Компактный микроволновый передатчик MAPLE, разработанный специалистами Калифорнийского технологического института (CalTech) в США, успешно подтвердил возможность использования космической солнечной энергии для целей электроснабжения с орбиты без сложной наземной инфраструктуры. Об этом сообщает сайт SciTechDaily. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Прототип системы сбора космической солнечной энергии SSPD-1, который был запущен на орбиту в январе в рамках проекта Space Solar Power Project (SSPP), находится в рабочем состоянии и продемонстрировал свою способность беспроводной передачи собранной энергии на Землю. Беспроводная передача энергии была продемонстрирована передатчиком MAPLE – одной из трех ключевых технологий, тестируемых космическим демонстратором SSPD-1.
MAPLE (сокращение от Microwave Array for Power-Transfer Low-orbit Experiment – «Микроволновая решетка для низкоорбитального эксперимента по передаче энергии») состоит из массива гибких легких микроволновых передатчиков энергии, управляемых специальными электронными чипами, которые были построены с использованием недорогих кремниевых технологий. Прототип MAPLE был разработан научно-инженерной группой CalTech под руководством профессора Али Хаджимири, который является также содиректором программы SSPP.
Массив предназначен для направленной передачи энергии в заданные места на Земле. Используя конструктивную и деструктивную интерференцию между отдельными передатчиками, группа передатчиков энергии способна смещать фокус и направление излучаемой энергии без каких-либо движущихся частей, задействуя элементы управления синхронизацией для выборочной динамической фокусировки мощности в точно заданном месте на Земле с помощью когерентного добавления электромагнитных волн.
Помимо этого, MAPLE имеет два отдельных массива приемников, расположенных на расстоянии около 30 см от передатчика, чтобы получать энергию, преобразовывать ее в электричество постоянного тока и использовать ее для включения пары светодиодов, чтобы продемонстрировать полную последовательность процесса беспроводной передачи энергии из космоса на Землю.
MAPLE успешно проверил этот процесс непосредственно на орбите, зажигая каждый светодиод по отдельности и переключаясь между ними. Массив – не герметичен, поэтому он подвержен суровым условиям космоса, включая большие перепады температур и солнечное излучение, – условия, с которыми в будущем столкнутся крупномасштабные установки SSPP.
«Насколько нам известно, никто никогда не демонстрировал беспроводную передачу энергии в космосе даже с использованием дорогих жестких конструкций. Мы осуществили это впервые – с помощью гибких легких конструкций и собственных интегральных схем», – отметил Хаджимири.
Переданная MAPLE энергия была доставлена на приемник, расположенный на крыше Инженерной лаборатории в кампусе Калифорнийского технологического института в Пасадене. Принятый сигнал появился в ожидаемое время, на заданной частоте и имел точный частотный сдвиг, как и было намечено планами его подачи с орбиты.
Эксперимент предоставил инженерам SSPP важные результаты. Антенны передачи энергии были сгруппированы в массивы по 16 устройств, каждая группа полностью управлялась одним изготовленным на заказ гибким чипом интегральной схемы, и теперь Хаджимири со своей научной группой оценивает производительность отдельных элементов в системе, а также интерференционные картины меньших групп, измеряя различия между различными комбинации.
Кропотливый процесс, на полное завершение которого может уйти до шести месяцев, позволит разработчикам разобраться с нарушениями и отследить их до отдельных единиц, что даст представление о следующем поколении системы SSPP.
Космическая солнечная энергия дает возможность использовать практически неограниченные запасы солнечной энергии в космическом пространстве, где энергия постоянно доступна и не зависит от циклов дня и ночи, времен года и облачного покрова. По оценкам исследователей, это потенциально дает в восемь раз больше энергии, чем использование солнечных батарей в любом месте на поверхности Земли.
После своей полной реализации программа SSPP развернет созвездие модульных космических аппаратов, которые собирают солнечный свет, преобразуют его в электричество, а затем преобразуют его в микроволны, которые будут передаваться по беспроводной сети на большие расстояния туда, где это необходимо, включая места, которые в настоящее время вообще не имеют доступа к надежному источнику электроснабжения.
Для запуска и развертывания достаточно больших массивов для обеспечения энергией Землю SSPP должна спроектировать и создать системы передачи солнечной энергии, которые будут сверхлегкими, эластичными и дешевыми. Как предполагается, отдельные блоки SSPP будут складываться в пакеты объемом около 1 кубического метра, а затем разворачиваться в плоские квадраты со стороной около 50 метров, с солнечными элементами на одной стороне (постоянно обращенной к солнцу) и беспроводными передатчиками энергии на другой стороне (постоянно обращенной к Земле).
Помимо MAPLE, в рамках программы SSPD испытываются еще два ключевых элемента будущей системы: DOLCE («Развертываемый на орбите сверхлегкий композитный эксперимент») – структура размером около 2х2 м, которая демонстрирует архитектуру, схему упаковки и механизмы развертывания модульного космического корабля; и ALBA – набор из 32 различных типов фотоэлектрических элементов, позволяющий выявить и оценить наиболее эффективные устройства для работы в суровых условиях космоса.
Испытания ALBA еще продолжаются, а DOLCE лишь только готовится запуску и к развертыванию на орбите. Но конкретные результаты этих экспериментов ожидается получить в ближайшие месяцы, заявляют специалисты CalTech.