É a Semana Espacial no Energy.gov. Estamos explorando o sistema solar (e mais além) para destacar as contribuições do Departamento de Energia e de nossos laboratórios nacionais para o programa espacial dos EUA. Verifique todos os dias desta semana para novos vídeos, gráficos interativos, linhas do tempo e muito mais — e envie suas perguntas para o nosso chat do Lab Twitter sobre energia escura, acontecendo nesta sexta-feira, 7 de março. Use a hashtag #SpaceWeek para participar da conversa no Twitter, Facebook, Google+ e Instagram.
Você não pode coletar energia solar à noite. Bem, pelo menos não na Terra. Como é a Semana Espacial, pensamos que seria apropriado olhar para uma idéia promissora, mas futurista, que poderia mudar a face da geração de energia solar: A Energia Solar Baseada no Espaço (SBSP). Enquanto o Departamento de Energia não está pesquisando ativamente a SBSP, esperamos que você tome um momento para aprender sobre este conceito tão distante.
A idéia de capturar a energia solar no espaço para uso como energia na Terra existe desde o início da era espacial. Nos últimos anos, entretanto, cientistas ao redor do globo — e vários pesquisadores do próprio Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) do Departamento de Energia — têm mostrado como os recentes desenvolvimentos tecnológicos poderiam tornar este conceito uma realidade.
Na Terra, a energia solar é grandemente reduzida pela noite, cobertura de nuvens, atmosfera e sazonalidade. Cerca de 30% de toda a radiação solar recebida nunca chega ao nível do solo. No espaço o sol está sempre brilhando, a inclinação da Terra não impede a coleta de energia e não há atmosfera para reduzir a intensidade dos raios do sol. Isto torna a colocação de painéis solares no espaço uma possibilidade tentadora. Além disso, SBSP pode ser usada para obter energia confiável e limpa para pessoas em comunidades remotas ao redor do mundo, sem depender da rede tradicional para uma grande central elétrica local.
Como funciona?
Satélites de auto-montagem são lançados ao espaço, juntamente com refletores e um transmissor de energia de microondas ou laser. Refletores ou espelhos infláveis espalhados por uma vasta faixa de espaço, direcionando a radiação solar para os painéis solares. Estes painéis convertem a energia solar em microondas ou laser, e emitem energia ininterrupta para a Terra. Na Terra, estações receptoras de energia coletam o feixe e o adicionam à rede elétrica.
Os dois projetos mais comumente discutidos para SBSP são um satélite de transmissão de microondas espacial grande e mais profundo e um satélite de transmissão laser menor e mais próximo.
Satélites transmissores de microondas
Satélites transmissores de microondas orbitam a Terra em órbita geoestacionária (GEO), cerca de 35.000 km acima da superfície da Terra. Os desenhos para satélites transmissores de microondas são enormes, com reflectores solares que se estendem até 3 km e pesam mais de 80.000 toneladas métricas. Eles seriam capazes de gerar vários gigawatts de potência, suficientes para alimentar uma grande cidade dos EUA.
O longo comprimento de onda do microondas requer uma antena longa, e permite que a energia seja transportada através da atmosfera terrestre, chuva ou brilho, em níveis seguros e de baixa intensidade dificilmente mais fortes do que o sol do meio-dia. Pássaros e aviões não notariam muito de nada voando através de seus caminhos.
O custo estimado de lançamento, montagem e operação de um satélite GEO equipado com microondas está nas dezenas de bilhões de dólares. Provavelmente, seriam necessários até 40 lançamentos para que todos os materiais necessários chegassem ao espaço. Na Terra, a retena usada para recolher o feixe de microondas estaria em qualquer lugar entre 3 e 10 km de diâmetro, uma enorme área de terra, e um desafio para comprar e desenvolver.
Laser transmitindo satélites
Laser transmitindo satélites, como descrito por nossos amigos na LLNL, orbitando em órbita baixa da Terra (LEO) a cerca de 400 km acima da superfície da Terra. Pesando em menos de 10 toneladas métricas, este satélite é uma fração do peso do seu equivalente em microondas. Este design também é mais barato; alguns prevêem que um satélite SBSP equipado com laser custaria quase 500 milhões de dólares para lançar e operar. Seria possível lançar todo o satélite auto-montagem em um único foguete, reduzindo drasticamente o custo e o tempo para a produção. Além disso, usando um transmissor laser, o feixe terá apenas cerca de 2 metros de diâmetro, ao invés de vários km, uma redução drástica e importante.
Para tornar isso possível, o sistema de transmissão de energia solar do satélite emprega um laser alcalino bombeado por diodos. Demonstrado pela primeira vez na LLNL em 2002 – e atualmente ainda em desenvolvimento lá – este laser teria aproximadamente o tamanho de uma mesa de cozinha, e seria poderoso o suficiente para transportar energia para a Terra com uma eficiência extremamente alta, mais de 50%.
Embora este satélite seja muito mais leve, barato e fácil de implantar do que o seu homólogo de microondas, sérios desafios permanecem. A idéia de lasers de alta potência no espaço poderia se basear no medo da militarização do espaço. Este desafio poderia ser remediado limitando a direção que o sistema laser poderia transmitir sua potência.
Em seu menor tamanho, há uma capacidade correspondentemente menor de cerca de 1 a 10 megawatts por satélite. Portanto, este satélite seria melhor como parte de uma frota de satélites semelhantes, usados em conjunto.
Você poderia dizer que o SBSP está muito longe ou torta no céu (trocadilhos intencionados) — e você corrigiria em grande parte. Mas muitas tecnologias já existem para tornar isso viável, e muitas não estão muito longe. Enquanto o Departamento de Energia não está atualmente desenvolvendo nenhuma tecnologia SBSP especificamente, muitas das tecnologias restantes necessárias para SBSP poderiam ser desenvolvidas de forma independente nos próximos anos. E embora não conheçamos o futuro da energia colhida do espaço, estamos entusiasmados em ver ideias como esta voarem (ok último trocadilho, prometo).