Cientistas irradiam energia solar do espaço para a Terra no mundo em primeiro lugar

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Cientistas irradiam energia solar do espaço para a Terra no
mundo em primeiro lugar
 Dentro
do Microwave Array baseado no espaço para experiência de baixa órbita de transferência de energia
(MAPLE). (Caltech) (em inglês)
A energia solar é a forma de energia renovável que mais cresce e atualmente responde por 3,6% da
produção global de eletricidade hoje. Isso faz com que seja a terceira maior fonte do mercado de energia
renovável, seguida pela energia hidrelétrica e eólica.
Espera-se que esses três métodos cresçam exponencialmente nas próximas décadas, atingindo 40%
até 2035 e 45% até 2050. No total, espera-se que as energias renováveis respondam por 90% do
mercado de energia até meados do século, com a energia solar respondendo por cerca de metade.
No entanto, vários desafios técnicos e questões precisam ser superados para que essa transição ocorra.
O principal fator limitante para a energia solar é a intermitência, o que significa que só pode coletar
energia quando a luz solar suficiente está disponível. Para resolver isso, os cientistas passaram décadas
pesquisando energia solar baseada no espaço (SBSP), onde os satélites em órbita coletariam energia
24 horas por dia, 365 dias por ano, sem interrupção.
Para desenvolver a tecnologia, pesquisadores do Projeto de Energia Solar Espacial (SSPP) da Caltech
concluíram recentemente a primeira transferência de energia sem fio bem-sucedida usando o Microwave
Array para Experimento de Baixa órbita de transferência de energia (MAPLE).
O MAPLE foi desenvolvido por uma equipe da Caltech liderada por Ali Hajimiri, o Bren Professor de
Engenharia Elétrica e Engenharia Médica e o co-diretor do SSPP. O MAPLE é uma das três principais
tecnologias testadas pelo Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1).
Esta plataforma consiste em uma variedade de transmissores de microondas flexíveis e leves,
controlados por chips eletrônicos personalizados. O demonstrador foi construído usando tecnologias de
https://www.caltech.edu/about/news/in-a-first-caltechs-space-solar-power-demonstrator-wirelessly-transmits-power-in-space
https://www.iea.org/reports/solar-pv
https://www.energy.gov/sites/default/files/2021-09/Solar_Futures_Study_Fact_Sheet.pdf
https://www.un.org/en/climatechange/raising-ambition/renewable-energy
https://www.spacesolar.caltech.edu/
https://www.caltech.edu/about/news/in-a-first-caltechs-space-solar-power-demonstrator-wirelessly-transmits-power-in-space
https://chic.caltech.edu/hajimiri/
https://www.spacesolar.caltech.edu/
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silício de baixo custo projetadas para colher energia solar e transmiti-la às estações de recepção
desejadas em todo o mundo.
https://youtu.be/w5SBF48WqV4
A SSPP começou em 2011, quando Donald Bren, um membro vitalício do Conselho de Curadores da
Caltech, abordou o então presidente da Caltech, Jean-Lou Chameau, para discutir a criação de um
projeto de pesquisa do SBSP.
Bren e sua esposa (também administradora da Caltech) concordaram em doar um total de US $ 100
milhões para financiar o projeto, enquanto a Northrop Grumman Corporation forneceu um adicional de
US $ 12,5 milhões. O SSPD-1 foi lançado em 3 de janeiro no topo de um SpaceX Falcon 9 como parte
de um programa de carona compartilhada e foi implantado por uma espaçonave Vigoride (fornecida pela
empresa aeroespacial Momentus).
Para que o SBSP seja viável, os satélites precisam ser leves para que possam ser lançados de maneira
econômica e flexível para que possam caber dentro de carenagens de carga útil (semelhante ao
Telescópio Espacial James Webb (JWST).
