Zonne-energie is een centraal punt geworden in de strijd om de klimaatverandering tegen te gaan. Het potentieel van zonne-energie is enorm - de aarde ontvangt in een uur evenveel zonne-energie als de hele mensheid in een jaar gebruikt. Zelfs met zoveel energie die de aarde raakt, het is slechts een klein deel van de totale output van de zon. Een deel van die andere zonne-energie raakt andere planeten, maar het meeste is gewoon verloren gegaan in de leegte van de diepe ruimte.

Er zijn een aantal groepen die verschillende technologieën gebruiken om een ​​deel van die verloren energie op te vangen. Een van de meest voorkomende technologieën die wordt nagestreefd, is het idee van de krachtsatelliet. Onlangs, een van die groepen bij America's Naval Research Laboratory (NRL) bereikte een mijlpaal in de ontwikkeling van vermogenssatelliettechnologie door hun Photovoltaic RF Antenna Module (PRAM) testsatelliet te lanceren.

Het idee dat ten grondslag ligt aan krachtsatellieten wordt 'power beaming' genoemd. power-beaming-systemen gebruiken een van de drie lichtfrequenties om aanzienlijke hoeveelheden stroom draadloos over een afstand te verzenden. Vorig jaar, NRL had een succesvolle demonstratie van een op het land gestationeerd powerbeaming-systeem met behulp van een infraroodlaser.

Doen vanuit de ruimte biedt echter een hele nieuwe reeks uitdagingen, en niet per se alleen technische. Dr. Paul Jaffe, de technische leiding over het PRAM-project, beschreef het proces om te worden geselecteerd voor een orbitale lancering als gelijkwaardig aan Shark Tank - talloze PI's die hun ideeën voor een reis naar een baan om de aarde gooiden. Na een aantal jaren proberen, PRAM kreeg eindelijk de tijd om te schitteren op een X-37B-lancering op 17 mei.

PRAM zal niet echt schijnen, hoewel - het oppervlak is bedekt met zwarte zonnepanelen, en zijn ingewanden bestaan ​​uit de eerste hardware die ooit in een baan om de aarde is gebracht en die zonne-energie omzet in microgolven. De satelliet zelf is relatief klein (30 cm aan een kant), en zal eigenlijk geen stroom terug naar de aarde sturen. In plaats daarvan, het zal gegevens verzamelen die zullen dienen als nuttige vergelijkingspunten voor een experiment met een soortgelijk systeem dat eerder op aarde is uitgevoerd.

Er waren verschillende statistieken van de op aarde gebaseerde test die het PRAM-team hoopte te repliceren in de ruimte. Efficiëntie van de conversie van zonne-energie naar magnetron was een van de belangrijkste factoren. Zonder hoog genoeg efficiëntie, toekomstige lanceringen kunnen onbetaalbaar zijn voor de hoeveelheid stroom die het systeem genereert.

Thermal management is een andere uiterst belangrijke meting waar het team naar uitkijkt. Op aarde, uitgebreide koelsystemen zijn relatief eenvoudig aan te sluiten op een warmtebron. Echter, die methodologieën werken lang niet zo goed in de ruimte, wat kan leiden tot problemen met thermisch beheer voor vermogenselektronica in een baan om de aarde. Het team hoopt vergelijkbare cijfers voor thermisch beheer te bereiken als die op aarde worden gezien met hun stralingskoelsysteem.

Zowel efficiëntie als thermisch beheer spelen een rol bij de berekening van de belangrijkste parameter van vermogenssatellietsystemen:vermogensdichtheid. Als de macht te geconcentreerd is, het systeem kan mogelijk alles verbranden waar het op wordt gericht. Als het te laag is, dan wordt er niet genoeg stroom ontvangen bij het basisstation om bruikbaar te zijn bij het opwekken van elektriciteit.

