Китайски учени успешно тестваха наземна система, способна да предава безжично енергия към множество движещи се цели едновременно, отбелязвайки голям пробив в глобалната надпревара за овладяване на слънчевата енергия от космоса.
Крайъгълният камък беше постигнат от изследователския екип на проекта „Sun Chasing“, ръководен от Дуан Баоян, член на Китайската академия по инженерство и професор в университета Xidian в провинция Shaanxi.
Пробивът доближава отдавна планираната концепция за орбитални „безжични зарядни станции“ до реалността.
Системата успешно достави 1180 вата изходна мощност на разстояние над 100 метра до множество движещи се цели. Успешната демонстрация на динамично безжично предаване на енергия „един към много“ доближава технологията до практическите инженерни приложения.
Дуан сравни космическата слънчева електроцентрала с пост за безжично зареждане, разположен в предварително определена орбита.
Базираната в космоса слънчева енергия се счита широко за обещаващо решение за чиста енергия в бъдеще. В орбита, без атмосферни смущения и цикъла на нощта и деня, такива системи могат да събират слънчева светлина непрекъснато. Въпреки това, тъй като прокарването на физически кабели до Земята от геостационарна орбита, която се намира на 36 000 километра над планетата, или между космически кораби е невъзможно, учените трябва да разчитат на микровълново безжично предаване на енергия. Процесът преобразува електричеството в микровълни, излъчва ги на огромни разстояния и след това ги преобразува обратно в използваемо постоянен ток при пристигането.
В момента много малки сателити в ниска околоземна орбита могат да генерират енергия само за около 60 минути по време на всяка 96-минутна орбита. През останалото време те остават в сянката на Земята и разчитат изцяло на бордови батерии. Базирана в космоса мрежа за зареждане би намалила зависимостта от отделните слънчеви панели, позволявайки на сателитите да презареждат в орбита, каза Дуан.
За да постигне това, екипът на Дуан предложи дизайна OMEGA през 2014 г., който използва уникални сферични принципи за концентриране на слънчевата светлина. През юни 2022 г. екипът изгради това, което описа като първата в света система за наземно валидиране с пълна връзка, като успешно тества всеки етап от процеса — от улавяне на слънчева светлина и преобразуването й в електричество до трансформиране на електричеството в микровълни, предаването им преди преобразуването им обратно в електричество на земята.
Последната итерация на екипа, наречена Distributed OMEGA, се занимава със сложното инженерно предизвикателство на изграждането и поддържането на масивни електрически мрежи в космоса. Като се фокусира върху модулността, системата използва стандартизирани, независими компоненти, които могат да бъдат сглобени или заменени в орбита като градивни елементи.
„За разлика от предишния дизайн, който използва пълен сферичен кондензатор за събиране на слънчева светлина – където срещането на космически отломки може да направи цялата система неизползваема – разделянето й на множество сферични концентратори с малка апертура и възприемането на подход „летяща формация“ гарантира, че дори ако отделните единици са повредени, цялостната производителност остава почти незасегната, като по този начин подобрява надеждността на системата“, каза Ли Сун, професор в Xidian Университетско училище по механо-електронно инженерство.
Ли добави, че това също позволява намаляване на напрежението на всеки блок, подобрявайки инженерната осъществимост.
Последните данни от тестове подчертаха значителни подобрения в производителността спрямо базовата линия за 2022 г. На разстояние повече от 100 метра системата постигна 20,8 процента ефективност на предаване на постоянен ток към постоянен ток спрямо 15,05 процента през 2022 г. Ефективността на събиране на лъча достигна 88 процента, гарантирайки, че микровълновият лъч остава плътно фокусиран върху целта си.
Ли каза, че производителността е „водеща в световен мащаб“, като допринася за подобряването на високопрецизното проследяване на слънцето, за да се гарантира събиране на енергия при източника, прецизна система за управление със затворен контур за точно насочване на лъча от предавателя към приемника за по-висока ефективност на събиране и силно интегриран дизайн за минимизиране на загубите на връзка.
„За разлика от чиповете, няма технологична блокада между нациите, когато става въпрос за изграждане на космически слънчеви електроцентрали. При подобно ниво на промишлен капацитет непрекъснатото повишаване на летвата може да бъде постигнато само чрез технологична итерация“, каза Дуан Сюечао, заместник-декан на Факултета по механо-електронно инженерство.
Най-важното е, че екипът също така реши предизвикателството за прецизно проследяване, необходимо за захранване на движещи се обекти. В симулирано изпитание дрон, летящ с 30 км/ч, успешно получи стабилни 143 вата мощност от 30 метра разстояние. Тази способност се счита за съществена за космическите приложения, където спътниците и орбиталните станции непрекъснато се движат една спрямо друга.
Експертна група, организирана от Центъра за трансфер на технологии на провинция Шанси, оцени проекта и заключи, че резултатите са достигнали водещо световно ниво, с широки перспективи за инженерни и индустриални приложения.
Дуан каза, че екипът ще продължи да се справя с ключови предизвикателства. Това включва адаптиране на системи от наземно валидиране към реални космически среди, подобряване на ефективността на безжичното предаване на енергия на дълги разстояния и постигане на ултрапрецизен контрол на управлението на лъча, докато сателитът се движи с високи орбитални скорости.