A energia solar tornou-se um ponto focal da batalha para mitigar as mudanças climáticas. O potencial da energia solar é enorme – a Terra recebe tanta energia solar em uma hora quanto a humanidade usa em um ano.
Mesmo com tanta energia atingindo a Terra, é apenas uma pequena fração da produção total do sol. Parte dessa outra energia solar atinge outros planetas, mas a maioria é perdida apenas pelo vazio do espaço profundo.
Existem vários grupos que estão utilizando várias tecnologias para capturar parte dessa energia perdida. Uma das tecnologias mais comuns adotadas é a idéia do satélite de potência.
Recentemente, um desses grupos no Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA (NRL) atingiu um marco no desenvolvimento da tecnologia de satélites de potência ao lançar seu satélite de teste do Módulo de Antena de RF Fotovoltaica (PRAM).
A idéia subjacente aos satélites de potência é chamada de “transmissão de energia”. Os sistemas de transmissão de energia usam uma das três freqüências diferentes de luz para transmitir quantidades significativas de energia a uma distância sem fio.
No ano passado, a NRL teve uma demonstração bem-sucedida de um sistema de transmissão de energia em terra usando um laser infravermelho.
Fazer isso do espaço apresenta um novo conjunto de desafios, e não necessariamente apenas técnicos. Paul Jaffe, o líder técnico do projeto PRAM, descreveu o processo de ser selecionado para um lançamento orbital como equivalente ao Shark Tank – vários PIs lançando suas idéias para uma viagem à órbita.
Após vários anos de tentativas, a PRAM finalmente chegou a hora de brilhar no lançamento do X-37B em 17 de maio.
A PRAM, na verdade, não vai brilhar – sua superfície é coberta por painéis solares pretos e suas entranhas consistem no primeiro hardware já lançado em órbita que converte energia solar em microondas.
O satélite em si é relativamente pequeno (30 centímetros ou 12 polegadas de lado) e, na verdade, não estará transmitindo energia de volta à Terra. Em vez disso, coletará dados que servirão como pontos de comparação úteis para um experimento usando um sistema semelhante anteriormente conduzido de volta à Terra.
Havia várias métricas do teste terrestre que a equipe da PRAM esperava replicar no espaço. A eficiência da conversão de solar em microondas foi um dos fatores mais importantes.
Sem uma eficiência suficientemente alta, lançamentos futuros podem ser proibitivamente caros pela quantidade de energia que o sistema gera.
O gerenciamento térmico é outra medida extremamente importante que a equipe espera. Na terra, sistemas de refrigeração elaborados são relativamente simples de serem conectados a uma fonte de calor.
No entanto, essas metodologias não funcionam tão bem no espaço, o que pode resultar em problemas de gerenciamento térmico para qualquer eletrônica de potência em órbita. A equipe espera alcançar números de gerenciamento térmico semelhantes aos vistos na Terra a partir de seu sistema de resfriamento radiativo.
Tanto a eficiência quanto o gerenciamento térmico entram no cálculo do parâmetro mais importante dos sistemas de satélites de potência – densidade de potência. Se a energia estiver muito concentrada, o sistema poderá queimar o que quer que seja apontado.
Se estiver muito baixo, não será recebida energia suficiente na estação base para ser útil na geração de eletricidade.
O design da estação base também é um fator-chave no sucesso a longo prazo das tecnologias de satélite de potência. Cada faixa de frequência exigiria um estilo diferente de estação base. O PRAM usa microondas como meio de transmissão de energia.
Embora a maioria das pessoas pense em microondas como um método para reaquecer sua pizza restante, as frequências de sinal para Bluetooth Low Energy e WiFi também podem ser consideradas no espectro de microondas.
O nível de iluminação que o sistema recebe também tem um grande impacto na energia de saída e no gerenciamento térmico. Este é um ponto de dados que a equipe não conseguiu coletar na Terra e está ansiosa para obter dados que mostrem o melhor tempo de iluminação para futuras missões.
Na órbita geossíncrona, um satélite pode estar exposto à luz solar em 99% do tempo.
No entanto, há uma troca entre o tempo no sol e o gerenciamento térmico. O protótipo PRAM foi lançado em uma configuração orbital que permitirá à equipe calcular eficiências, densidades de energia e cargas térmicas de diferentes períodos de iluminação. A equipe usará esses pontos de dados para planejar o caminho orbital ideal para lançamentos de testes adicionais.
O resultado final desses lançamentos de testes adicionais seria um sistema de satélite solar comercialmente viável que forneça energia adicional a lugares específicos da Terra com pouco ou nenhum custo adicional, uma vez que o satélite esteja em órbita.
Já existem inúmeras empresas e entidades de pesquisa que desenvolvem versões de sistemas de transmissão de energia que aguardam ansiosamente o resultado do teste PRAM.
Jaffe observa que o caminho para a comercialização se baseia inteiramente nos recursos atribuídos ao desenvolvimento de um satélite comercialmente viável. O tempo para um satélite de energia comercialmente viável poderia ser relativamente rápido se fornecido com quantias significativas de financiamento. Por outro lado, a tecnologia pode morrer na infância se o dinheiro for puxado.
Ainda são os primeiros dias no desenvolvimento da tecnologia, e os dados que a PRAM está coletando são uma etapa necessária no processo de redução de riscos necessário para que os satélites de energia se tornem comercialmente viáveis.
Outro passo que deve ser viável comercialmente é a aceitação do público. Ao mencionar as idéias dos satélites de poder para a maioria das pessoas, seus pensamentos imediatos se voltam para Icarus, a arma solar fictícia do filme de James Bond, Die Another Day. Nesse filme, o satélite derrete um hotel de gelo e mostra seu potencial para destruir partes muito maiores do mundo.
Jaffe é rápido em apontar as diferenças entre PRAM e Ícaro. Ícaro é o que é conhecido como “plataforma de energia direcionada”, na qual a Marinha também está trabalhando, mas usa uma física diferente da do sistema de transmissão de energia que constitui o PRAM.
Ele também menciona que seria excepcionalmente difícil transformar um sistema de energia em uma arma: “Se você colocar uma lupa na frente do seu roteador WiFi, ele não começará a derreter nada”.
Embora o que os cientistas digam possa não amenizar todos os medos do público sobre esse sistema, os benefícios de ter a capacidade de transmitir energia para qualquer lugar que seja necessário têm um potencial benéfico tão grande que esses medos podem ser superados.
Muito mais trabalho deve ser feito antes que as empresas comecem a investir em fazendas gigantes de retena para coletar essa energia desperdiçada. Porém, nos próximos meses, a NRL espera coletar alguns dados com o PRAM que tornarão os sistemas comerciais de transmissão de energia alguns passos mais próximos da realidade.
Publicado em 20/06/2020 20h08
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