La Terra riceve ogni giorno dal Sole una media di 1367 watt per metro quadrato. Ciò equivale a circa 173.000 terawatt di energia solare al giorno. Il consumo energetico globale totale è di circa 18 terawatt, il che significa che la Terra riceve quotidianamente circa 9.600 volte più energia solare di quanta ne consuma.
L’ideale sarebbe catturare la luce solare direttamente nello spazio e inviarla sulla Terra. La Terra infatti è soggetta a variazioni stagionali che si riflettono sull’intensità della luce, cosa che non accade in orbita. Inoltre, nello spazio l’energia solare è disponibile 24 ore su 24, 7 giorni su 7, senza variazioni di illuminazione. Non bastasse, i pannelli solari sono più efficienti quando si trovano in condizioni di cielo limpido e senza nuvole, e nello spazio possono funzionare con un’efficienza maggiore. Inoltre, non ci sarebbero barriere architettoniche o vincoli ambientali di sorta.
Già, ma come fare a portare l’energia dallo spazio alle nostre case? Un anno fa il Caltech’s Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1) è stato inviato nello spazio proprio per testare tre innovazioni in grado di rendere possibile il progetto di energia solare spaziale. Si tratta di un progetto di grande importanza per il futuro dell’umanità, sempre più assetata di energia tra IA, blockchain ed elettrificazione degli autotrasporti. E chissà cos’altro ci inventeremo nel futuro che richiederà ulteriore energia.
Il test ha mostrato la capacità di inviare energia nello spazio sotto forma di microonde, senza quindi l’uso di cavi. Ha valutato l’efficienza, la resistenza e le prestazioni di diversi tipi di celle solari in condizioni spaziali, e ha testato un design innovativo per una struttura leggera e pieghevole, destinata a sostenere queste celle solari e i dispositivi di trasmissione energetica. I risultati positivi ottenuti stanno insegnandoci lezioni vitali per il futuro dello sviluppo dell’energia solare spaziale.
“La possibilità di trasmettere energia solare dallo spazio a prezzi commerciali, rimane un obiettivo futuro. Tuttavia questa missione fondamentale ha mostrato che esso è raggiungibile”, dichiara Thomas F. Rosenbaum, Presidente del Caltech e professore di fisica, nonché detentore della cattedra presidenziale Sonja e William Davidow.
Il progetto
L’SSPD-1 segna un progresso significativo in un progetto in corso da oltre dieci anni, che ha catturato l’attenzione internazionale verso una tecnologia che interessa a tutto il mondo Lanciato il 3 gennaio 2023 a bordo di un modulo Vigoride di Momentus Space, il progetto si compone di tre esperimenti principali, ognuno incentrato su una tecnologia differente.
Il primo è DOLCE (Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment), una struttura di 1,8 metri per 1,8 metri che illustra l’architettura, il sistema di imballaggio e i meccanismi di dispiegamento di una navicella spaziale modulare e scalabile, che in futuro formerà una costellazione chilometrica che funzionerà come una centrale elettrica.
Il secondo è ALBA, una serie di 32 tipi diversi di celle fotovoltaiche per valutare quali possano resistere alle difficili condizioni dello spazio. Il terzo è MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment), un insieme di trasmettitori di potenza a microonde, flessibili e leggeri, basati su circuiti integrati personalizzati con un controllo preciso del tempo, per indirizzare l’energia selettivamente verso due ricevitori differenti, dimostrando così la trasmissione di potenza senza fili nello spazio.
Uno sguardo dall’interno di MAPLE, che studia la trasmissione di energia wireless nello spazio.
“Non è che non abbiamo già pannelli solari nello spazio. Ad esempio, essi vengono utilizzati per alimentare la Stazione Spaziale Internazionale”, spiega Harry Atwater, direttore della Divisione di Ingegneria e Scienze Applicate e professore di Fisica Applicata e Scienza dei Materiali, nonché direttore della Liquid Sunlight Alliance e uno dei principali ricercatori di SSPP. “Tuttavia, per lanciare e dispiegare dispositivi sufficientemente grandi da fornire energia significativa alla Terra, l’SSPP deve progettare e realizzare sistemi di trasferimento di energia solare che siano ultra-leggeri, economici, flessibili e dispiegabili.”
Donal Bren: il filantropo
Il progetto SSPP ha preso il via quando il filantropo Donald Bren, presidente della Irvine Company e membro permanente della comunità del Caltech, venne a conoscenza delle potenzialità dell’energia solare spaziale da un articolo su Popular Science da giovane. Colpito dalle prospettive dell’energia solare spaziale, Bren si rivolse al presidente del Caltech di allora, Jean-Lou Chameau, nel 2011, per proporre l’ideazione di un progetto di ricerca sull’energia solare nello spazio.
Nei successivi anni, Bren e sua moglie, Brigitte Bren, trustee del Caltech, hanno deciso di effettuare una serie di donazioni tramite la Fondazione Donald Bren, arrivando a un impegno complessivo di oltre 100 milioni di dollari, per finanziare il progetto e creare diverse cattedre universitarie al Caltech. “L’impegno e la passione degli scienziati di spicco del Caltech hanno portato avanti il nostro sogno di offrire al mondo un’energia abbondante, sicura ed economica per il bene dell’umanità intera”, ha detto Donald Bren.
Oltre al contributo dei Bren, la Northrop Grumman Corporation ha fornito al Caltech 12,5 milioni di dollari dal 2014 al 2017, attraverso un contratto di ricerca sponsorizzato, contribuendo allo sviluppo tecnologico e all’evoluzione scientifica del progetto.
Mentre la missione si avvicina al termine, l’SSPD-1 ha cessato le comunicazioni con la Terra l’11 novembre. Il modulo Vigoride-5, che ha ospitato l’SSPD-1, resterà in orbita per continuare i test e le dimostrazioni dei suoi motori a propulsione elettrotermica a microonde, che usano acqua distillata come propellente. Infine, il modulo uscirà dall’orbita e si disintegrerà nell’atmosfera terrestre.
Nel frattempo, il gruppo di ricerca di SSPP prosegue il lavoro in laboratorio, analizzando i dati ricevuti dallo SSPD-1 per determinare le prossime sfide di ricerca fondamentali che il progetto dovrà intraprendere.
