sứ mệnh Caltech, được Quỹ Donald Bren và Northrop Grumman tài trợ, đặt mục tiêu đi xa hơn với tổ hợp thiết bị trọng lượng nhẹ, giá phải chăng và linh hoạt. Bộ phát vi sóng, đã được tích hợp bên trong vệ tinh phóng lên quỹ đạo, gồm 32 ăng ten phẳng được nén vào bề mặt chỉ nhỉnh hơn đĩa trên bàn ăn. Còn bộ phận truyền dẫn cỡ nhỏ, chỉ dừng ở mức 200 milliwatt, tức thấp hơn ánh sáng phát ra từ máy quay điện thoại. Tuy nhiên, đội ngũ Caltech vẫn có thể điều hướng chùm vi sóng về Trái đất và thiết bị nhận trên mái nhà ở Caltech đã bắt được tín hiệu này. “Đó là thí nghiệm chứng minh khái niệm, chứng tỏ một hệ thống về mặt tổng thể có thể làm được những gì”, kỹ sư điện tử Caltech Ali Hajimiri cho biết.
Vệ tinh Caltech vẫn còn 2 thí nghiệm cần thực hiện. Thứ nhất là thử nghiệm 32 loại bảng quang điện khác nhau để chọn ra loại có thể chịu đựng tốt nhất trên môi trường không gian. Thứ hai là thử nghiệm vật liệu gấp siêu nhẹ, có thể bung ra như cấu trúc cánh buồm bề ngang 2 mét. Dù cánh buồm không được gắn bất kỳ bảng quang điện nào, mục đích của cuộc thí nghiệm này nhằm đánh giá một dạng thiết bị mỏng, linh hoạt, diện tích rộng, cần cho trạm điện Mặt trời trong tương lai.
HỒNG HOANG
Bình luận