Chińscy naukowcy przetestowali system, który przesyła energię bez kabla do kilku poruszających się odbiorników jednocześnie. Zespół projektu Sun Chasing z Xidian University uzyskał 1180 W na dystansie ponad 100 m, a w osobnym teście dron lecący 30 km/h odebrał stabilne 143 W z odległości 30 m. To krok w stronę kosmicznych elektrowni słonecznych, które w przyszłości miałyby zbierać energię na orbicie i przekazywać ją mikrofalami.
Projekt prowadzi Duan Baoyan, członek Chińskiej Akademii Inżynierii i profesor Xidian University w prowincji Shaanxi. Jego zespół nie pokazał jeszcze gotowej elektrowni orbitalnej, lecz sprawdził technologię, bez której taki system nie ma sensu: precyzyjne kierowanie wiązki energii do odbiorników znajdujących się w ruchu.
Idea kosmicznej elektrowni słonecznej opiera się na prostym problemie. Na orbicie panele mogą zbierać światło bez nocy, chmur i zakłóceń atmosferycznych, ale energii nie da się sprowadzić na Ziemię kablem z wysokości 36 tys. km. Trzeba zamienić prąd w mikrofale, skierować wiązkę do odbiornika, a po drugiej stronie ponownie przekształcić ją w prąd stały.
Orbitalna ładowarka dla satelitów
Duan porównał kosmiczną elektrownię do bezprzewodowej ładowarki ustawionej na wybranej orbicie. Taka sieć mogłaby zasilać satelity, statki kosmiczne albo stacje orbitalne bez pełnej zależności od własnych paneli słonecznych. Małe satelity na niskiej orbicie okołoziemskiej często pracują w cyklu, w którym przez część 96-minutowego obiegu korzystają z energii słonecznej, a po wejściu w cień Ziemi przechodzą na baterie.
Zespół Duana zaproponował projekt OMEGA już w 2014 roku. W czerwcu 2022 roku Xidian University zbudował pełny naziemny system walidacyjny, który sprawdzał cały łańcuch: zbieranie światła, zamianę go w prąd, przekształcenie prądu w mikrofale, przesłanie energii i ponowne uzyskanie prądu po stronie odbiornika.
Nowa wersja ma działać modułowo
Najnowsza wersja projektu nosi nazwę Distributed OMEGA. Zamiast jednego dużego układu z pełnym sferycznym koncentratorem światła zakłada użycie wielu mniejszych, niezależnych modułów. Według Li Xuna z Xidian University takie rozwiązanie zmniejsza ryzyko awarii całego systemu po uszkodzeniu pojedynczego elementu, na przykład przez kosmiczne śmieci. Moduły mogłyby pracować w formacji, a w razie uszkodzenia jednego z nich reszta systemu zachowywałaby większość mocy.
W ostatnich testach system osiągnął 20,8 proc. sprawności przesyłu na dystansie ponad 100 m. W 2022 roku wskaźnik wynosił 15,05 proc. Zespół podał też 88 proc. skuteczności zbierania wiązki, co oznacza, że energia mikrofalowa była utrzymywana blisko wyznaczonego odbiornika.
Dron dostał 143 W w locie
Osobny test dotyczył zasilania ruchomego celu. Dron lecący z prędkością 30 km/h otrzymał stabilne 143 W z odległości 30 m. Ten element jest kluczowy dla zastosowań kosmicznych, bo satelity, stacje orbitalne i odbiorniki energii nie stoją względem siebie nieruchomo. System musi śledzić cel, utrzymywać kierunek wiązki i ograniczać straty.
Chińscy badacze wskazują też na mniejsze i lżejsze anteny nadawcze oraz odbiorcze, dokładniejsze śledzenie Słońca i zamknięty system kontroli wiązki. To parametry mniej efektowne niż sama wizja elektrowni w kosmosie, ale bez nich nie da się przejść od eksperymentu na ziemi do pracy na orbicie.
Do elektrowni orbitalnej jeszcze daleko
Panel ekspertów zorganizowany przez Shaanxi Provincial Technology Transfer Center uznał wyniki projektu za światowo wiodące i wskazał na szerokie perspektywy zastosowań inżynieryjnych oraz przemysłowych. Sam zespół zapowiada jednak dalszą pracę nad trzema problemami: przeniesieniem systemu z testów naziemnych do środowiska kosmicznego, poprawą sprawności przesyłu na duże odległości i sterowaniem wiązką przy prędkościach orbitalnych.
Najbliższy etap nie będzie polegał na budowie gotowej elektrowni nad Ziemią, lecz na dopracowaniu technologii przesyłu. Jeżeli Sun Chasing przejdzie z poligonu naziemnego do testów orbitalnych, energia bez kabla przestanie być tylko obietnicą dla przyszłej energetyki. Może stać się narzędziem dla satelitów, stacji kosmicznych i długich misji, w których dostęp do światła słonecznego nie zawsze oznacza dostęp do prądu.
