Sateliții risipesc energie în spațiu. Există unde radio care se propagă dincolo de țintele stabilite, iar o parte din lumina soarelui care ajunge la o navă spațială iese din intervalul pe care panourile solare convenționale îl pot capta eficient. Cercetători din șapte țări europene colaborează pentru a încerca să recupereze o parte din energia pierdută.
Inițiativa, numită POWERSAT și susținută de Consiliul European pentru Inovare, dezvoltă dispozitive minuscule care ar putea capta undele radio dispersate și lumina infraroșie a soarelui, dând sateliților o sursă suplimentară de energie.
În spațiu, fiecare watt de putere și fiecare gram de masă contează. Sateliții dispun de spațiu limitat pentru sistemele de energie electrică, iar adăugarea de echipamente poate mări greutatea și costul unei misiuni. Este posibil ca recuperarea energiei care altfel s-ar pierde să impulsioneze semnificativ industria?
Echipa POWERSAT examinează două modalități de a realiza acest lucru. Una constă în captarea undelor radio care se propagă dincolo de țintele stabilite. Cealaltă vizează captarea luminii infraroșii de la Soare, pe care panourile solare convenționale nu o pot folosi.
„Ar putea fi valorificate diferite regiuni neexploatate ale spectrului electromagnetic”, a declarat Dragoș Dăncilă, conferențiar universitar de inginerie a microundelor la Universitatea din Uppsala, Suedia, a cărui cercetare se concentrează pe antene și sisteme de radiofrecvență.
Recuperarea energiei pierdute
Sateliții comunică cu Pământul și între ei prin unde radio. Această energie nu ajunge însă în totalitate la destinația prevăzută. O parte se răspândește dincolo de țintă, cam ca fasciculul unei lanterne care se propagă dincolo de peretele spre care este îndreptat. Această energie risipită sau depășire a țintei ar putea fi captată, în schimb, de o antenă specială numită „rectenă”.
Există deja rectene pe Pământ, unde pot recupera energia radio dispersată în instalații fixe, amplasate la sol.
Provocarea cu care se confruntă cercetătorii de la POWERSAT este de a micșora tehnologia și de a o face suficient de mică și de robustă pentru a rezista pe orbită, unde temperaturile pot varia drastic, și pentru a funcționa în același timp pe un satelit în continuă mișcare.
„Unul dintre obiective este de a folosi pentru sateliți această energie care, în mod normal, se pierde”, a declarat Afshin Ziaei, coordonator de proiect la sediul central al Thales Research din Franța, specializat în radiocomunicații și sisteme cu microunde.
Echipa are în vedere echiparea sateliților cu rectene de câțiva centimetri, amplasate lângă antenele de comunicații. Ele captează o parte din microundele dispersate, recuperează energia și transformă radiația propagată într-o sursă de energie electrică modestă, dar utilă.
Cu această tehnică, cercetătorii încearcă să mărească puterea electrică disponibilă a unui satelit cu până la 10%, ceea ce ar putea contribui la prelungirea duratei sale de funcționare sau la alimentarea cu energie a unor instrumente suplimentare, fără să fie nevoie de un sistem energetic mai mare.
„Totul se reduce la greutate”, a spus Dăncilă.
Puterea electrică suplimentară ar putea fi deosebit de utilă pentru dispozitivele electronice cu consum mic de energie, cum ar fi senzorii de monitorizare a navei spațiale.
„Se pot instala o mulțime de senzori, de exemplu, pentru monitorizarea antenelor de comunicații sau a resturilor care s-ar putea apropia de satelit”, a spus Dăncilă.
Rectenele ar putea permite, de asemenea, o formă de comunicare fără fir de mică putere, numită comunicare cu retrodifuzie. Prin modificarea și reflectarea semnalelor existente, cam așa cum se folosește o oglindă pentru a direcționa razele soarelui către cineva, senzorii mici sau sateliții din vecinătate ar putea schimba mesaje simple, consumând foarte puțină energie.
Dincolo de lumina vizibilă
Undele radio sunt doar una din sursele de energie pe care cercetătorii speră să le recupereze. Echipa POWERSAT analizează și lumina soarelui, mai exact, partea infraroșie a spectrului pe care panourile solare convenționale nu o captează eficient.
Cercetătorii dezvoltă antene atât de mici încât pe o unghie ar încăpea milioane. Ele ar fi amplasate pe partea orientată spre soare a navei spațiale, alături de panourile solare convenționale, captând lumina infraroșie și transformând-o în energie electrică.