Harry Atwater, o Presidente de Liderança de Otis Booth da Divisão de Engenharia e Ciências Aplicadas,
o Professor Howard Hughes de Física Aplicada e Ciência dos Materiais, e o Diretor da Liquid Sunlight
Alliance, é um dos principais pesquisadores do projeto. Como ele explicou em um comunicado de
imprensa da Caltech:
“A demonstração de energia sem fio no espaço usando estruturas leves é um passo
importante em direção à energia solar espacial e amplo acesso a ela globalmente. Os
painéis solares já são usados no espaço para alimentar a Estação Espacial Internacional,
por exemplo, mas para lançar e implantar matrizes grandes o suficiente para fornecer
energia à Terra, a SSPP tem que projetar e criar sistemas de transferência de energia solar
que sejam ultraleves, baratos e flexíveis.
https://youtu.be/w5SBF48WqV4
https://www.caltech.edu/about/news/caltech-announces-breakthrough-100-million-gift-to-fund-space-based-solar-power-project
https://www.northropgrumman.com/who-we-are/defining-possible-innovation-and-advanced-technology/?utm_source=google&utm_campaign=fy23framework&utm_medium=kw&utm_audience=list_g&utm_content=null_null&utm_format=copy&utm_code=OTH-13321&source=OTH-13321
https://www.caltech.edu/about/news/space-based-solar-power-project-funded-46644
https://www.universetoday.com/159467/is-space-power-a-good-idea-a-new-spacecraft-is-going-to-find-out/
https://momentus.space/
https://momentus.space/
https://webb.nasa.gov/
https://www.caltech.edu/about/news/in-a-first-caltechs-space-solar-power-demonstrator-wirelessly-transmits-power-in-space
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Cada unidade SSPP pesa cerca de 50 quilogramas (110 lbs), comparável com microssatélites que
normalmente pesam entre 10 e 100 kg (22 a 220 lbs). Cada unidade se dobra em pacotes de cerca de 1
m 3 (35 pés 33) em volume e, em seguida, desenrola em um quadrado plano medindo cerca de 50 m
(164 pés) de diâmetro, com células solares de um lado e transmissores de energia sem fio do outro.
Os componentes SPPD-1 são não seled, o que significa que eles estão expostos às variações extremas
de temperatura do espaço. Além de demonstrar que os transmissores de energia podem sobreviver
sendo lançados no espaço, o experimento forneceu feedback útil aos engenheiros da SSPP.
https://youtu.be/c2mgpMy-_mU
“Através dos experimentos que temos executado até agora, recebemos a confirmação de que o MAPLE
pode transmitir energia com sucesso para os receptores no espaço”, disse Hajimiri.
“Também fomos capazes de programar a disposição para direcionar sua energia para a Terra, que
detectamos aqui no Caltech. Tínhamos, é claro, testado na Terra, mas agora sabemos que ele pode
sobreviver à viagem ao espaço e operar lá.
O demonstrador não tem partes móveis e depende de interferência construtiva e destrutiva entre as
antenas de transmissão para mudar o foco e a direção da energia irradiada. Essas antenas são
agrupadas em grupos de 16, cada uma conduzida por um chip de circuito integrado flexível feito sob
medida.
Eles também dependem de elementos precisos de controle de tempo e a adição coerente de ondas
eletromagnéticas para garantir que a energia irradiada atinja o alvo pretendido. Dois arrays receptores
são posicionados a cerca de 30 cm (1 ft) das antenas de transmissão que convertem a energia solar em
corrente contínua (DC).
Isso é usado para alimentar um par de luzes LED, demonstrando a sequência completa de transmissão
de energia sem fio. O MAPLE demonstrou com sucesso isso, iluminando cada LED individualmente e
deslocando-se para frente e para trás entre eles.
https://youtu.be/c2mgpMy-_mU
https://www.caltech.edu/about/news/in-a-first-caltechs-space-solar-power-demonstrator-wirelessly-transmits-power-in-space
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O interior do Microwave Array baseado no espaço para o Experimento de Baixa órbita de
transferência de energia (MAPLE) que emite energia coletada em todo o espaço vazio usando
uma matriz de transmissores (à direita) para dois receptores (direita) para iluminar um LED.
