Theo Science Alert, ít nhất từ cuối những năm 1960, ý tưởng về việc sản xuất điện mặt trời trong vũ trụ (SBSP), sau đó sử dụng vệ tinh để thu thập năng lượng từ Mặt Trời và truyền về các điểm thu nhận trên Trái Đất đã tồn tại trong giới khoa học.

Mặc dù được đánh giá là ý tưởng có tiềm năng khổng lồ giúp thế giới thoát khỏi sự phụ thuộc và nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng xanh, tuy nhiên, trong suốt những thập kỹ qua, nó đã không thu hút được nhiều sự chú ý từ giới khoa học và nhà đầu tư mạo hiểm do chi phí cao và những trở ngại về công nghệ.

Được biết, trong quá trình phát triển, loài người từ lâu đã biết cách thu thập để sử dụng trực tiếp năng lượng mặt trời thông qua các công nghệ như quang điện (PV) và nhiệt mặt trời (STE),... . Bên cạnh đó, năng lượng Mặt Trời cũng được tận dụng gián tiếp dưới các dạng khác để tạo ra điện, ví dụ như điện gió được tạo ra từ năng lượng gió, do gió sinh ra bởi sự ấm lên không đều của khí quyển dưới tác động của Mặt Trời.

Tuy nhiên, những dạng sản xuất năng lượng xanh nêu trên cũng vẫn còn bị hạn chế. Nguyên nhân chính là do chúng cần được triển khai trên diện tích mặt đất lớn và bị giới hạn bởi thời gian chiếu sáng của mặt trời và cũng như nguồn gió tự nhiên, những yếu tố mà con người không thể can thiệp.

Điều này lại hoàn toàn khác với những vệ tinh ở trong không gian. Trong khi trên trái đất, PV bị hạn chế bởi quy luật ngày - đêm thì trên quỹ đạo quy luật này không hề tồn tại.

Theo các nhà khoa học, một vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh (GEO), quỹ đạo hình tròn ở độ cao 36.000 km phía trên Trái Đất, tiếp xúc với Mặt Trời hơn 99% thời gian trong cả năm. Điều này cho phép nó sản xuất năng lượng xanh 24/7. GEO rất lý tưởng khi cần truyền năng lượng từ tàu vũ trụ tới máy thu nhận, hoặc trạm mặt đất, do vệ tinh tại vị trí đó ở nguyên một chỗ so với Trái Đất. Giới nghiên cứu cho rằng năng lượng mặt trời có sẵn từ GEO nhiều gấp 100 lần so với ước tính về nhu cầu điện toàn cầu của nhân loại năm 2050.

Truyền năng lượng thu thập trong không gian về mặt đất đòi hỏi truyền điện không dây. Sử dụng vi sóng để truyền điện giúp giảm thiểu thất thoát điện trong khí quyển, ngay cả khi trời nhiều mây. Chùm vi sóng truyền bởi vệ tinh sẽ tập trung vào trạm mặt đất. Tại đó, ăngten biến đổi sóng điện từ thành điện. Trạm mặt đất sẽ cần có đường kính 5 km hoặc lớn hơn nếu ở vĩ tuyến cao. Tuy nhiên, diện tích này vẫn nhỏ hơn khu đất cần thiết để sản xuất lượng điện tương đương bằng quang năng hoặc phong năng (năng lượng gió).

Giới nghiên cứu đã đề xuất nhiều thiết kế SBSP kể từ ý tưởng đầu tiên của Peter Glaser vào năm 1968. Ở SBSP, năng lượng được biến đổi vài lần (ánh sáng - điện - vi sóng - điện) và một phần bị thất thoát dưới dạng nhiệt. Để đưa 2 gigawatt (GW) vào lưới điện, vệ tinh sẽ cần thu thập khoảng 10 GW.

Một thiết kế gần đây mang tên CASSIOPeiA bao gồm hai máy phản xạ có thể chỉnh hướng rộng 2 km. Chúng phản chiếu ánh sáng Mặt Trời vào một loạt pin quang năng. Sau đó, hệ thống máy phát điện đường kính 1.700 m có thể chĩa thẳng vào trạm mặt đất. Ước tính vệ tinh sẽ có khối lượng 2.000 tấn.

Thiết kế khác tên SPS-ALPHA khác với CASSIOPeiA ở chỗ bộ thu thập ánh sáng Mặt Trời là một cấu trúc lớn hình thành từ nhiều máy phản xạ dạng module nhỏ gọi là heliostat, mỗi máy có thể di chuyển độc lập. Chúng được sản xuất hàng loạt để giảm chi phí.

Năm 2023, các nhà khoa học ở Viện Công nghệ California phóng MAPLE, một thí nghiệm vệ tinh quy mô bé truyền lượng điện nhỏ về viện. MAPLE chứng minh công nghệ này có thể dùng để truyền điện về Trái Đất.

Hiện nay, Cơ quan Vũ trụ châu Âu đang đánh giá tính khả thi của SBSP với sáng kiến SOLARIS, theo sau là kế hoạch phát triển đầy đủ công nghệ vào năm 2025. Các nước khác gần đây cũng thông báo kế hoạch truyền điện về Trái Đất năm 2025, và chuyển sang hệ thống lớn hơn trong vòng hai thập kỷ.

Hạn chế chính đối với SBSP là khối lượng khổng lồ cần phóng vào không gian và chi phí trên mỗi kilogram. Những công ty như SpaceX và Blue Origin đang phát triển phương tiện phóng hạng nặng, tập trung vào tái sử dụng nhiều bộ phận phương tiện sau khi bay. Cách này có thể giúp giảm 90% chi phí phóng. Ngay cả khi sử dụng phương tiện Starship của SpaceX, có thể phóng 150 tấn hàng lên quỹ đạo thấp của Trái Đất, vệ tinh SBSP vẫn đòi hỏi hàng trăm lần phóng. Một số bộ phận được thiết kế để mở rộng, có thể in 3D trong vũ trụ.

Nhiệm vụ SBSP sẽ rất thách thức và cần đánh giá đầy đủ nguy cơ. Trong khi điện sản xuất hoàn toàn là năng lượng xanh, tác động ô nhiễm từ hàng trăm lần phóng rất khó dự đoán. Ngoài ra, kiểm soát cấu trúc lớn như vậy trong vũ trụ sẽ đòi hỏi lượng lớn nhiên liệu, buộc các kỹ sư phải làm việc với hóa chất độc hại. Pin quang năng sẽ bị ảnh hưởng bởi quá trình xuống cấp, hiệu suất giảm dần theo thời gian, từ 1 đến 10% mỗi năm. Tuy nhiên, việc bảo trì và tiếp nhiên liệu có thể kéo dài tuổi thọ vệ tinh. Một chùm vi sóng đủ mạnh để truyền đến mặt đất có thể gây hại cho bất cứ thứ gì trên đường. Vì lý do an toàn, mật độ năng lượng của chùm vi sóng cần phải hạn chế.

Khánh An