Kristiaan Pelckmans, director general al companiei suedeze de tehnologie profundă FaDO și partener la POWERSAT, a declarat că s-ar putea obține o eficiență de până la 80 % sau mai mult cu această metodă, față de aproximativ 30 % în cazul unui panou solar tipic.
Aceste antene minuscule nu sunt menite să înlocuiască panourile solare convenționale, ci sunt concepute să funcționeze alături de ele, permițând navelor spațiale să valorifice mai mult din lumina soarelui care ajunge la ele.
„Ele promit mai multă eficiență, adică mai multă energie electrică”, a spus Pelckmans.
Această metodă s-ar putea aplica și pe Pământ, permițând parcurilor fotovoltaice să capteze mai multă energie prin instalarea unor dispozitive similare alături de panourile fotovoltaice existente.
„Practic, aceste dispozitive se pot folosi oriunde se folosesc celule solare”, a declarat Pelckmans.
De la laborator la lansare
Cercetătorii depun în continuare eforturi pentru a demonstra că aceste componente individuale funcționează. Dezvoltarea antenelor minuscule s-a dovedit a fi o provocare, în special din cauza complexității fabricării de diode compatibile cu antenele.
„A fost nevoie de două procese de fabricație până am obținut ce ne-am dorit”, a declarat Ziaei.
Spre sfârșitul anului 2026, cercetătorii speră să demonstreze că se poate recolta energie solară, transformând astfel, pentru prima dată, microundele în energie electrică utilizabilă. Apoi vor testa cum se pot recolta microunde, cu rectene mai mici, în patru părți diferite ale spectrului.
Chiar dacă demonstrațiile vor avea succes, s-ar putea să mai treacă mult timp până să ajungă tehnologia pe orbită. Pelckmans estimează că ar putea dura până la 10 ani până când tehnologia va fi gata să fie folosită în zbor. Echipamentele spațiale trebuie să reziste la lansare și să funcționeze în mod fiabil ani de zile în mediul ostil al orbitei înainte de a putea fi folosite cu încredere într-o misiune reală.
Cercetarea urmează să se desfășoare până la sfârșitul anului 2027, echipa intenționând să demonstreze că metoda sa funcționează în laborator.
Reziliența și sustenabilitatea în spațiu
Sateliții care utilizează legături între nave spațiale pentru acoperire de bandă largă și comunicații sunt o potențială aplicație viitoare. Aceleași antene folosite pentru legături ar putea fi folosite și ca dispozitive de recoltare a energiei, oferind o creștere modestă a puterii electrice fără să fie nevoie de un sistem energetic separat.
În sens mai larg, recuperarea energiei care altfel s-ar pierde ar putea contribui la folosirea mai eficientă a sistemelor de sateliți din ce în ce mai sofisticate.
Cercetarea are loc într-un moment în care Europa își extinde infrastructura satelitară, urmărind în același timp să sporească reziliența și sustenabilitatea activităților spațiale.
Programul IRIS² al UE dezvoltă o nouă rețea de sateliți pentru o conectivitate securizată, iar propunerea de act legislativ al UE privind spațiul urmărește să stabilească norme comune pentru activități spațiale mai sigure, mai reziliente și mai sustenabile din punct de vedere al mediului.
În acest context, tehnologiile care permit obținerea unei cantități mai mari de energie utilă de la fiecare satelit ar putea fi o alternativă pentru a spori eficiența navelor spațiale și, eventual, a le prelungi durata de viață utilă.
Deocamdată, însă, obiectivul este să se demonstreze că tehnologia funcționează.
„Suntem aici ca să arătăm că funcționează”, a spus Ziaei, „iar industria este cea care trebuie să o aducă apoi pe piață”.
Articol scris de Jonathan O’Callaghan
Acest articol a fost publicat inițial în Horizon, revista UE pentru cercetare și inovare.
Cercetarea prezentată în acest articol a fost finanțată parțial de Consiliul European pentru Inovare (EIC).
Mai multe informații
Un val de mașini chinezești a intrat în România. Expert: Trebuie să facem ceva, să nu ne trezim fără mii de locuri de muncă
PNL trebuie să dea înapoi statului 14 milioane de lei după campania lui Nicolae Ciucă. Liberalii au pierdut definitiv procesul cu AEP
FCSB primește o veste excelentă
Secretul pentru a-ți păstra mintea ascuțită când folosești AI