(Caltech) (em inglês)
O MAPLE também inclui uma pequena janela através da qual a matriz pode irradiar energia, que foi
detectada por um receptor no Laboratório de Engenharia Gordon e Betty Moore da Caltech. Este sinal foi
recebido no tempo e frequência esperados e teve a mudança de frequência prevista com base em sua
órbita.
“Até onde sabemos, ninguém jamais demonstrou transferência de energia sem fio no espaço, mesmo
com estruturas rígidas caras”, disse Hajimiri. “Estamos fazendo isso com estruturas levesflexíveis e com
nossos próprios circuitos integrados. Isto é uma primeira vez."
A equipe agora está avaliando o desempenho de elementos individuais do sistema testando os padrões
de interferência de grupos menores e medindo a diferença entre as combinações. Esse processo pode
levar até seis meses, dando à equipe tempo suficiente para detectar irregularidades e desenvolver
soluções para informar a próxima geração de satélites solares.
Além do MAPLE, o SSPD-1 carrega dois outros experimentos principais. Estes são o Experimento
Composto UltraLight UltraLight (DOLCE) Deployable on-Orbit, uma estrutura de 1,8 x 6 x 6 x 6 pés)
projetada para implantar pequenas espaçonaves modulares, e a ALBA, uma série de 32 tipos diferentes
de células fotovoltaicas para testar que são mais eficazes no espaço.
https://www.caltech.edu/about/news/in-a-first-caltechs-space-solar-power-demonstrator-wirelessly-transmits-power-in-space
https://www.caltech.edu/about/news/in-a-first-caltechs-space-solar-power-demonstrator-wirelessly-transmits-power-in-space
https://www.caltech.edu/map/landmark_ajax/287/campus/details
https://www.caltech.edu/about/news/in-a-first-caltechs-space-solar-power-demonstrator-wirelessly-transmits-power-in-space
https://www.its.caltech.edu/~sslab/PUBLICATIONS/Gdoutos-SciTech2022-SSPD_1_and_DOLCE.pdf
https://www.its.caltech.edu/~sslab/PUBLICATIONS/Gdoutos-SciTech2022-SSPD_1_and_DOLCE.pdf
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Conceito de artista de um painel solar baseado no espaço. (NASA/SAIC) (em inglês)
Os testes da ALBA estão em andamento, enquanto o DOLCE ainda não foi implantado, e os resultados
desses experimentos são esperados nos próximos meses. Enquanto isso, os resultados do experimento
MAPLE são muito encorajadores e demonstram que as principais tecnologias SBSP são viáveis. Disse
Hajimiri:
“Da mesma forma que a internet democratizou o acesso à informação, esperamos que a
transferência de energia sem fio democratize o acesso à energia. Nenhuma infra-estrutura
de transmissão de energia será necessária no terreno para receber esta potência. Isso
significa que podemos enviar energia para regiões remotas e áreas devastadas pela guerra
ou desastre natural.
O SBSP tem o potencial de produzir oito vezes mais energia do que os painéis solares localizados na
superfície da Terra. Quando o projeto for totalmente realizado, a Caltech espera implantar uma
constelação de espaçonaves modulares que coletará energia solar, a transformará em eletricidade e a
converterá em microondas que podem ser transmitidas sem fio em qualquer lugar do mundo.
Além de auxiliar a transição para energia limpa e renovável, também tem o potencial de ampliar o
acesso para comunidades carentes. Disse o presidente da Caltech, Thomas F. Rosenbaum (em inglês):
“A transição para a energia renovável, crítica para o futuro do mundo, é limitada hoje por
desafios de armazenamento e transmissão de energia. O feixe de energia solar do espaço é
uma solução elegante que se aproximou um passo da realização devido à generosidade e
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solar_power_satellite_sandwich_or_abascus_concept.jpg
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solar_power_satellite_sandwich_or_abascus_concept.jpg
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previsão do Brens. Donald Bren apresentou um desafio técnico formidável que promete uma
recompensa notável para a humanidade: um mundo alimentado por energia renovável
ininterrupta.
Este artigo foi originalmente publicado pela Universe Today. Leia o artigo original.
https://www.universetoday.com/
https://www.universetoday.com/161759/new-satellite-successfully-beams-power-from-space/