6 phút đọc
Trong tháng 10 tới, startup công nghệ vũ trụ Star Catcher Industries dự kiến sẽ thực hiện một bước đi táo bạo: thử nghiệm truyền năng lượng không dây bằng tia laser giữa hai tàu vũ trụ đang bay tự do trên quỹ đạo. Sự kiện này đánh dấu một cột mốc quan trọng trong nỗ lực giải quyết bài toán năng lượng cho các thiết bị ngoài không gian, mở ra triển vọng thương mại hóa dịch vụ cung cấp điện trên quỹ đạo.
Cách thức hoạt động của mạng lưới truyền điện bằng laser trong không gian
Theo kế hoạch, Star Catcher sẽ phóng tàu vũ trụ thử nghiệm mang tên Protostar từ Trạm không gian Vandenberg. Nhiệm vụ này được tích hợp trong chuyến bay Transporter-18 của tập đoàn công nghệ khai phá không gian SpaceX. Mục tiêu cốt lõi của Protostar là truyền điện không dây bằng laser cho một vệ tinh dạng CubeSat đang hoạt động độc lập.
Ý tưởng của Star Catcher không chỉ dừng lại ở một thử nghiệm đơn lẻ. Startup này đang hướng tới việc xây dựng một hệ thống các nút năng lượng trên quỹ đạo. Các nút này đóng vai trò kép: vừa là nhà máy thu hoạch điện mặt trời, vừa là trạm trung chuyển và truyền tải năng lượng. Để sản xuất điện, vệ tinh của Star Catcher sẽ sử dụng hệ thống thấu kính đặc biệt để hội tụ ánh sáng Mặt Trời. Quá trình này giúp tinh chỉnh và tập trung ánh sáng thành một bước sóng tối ưu, có khả năng cung cấp năng lượng mạnh gấp 10 lần so với ánh sáng Mặt Trời phân tán tự nhiên. Sau đó, năng lượng này được chuyển đổi và chiếu trực tiếp dưới dạng chùm tia laser đến các vệ tinh có nhu cầu.
Theo ông Andrew Rush, nhà đồng sáng lập kiêm Giám đốc điều hành của Star Catcher, giải pháp này mang lại lợi ích kinh tế rõ rệt cho các nhà khai thác vệ tinh. Bằng cách tiếp nhận năng lượng từ bên ngoài, các vệ tinh thế hệ mới có thể giảm bớt kích thước và trọng lượng của hệ thống pin lưu trữ tích hợp. Phần không gian trống dôi dư ra sẽ được tận dụng để lắp đặt thêm các thiết bị chuyên dụng hữu ích khác, giúp tăng hiệu suất khai thác và tối ưu hóa lợi nhuận.
Giải pháp cho cơn khát năng lượng của ngành công nghiệp vũ trụ
Sự bùng nổ của các hoạt động trên quỹ đạo đang kéo theo nhu cầu năng lượng tăng vọt. Công nghệ truyền điện không dây được kỳ vọng là lời giải cho bài toán này, cho phép các vệ tinh vận hành liên tục mà không cần phải tự gánh vác toàn bộ quy trình sản xuất điện trên tàu. Ông Andrew Rush nhận định, các ứng dụng tiềm năng của mạng lưới điện không gian này bao gồm các nhiệm vụ an ninh quốc gia, hệ thống điện toán trên quỹ đạo và các hoạt động quan sát Trái Đất.
Mô hình kinh doanh của Star Catcher đang nhận được sự quan tâm lớn từ giới đầu tư và các cơ quan chính phủ. Đầu năm nay, công ty đã huy động thành công 65 triệu USD trong một vòng gọi vốn và nhận được giải thưởng trị giá 30 triệu USD từ Lực lượng Không gian Mỹ. Về mặt thương mại, startup này đã nhanh chóng ký kết được 10 hợp đồng mua bán điện dài hạn với nhiều doanh nghiệp vũ trụ tên tuổi, bao gồm Starcloud, Loft Orbital, Astro Digital và Aethero.
Bối cảnh công nghệ và những thách thức lịch sử
Ý tưởng sản xuất và truyền tải điện mặt trời từ không gian không phải là mới. Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) đã bắt đầu nghiên cứu lĩnh vực này từ thập niên 1970. Tuy nhiên, rào cản lớn nhất trong quá khứ chính là chi phí phóng quá đắt đỏ. Bà Hanieh Fattahi, nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Ánh sáng Max Planck, từng đánh giá rằng việc phóng một khối lượng lớn thiết bị lên quỹ đạo để phục vụ sản xuất điện và truyền đi nơi khác là không khả thi vì lý do kinh phí.
Mặc dù vậy, cục diện hiện nay đã thay đổi nhờ sự xuất hiện của các phương tiện phóng giá rẻ, mở đường cho các ngành công nghiệp dịch vụ năng lượng trên quỹ đạo phát triển. Trước Star Catcher, nhiều tổ chức cũng đã thử nghiệm các phương thức truyền năng lượng khác nhau:
- Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ California (Caltech) từng truyền thành công năng lượng mặt trời từ không gian về Trái Đất bằng sóng vi ba. Ưu điểm của sóng vi ba là truyền được lượng năng lượng lớn hơn, nhưng lại đòi hỏi các bộ thu mặt đất có kích thước khổng lồ. Ngược lại, tia laser có thể nhắm chính xác vào các mục tiêu nhỏ hơn rất nhiều trên quỹ đạo.
- Vào năm 2023, Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Mỹ cũng đã thử nghiệm bắn năng lượng bằng sóng điện từ (tia laser) từ một máy phát đến tấm pin quang điện thu nhận trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Tuy nhiên, thử nghiệm này chỉ thực hiện ở khoảng cách cực ngắn, chưa đầy 1,5 mét.
Về phần mình, Star Catcher đã có bước đệm vững chắc khi thực hiện thành công thử nghiệm truyền hơn một kilowatt năng lượng đến các tấm pin mặt trời trên mặt đất vào năm ngoái — mức công suất đủ để vận hành một chiếc lò vi sóng thông thường.
Những điều cần tiếp tục theo dõi
Thử nghiệm vào tháng 10 tới sẽ là bài kiểm tra thực tế khắc nghiệt hơn rất nhiều khi cả nguồn phát (tàu Protostar) và nguồn thu (vệ tinh CubeSat) đều di chuyển tự do trong không gian. Một trong những mục tiêu kỹ thuật quan trọng nhất là đo lường chính xác mức năng lượng mà vệ tinh CubeSat thực tế nhận được khi nó di chuyển ra xa Protostar.
Hiện tại, hiệu quả truyền năng lượng thực tế ở khoảng cách xa ngoài không gian vẫn là một ẩn số cần lời giải đáp bằng dữ liệu thực nghiệm. Sự thành bại của nhiệm vụ Transporter-18 sắp tới sẽ quyết định liệu công nghệ của Star Catcher có tiến đủ gần đến việc triển khai thương mại hóa thực tế trên quỹ đạo hay không.
Nguồn tham khảo: Xem bài gốc
