Caltech ce l'ha fatta! La sua trasmissione wireless dell'energia elettrica funziona
A Gennaio i moduli fotovoltaici spaziali SSP (Space Solar Panel) sono stati lanciati in orbita, a bordo di uno dei razzi di SpaceX; secondo la tabella di marcia del team alle spalle del progetto, i primi risultati sarebbero arrivati verso Giugno, e così è stato
Giulia Favetti pubblicata il 03 Giugno 2023, alle 09:01 nel canale SCIENZA E
Verso la fine del 2022 un team di scienziati ed ingegneri in forza al California Institute of Technology (Caltech) ha presentato il frutto di due anni di studio e lavoro, ovvero "un progetto straordinario e senza precedenti" per raccogliere la luce del Sole lì dove brilla più forte: nello spazio.
Al timone del team che ha ideato, progettato e costruito il Space-based Solar Power Project (SSPP) ci sono Harry Atwater, ricercatore SSPP e presidente della leadership di Otis Booth della divisione di ingegneria e scienze applicate del Caltech, Ali Hajimiri, Bren Professor of Electrical Engineering e co-direttore di SSPP e Sergio Pellegrino, Joyce e Kent Kresa Professore di ingegneria aerospaziale e civile, co-direttore di SSPP e ricercatore senior presso il Jet Propulsion Laboratory (JPL).
Lo Space-based Solar Power Project pesa circa 50 kg ed è formato da tre unità distinte, ciascuna con un compito ben specifico (DOLCE, ALBA e MAPLE) ed è stato montato sul veicolo spaziale Momentus Vigoride, lanciato in orbita durante la missione Transporter-6, a bordo di un razzo SpaceX.
Le tre unità del Space-based Solar Power Project
DOLCE (Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment): è una struttura che misura 6 piedi per 6 piedi (~ 183x183 cm) e mostra l'architettura, lo schema di confezionamento e i meccanismi di dispiegamento del veicolo spaziale modulare. Si tratta della costellazione, su scala chilometrica, della prima centrale elettrica spaziale; a progettarla e costruirla, è stato il team di Pellegrino.
ALBA: si tratta di una raccolta di 32 diversi tipi di celle fotovoltaiche ultraleggere e ad altra efficienza, per consentire una valutazione dei tipi di celle più efficaci nell'ambiente estremamente proibitivo dello spazio. A capo della squadra che l'ha sviluppata, troviamo Atwater.
MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment): il terzo modulo consta di una serie di trasmettitori di potenza a microonde, leggeri e flessibili, con un preciso controllo della temporizzazione. La potenza del wireless è concentrata - in modo selettivo - su due diversi ricevitori, al fine di dimostrarne la fattibilità della trasmissione spazio-Terra. Il team di ricerca che l’ha studiata e realizzata fa capo ad Hajimiri.
Per conoscere più a fondo il progetto, potete leggere gli articoli precedenti, in cui lo abbiamo dettagliatamente descritto:
I primi test e i risultati incoraggianti
MAPLE ha dimostrato di funzionare come previsto, superando i suoi test relativi al trasferimento di energia wireless, come spiegato da Hajimiri:
"Attraverso gli esperimenti che abbiamo eseguito finora, abbiamo ricevuto la conferma che MAPLE può trasmettere energia con successo ai ricevitori nello spazio; siamo stati anche in grado di programmare l'array per dirigere la sua energia verso la Terra, che abbiamo rilevato qui al Caltech. Ovviamente l'avevamo testato sulla Terra, ma ora sappiamo che può sopravvivere al viaggio nello spazio e operare anche da lì".
Il test che MAPLE ha superato con successo consisteva nel ricevere l'energia solare da ALBA sui suoi due array, convertirla in elettricità a corrente continua (CC) ed infine inviare quest'ultima sulla Terra per accendere una coppia di LED.
Foto dallo spazio dell'interno di MAPLE, con l'array di trasmissione a destra e i ricevitori a sinistra. Credits: SSPP
Il modulo ha acceso ciascun LED individualmente, spostandosi avanti e indietro tra di loro; un risultato veramente straordinario, soprattutto considerando che l'SSP è soggetto al duro ambiente dello spazio, compresi gli importarti sbalzi di temperatura e la radiazione solare.
"Per quanto ne sappiamo, nessuno ha mai dimostrato il trasferimento di energia wireless nello spazio anche con costose strutture rigide; noi lo stiamo facendo con strutture flessibili e leggere e con i nostri circuiti integrati. Questa è la prima volta", ha aggiunto Hajimiri.
MAPLE include anche una piccola finestra attraverso la quale l'array può irradiare l'energia. Questa energia trasmessa è stata rilevata da un ricevitore sul tetto del Gordon and Betty Moore Laboratory of Engineering nel campus del Caltech a Pasadena.
Rilevamento di energia da MAPLE sul tetto del Moore Laboratory. Credits: Ali Hajimiri
Il segnale ricevuto è apparso all'ora e alla frequenza previste e col il corretto spostamento.
Un grande passo in avanti
Oltre a dimostrare che i trasmettitori di potenza potrebbero sopravvivere al lancio e al volo spaziale, senza danneggiarsi, l'esperimento ha fornito un utile feedback agli ingegneri della SSPP riguardo le antenne di trasmissione di potenza utilizzate, al momento raggruppate in gruppi di 16 unità, ciascuna guidata da un chip di circuito integrato e personalizzato.
Il team di Hajimiri sta ora valutando le prestazioni dei singoli elementi all'interno del sistema ed esaminando i modelli di interferenza di gruppi più piccoli, misurandone le differenze fra le vari combinazioni.
L'ipotesi è che tale studio possa richiedere fino a sei mesi di lavoro, ma consentirà al team di risolvere le irregolarità e risalire alle singole unità, fornendo informazioni per la prossima generazione di centrale elettrica spaziale.
Il futuro dell'energia per supportare lo sviluppo della società umana potrebbe quindi prevedere sia la disponibilità della fusione nucleare sul nostro Pianeta (di cui abbiamo parlato recentemente in questo articolo), sia la possibilità di inviare l'energia che ci serve ovunque nel mondo, esattamente come fa il Sole.
Entrambe queste strade aprono infinite possibilità, non solo per la vita sulla Terra ma anche, un domani, per quella extra-planetaria.
Giulia Favetti pubblicata il 03 Giugno
2023, alle 09:01 nel canale SCIENZA
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