Giấc mơ truyền năng lượng mặt trời từ quỹ đạo

Thu thập năng lượng mặt trời trên quỹ đạo và truyền xuống Trái Đất là một ý tưởng đã có từ nhiều thập kỷ trước. Giờ đây, hàng loạt công ty tuyên bố họ cuối cùng cũng có thể biến điều đó thành hiện thực.

Tại Florida, một thử nghiệm độc đáo của hãng Star Catcher đã diễn ra. Mục tiêu của họ là thử nghiệm khả năng chiếu ánh sáng mặt trời xuyên không gian để cung cấp năng lượng cho vệ tinh.

Đây chỉ là một trong số ít công ty đang phát triển công nghệ năng lượng mặt trời trên không gian (SBSP), một khái niệm vốn nằm ở ranh giới mong manh giữa khoa học thực tế và viễn tưởng.

Ý tưởng này là cung cấp cho Trái Đất nguồn năng lượng sạch dồi dào bằng cách thu thập ánh sáng mặt trời 24/7 trên quỹ đạo, nơi không bị khí quyển, thời tiết hay chu kỳ ngày-đêm cản trở.

Giờ đây, các cường quốc như Anh, Mỹ, Nhật Bản và Trung Quốc đều đang đầu tư mạnh vào công nghệ này, vốn được ước tính có mật độ công suất cao hơn gấp 10 lần so với các hệ thống trên mặt đất.

Về cơ bản, các nhà máy điện mặt trời trên không gian hoạt động bằng cách chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, sau đó truyền về Trái Đất dưới dạng sóng vi ba (microwave) hoặc tia laser, và được các ăng-ten mặt đất (gọi là rectenna) thu thập rồi chuyển đổi trở lại thành điện năng.

Trung Quốc đang nghiên cứu nguyên mẫu Omega 2.0, đề xuất một ăng-ten rộng 1km trên quỹ đạo. Các thử nghiệm trên mặt đất của họ đã truyền được 2.081 watt đi xa 55m bằng sóng vi ba.

Tương tự, công ty Space Solar của Anh hình dung ra một cấu trúc khổng lồ tên là Cassiopeia, rộng 1,8km, đặt ở quỹ đạo địa tĩnh cách Trái Đất 36.000km, có khả năng truyền 700 megawatt điện – đủ cho nửa triệu hộ gia đình.

Một trường phái công nghệ khác, do Aetherflux (Mỹ) theo đuổi, là sử dụng laser hồng ngoại công suất cao. Phương pháp này cho phép các trạm thu trên mặt đất nhỏ hơn đáng kể, chỉ khoảng 5-10m. Mối lo ngại lớn nhất của công nghệ laser là an toàn, nhưng các nhà phát triển trấn an rằng tia laser sẽ tự động tắt nếu có vật thể bay qua.

Trong khi đó, Star Catcher lại nhắm đến một thị trường ngách: dùng thấu kính Fresnel để tập trung và chiếu ánh sáng mặt trời đến các vệ tinh khác hoặc các xe tự hành trên Mặt Trăng, giúp chúng "sạc pin" mà không cần truyền điện.

Bài toán bất khả thi về chi phí và rác vũ trụ

Dù hấp dẫn, việc hiện thực hóa các nhà máy điện vũ trụ vấp phải những rào cản khổng lồ. Ngay từ những năm 1970, NASA đã kết luận về các rào cản công nghệ và kinh tế.

Một báo cáo năm 2024 của NASA tiếp tục khẳng định công nghệ này hiện vẫn đắt hơn nhiều so với năng lượng tái tạo trên mặt đất, và một số đánh giá cho thấy chi phí có thể đắt hơn từ 12 đến 80 lần.

Yếu tố giảm chi phí duy nhất hiện nay là sự xuất hiện của tên lửa tái sử dụng hạng nặng như Starship của SpaceX. Tuy nhiên, vấn đề hậu cần vẫn còn đó.

Công ty Virtus Solis của Mỹ dự tính cần tới 200.000 vệ tinh hình tổ ong để tạo thành một chòm sao truyền tải điện. Việc quản lý một hệ thống khổng lồ như vậy là một thách thức lớn.