E’ la settimana dello spazio su Energy.gov. Stiamo esplorando il sistema solare (e oltre) per evidenziare i contributi del Dipartimento dell’Energia e dei nostri laboratori nazionali al programma spaziale degli Stati Uniti. Controlla ogni giorno questa settimana per nuovi video, grafici interattivi, linee temporali e altro ancora – e invia le tue domande per la nostra chat su Twitter del laboratorio sull’energia oscura, che si terrà questo venerdì, 7 marzo. Usa l’hashtag #SpaceWeek per unirti alla conversazione su Twitter, Facebook, Google+ e Instagram.
Non puoi raccogliere energia solare di notte. Beh, almeno non sulla Terra. Dal momento che è la Settimana dello Spazio, abbiamo pensato che sarebbe stato opportuno guardare a un’idea promettente, ma futuristica, che potrebbe cambiare il volto della generazione di energia solare: Space-Based Solar Power (SBSP). Mentre il Dipartimento dell’Energia non sta attivamente ricercando la SBSP, speriamo che vi prenderete un momento per conoscere questo concetto lontano.
L’idea di catturare l’energia solare nello spazio per usarla come energia sulla Terra esiste fin dall’inizio dell’era spaziale. Negli ultimi anni, tuttavia, gli scienziati di tutto il mondo – e diversi ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) del Dipartimento dell’Energia – hanno mostrato come i recenti sviluppi tecnologici potrebbero rendere questo concetto una realtà.
Sulla terra, l’energia solare è notevolmente ridotta dalla notte, dalla copertura nuvolosa, dall’atmosfera e dalle stagioni. Circa il 30% di tutta la radiazione solare in entrata non arriva mai al livello del suolo. Nello spazio il sole splende sempre, l’inclinazione della Terra non impedisce la raccolta di energia e non c’è atmosfera a ridurre l’intensità dei raggi solari. Questo rende l’installazione di pannelli solari nello spazio una possibilità allettante. Inoltre, SBSP può essere utilizzato per ottenere energia affidabile e pulita per le persone in comunità remote in tutto il mondo, senza fare affidamento sulla rete tradizionale di una grande centrale elettrica locale.
Come funziona?
Satelliti auto-assemblanti sono lanciati nello spazio, insieme a riflettori e un trasmettitore di potenza a microonde o laser. I riflettori o gli specchi gonfiabili si diffondono su una vasta fascia di spazio, dirigendo la radiazione solare sui pannelli solari. Questi pannelli convertono l’energia solare in microonde o laser, e trasmettono energia ininterrotta sulla Terra. Sulla Terra, le stazioni di ricezione dell’energia raccolgono il fascio e lo aggiungono alla rete elettrica.
I due progetti più comunemente discussi per l’SBSP sono un grande satellite di trasmissione a microonde nello spazio più profondo e un satellite di trasmissione laser più piccolo e vicino.
Satelliti di trasmissione a microonde
I satelliti di trasmissione a microonde orbitano intorno alla Terra in orbita geostazionaria (GEO), circa 35.000 km sopra la superficie della Terra. I progetti per i satelliti trasmettitori di microonde sono enormi, con riflettori solari che si estendono fino a 3 km e pesano oltre 80.000 tonnellate. Sarebbero in grado di generare diversi gigawatt di potenza, abbastanza per alimentare una grande città degli Stati Uniti.
La lunga lunghezza d’onda delle microonde richiede un’antenna lunga, e permette di trasmettere la potenza attraverso l’atmosfera terrestre, con la pioggia o con il sole, a livelli sicuri e di bassa intensità appena più forti del sole di mezzogiorno. Gli uccelli e gli aerei non noterebbero molto di quello che vola attraverso le loro traiettorie.
Il costo stimato del lancio, dell’assemblaggio e del funzionamento di un satellite GEO equipaggiato con microonde è nell’ordine delle decine di miliardi di dollari. Probabilmente richiederebbe fino a 40 lanci per tutti i materiali necessari a raggiungere lo spazio. Sulla Terra, la rectenna usata per raccogliere il fascio di microonde sarebbe ovunque tra i 3 e i 10 km di diametro, un’enorme area di terra, e una sfida da acquistare e sviluppare.
Satelliti a trasmissione laser
Satelliti a trasmissione laser, come descritto dai nostri amici del LLNL, orbitano in orbita terrestre bassa (LEO) a circa 400 km dalla superficie della Terra. Con un peso inferiore alle 10 tonnellate, questo satellite è una frazione del peso della sua controparte a microonde. Questo design è anche più economico; alcuni prevedono che un satellite SBSP dotato di laser costerebbe quasi 500 milioni di dollari per il lancio e il funzionamento. Sarebbe possibile lanciare l’intero satellite auto-assemblato in un singolo razzo, riducendo drasticamente il costo e il tempo di produzione. Inoltre, utilizzando un trasmettitore laser, il fascio sarà solo circa 2 metri di diametro, invece di diversi km, una riduzione drastica e importante.
Per rendere questo possibile, il sistema di teletrasporto a energia solare del satellite impiega un laser alcalino pompato a diodi. Dimostrato per la prima volta al LLNL nel 2002 – e attualmente ancora in fase di sviluppo lì – questo laser sarebbe circa la dimensione di un tavolo da cucina, e abbastanza potente per il potere del fascio a terra ad un’efficienza estremamente elevata, oltre il 50 per cento.
Mentre questo satellite è molto più leggero, più economico e più facile da implementare rispetto alla sua controparte a microonde, rimangono serie sfide. L’idea di laser ad alta potenza nello spazio potrebbe attirare i timori della militarizzazione dello spazio. Questa sfida potrebbe essere risolta limitando la direzione in cui il sistema laser potrebbe trasmettere la sua potenza.
Alle sue dimensioni più piccole, c’è una capacità corrispondentemente inferiore di circa 1 a 10 megawatt per satellite. Pertanto, questo satellite sarebbe meglio come parte di una flotta di satelliti simili, utilizzati insieme.
Si potrebbe dire che SBSP è un lungo cammino o una torta nel cielo (giochi di parole) – e si sarebbe in gran parte corretto. Ma molte tecnologie esistono già per rendere questo fattibile, e molte non sono molto lontane. Mentre il Dipartimento dell’Energia non sta attualmente sviluppando alcuna tecnologia SBSP specificamente, molte delle restanti tecnologie necessarie per SBSP potrebbero essere sviluppate indipendentemente negli anni a venire. E mentre non conosciamo il futuro dell’energia raccolta dallo spazio, siamo entusiasti di vedere idee come questa prendere il volo (ok ultimo gioco di parole, lo prometto).