Het ontwerp van het basisstation is ook een sleutelfactor voor het succes op lange termijn van technologieën voor vermogenssatelliet. Elk frequentiebereik zou een ander type basisstation vereisen. PRAM gebruikt microgolven als middel voor krachtoverbrenging. Hoewel de meeste mensen vaak denken aan magnetrons als een methode om overgebleven pizza's op te warmen, de signaalfrequenties voor Bluetooth Low Energy en WiFi kunnen ook worden beschouwd in het spectrum van microgolven.

Het verlichtingsniveau dat het systeem ontvangt, heeft ook een grote invloed op het uitgangsvermogen en het thermisch beheer. Dit is een datapunt dat het team niet op aarde kon verzamelen, en ze kijken ernaar uit om gegevens te krijgen die de beste verlichtingstijd voor toekomstige missies laten zien. In een geostationaire baan, een satelliet kan 99% van de tijd in het zonlicht staan. Echter, er is een afweging tussen tijd in de zon en thermisch beheer. Het PRAM-prototype werd gelanceerd in een orbitale configuratie waarmee het team de efficiëntie kan berekenen, vermogensdichtheden en thermische belastingen van verschillende verlichtingsperioden. Het team zal deze datapunten vervolgens gebruiken om het optimale baanpad te plannen voor verdere testlanceringen.

Het uiteindelijke resultaat van die verdere testlanceringen zou een commercieel levensvatbaar zonnesatellietsysteem zijn dat extra stroom levert aan specifieke plaatsen op aarde met weinig tot geen extra kosten als de satelliet eenmaal in een baan om de aarde is. Er zijn al tal van bedrijven en onderzoeksinstellingen die versies van powerbeaming-systemen ontwikkelen die met spanning wachten op de uitkomst van de PRAM-test.

Dr. Jaffe merkt op dat het pad naar commercialisering volledig gebaseerd is op de middelen die zijn toegewezen aan de ontwikkeling van een commercieel levensvatbare satelliet. De tijd die nodig is om een ​​commercieel levensvatbare energiesatelliet te ontwikkelen, zou relatief snel kunnen zijn als er aanzienlijke bedragen voor beschikbaar worden gesteld. Anderzijds, de technologie zou in de kinderschoenen kunnen sterven als het geld wordt getrokken. De ontwikkeling van de technologie staat nog in de kinderschoenen, en de gegevens die het PRAM verzamelt, is een noodzakelijke stap in het proces van risicovermindering dat nodig is om vermogenssatellieten commercieel levensvatbaar te maken.

Een andere stap die moet gebeuren voor commerciële levensvatbaarheid is publieke acceptatie. Bij het noemen van de ideeën van machtssatellieten voor de meeste mensen, hun onmiddellijke gedachten gaan naar Icarus, het fictieve zonnewapen in de James Bond-film 'Die Another Day'. In die film, de satelliet doet een ijshotel smelten en toont zijn potentieel om veel grotere delen van de wereld te vernietigen.

Dr. Jaffe wijst snel op de verschillen tussen PRAM en Icarus. Icarus is wat bekend staat als een "gericht energieplatform, " waar de marine ook aan werkt, maar gebruikt andere fysica dan het power-beaming-systeem dat PRAM vormt. Hij vermeldt ook dat het buitengewoon moeilijk zou zijn om van een powerbeaming-systeem een ​​wapen te maken:"Als je een vergrootglas voor je wifi-router plaatst, het begint niets te smelten."

Hoewel wat wetenschappers ook zeggen, misschien niet alle publieke angsten over een dergelijk systeem wegnemen, de potentiële voordelen van het uitstralen van energie kunnen opwegen tegen die angsten. Er is nog veel meer werk nodig voordat bedrijven gaan investeren in gigantische rectennaboerderijen om die anders verspilde energie op te vangen. Maar in de komende maanden NRL hoopt met PRAM wat gegevens te verzamelen die commerciële powerbeaming-systemen een paar stappen dichter bij de realiteit zullen brengen.