Năng lượng Mặt Trời không gian: Lĩnh vực cạnh tranh mới giữa các cường quốc

Các trạm năng lượng Mặt Trời trong không gian đang biến một giấc mơ xa vời thành một triển vọng công nghệ thực tế. Mỹ, Trung Quốc cùng nhiều quốc gia khác đang gia tăng nỗ lực cạnh tranh trong lĩnh vực đầy tiềm năng này.

Trong suốt thời gian dài, khái niệm xây dựng trạm năng lượng không gian do nhà khoa học Nga Konstantin Tsiolkovsky lần đầu tiên đưa ra vào những năm 1920, đã trở thành nguồn cảm hứng sáng tác cho nhiều nhà văn. Một thế kỷ sau, các nhà khoa học đã đạt được những bước tiến lớn trong việc biến ý tưởng này thành hiện thực.

Ảnh minh họa: Getty. 
Ảnh minh họa: Getty. 

Công nghệ năng lượng tái tạo đã phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, với hiệu suất được cải thiện và chi phí thấp hơn. Nhưng có một trở ngại lớn là chúng không cung cấp được năng lượng một cách liên tục. Các trang trại năng lượng Mặt Trời và gió chỉ sản xuất năng lượng khi gió thổi hoặc Mặt Trời chiếu sáng, trong khi chúng ta cần điện cả ngày lẫn đêm.

Một cách khả thi để giải quyết vấn đề này là tạo ra năng lượng Mặt Trời trong không gian. Năng lượng Mặt Trời không gian (Space-based solar power - SBSP) là khái niệm thu thập năng lượng Mặt Trời ngoài vũ trụ và phân phối đến Trái Đất. Một trạm năng lượng Mặt Trời trong không gian có thể di chuyển theo quỹ đạo để hứng ánh nắng Mặt Trời 24 giờ/ngày. Bầu khí quyển của Trái đất cũng hấp thụ và phản xạ một số ánh sáng của Mặt Trời, do đó, các tấm pin năng lượng Mặt Trời trong không gian sẽ nhận được nhiều ánh sáng Mặt Trời hơn và tạo ra nhiều năng lượng hơn.

Năng lượng Mặt Trời từ không gian sẽ được thu nhận như thế nào?

Giải pháp tối ưu là sử dụng các tấm gương phản xạ ánh Mặt Trời lớn lắp đặt trên các vệ tinh trong quỹ đạo. Những tấm gương này sẽ tập trung năng lượng Mặt Trời vào các tấm pin Mặt Trời. Pin Mặt Trời chuyển đổi năng lượng đó thành vi sóng hoặc tia laser và chiếu nó trở lại Trái đất. Nguồn năng lượng sẽ được Trái đất tiếp nhận thông qua các ăng-ten và chuyển đổi thành điện năng. Theo nguyên lý này, để chuyển đổi năng lượng Mặt Trời thu được từ không gian đến mặt đất, người ta phải lắp đặt một hệ thống ăng-ten định hướng. 

Những lợi ích mà giải pháp mang lại

Giải pháp năng lượng Mặt Trời không gian có một số ưu điểm so với giải pháp năng lượng Mặt Trời thông thường. Thứ nhất, nó loại bỏ việc lãng phí thời gian do thời tiết xấu và ban đêm. Theo tính toán, trạm điện trong vũ trụ có thể cung cấp năng lượng trong 99% thời gian và với cường độ gấp 6 lần các trạm năng lượng Mặt Trời hiện nay trên Trái đất.

Thứ hai, với giải pháp mới, chúng ta không phải lo lắng về vấn đề tích trữ năng lượng bởi các nhà máy điện vũ trụ có thể chiếu năng lượng trực tiếp xuống Trái đất bất cứ khi nào. Ánh sáng Mặt Trời trong không gian, không bị lọc bởi bầu khí quyền sẽ mạnh hơn rất nhiều và tạo ra nguồn năng lượng dồi dào. Theo Greenmatch – trang thông tin năng lượng xanh của Australia, SBSP có thể sản sinh ra năng lượng nhiều gấp 40 lần so với năng lượng Mặt Trời trên Trái đất.

Hiệp hội Vũ trụ Quốc gia (NSS) cho rằng, năng lượng Mặt Trời không gian sẽ có khả năng áp đảo tất cả các nguồn năng lượng khác trong tương lai. Hơn nữa chúng ít tạo ra tác động tiêu cực đến môi trường, và khắc phục được các vấn đề về thiếu hụt năng lượng cũng như vấn đề phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính.

Tuy vậy, một trong những thách thức lớn cần phải vượt qua là làm thế nào để lắp ráp, khởi động và triển khai các cấu trúc lớn như vậy. Một trạm năng lượng Mặt Trời trong vũ trụ cần phải có diện tích tối thiểu là 10km2. Chưa kể, chi phí đầu tư và vận hành cũng tương đối lớn. Về mặt lý thuyết, các công nghệ cần thiết để biến giải pháp SBSP thành hiện thực đã sẵn có, nhưng chi phí sản xuất, phóng trạm vào không gian bằng tên lửa khiến việc triển khai không khả thi về mặt thương mại.

Những tiến công nghệ đạt được trong thời gian gần đây đã làm giảm đáng kể chi phí thực hiện các vụ phóng, mang đến hy vọng triển khai thành công giải pháp SBSP trong tương lai.

 

Cuộc cạnh tranh giữa các cường quốc

Với mong muốn sớm được sử dụng nguồn năng lượng sạch không giới hạn, Mỹ, Trung Quốc đã tăng cường nỗ lực thực hiện các dự án nghiên cứu và triển khai  SBSP.

Trung Quốc mới đây công bố kế hoạch xây dựng nhà máy năng lượng Mặt Trời trên không gian nặng 200 tấn với công suất cấp độ megawatt vào năm 2035, và hướng tới việc đưa SBSP trở nên khả thi về mặt thương mại vào năm 2050. Các nhà khoa học Trung Quốc cho rằng trạm năng lượng Mặt Trời trong không gian hứa hẹn mở ra "một nguồn năng lượng sạch và vô tận cho con người".

Trung Quốc đã đưa ra nhiều giải pháp sử dụng ánh sáng Mặt Trời và đạt được một số bước đột phá trong việc truyền tải năng lượng không dây kể từ khi quốc gia này đưa SBSP vào chương trình nghiên cứu trọng điểm năm 2018. Tuy vậy, tham vọng đó đã trở thành một thách thức lớn đối với công nghệ hiện tại, vì nó đòi hỏi phải thực hiện các vụ phóng và lắp đặt nhiều tấm pin năng lượng Mặt Trời trong không gian, cũng như xây dựng hệ thống truyền tải năng lượng không dây hiệu quả.

Giống Trung Quốc, Mỹ từ lâu cũng đã để mắt đến khái niệm thu năng lượng Mặt Trời trực tiếp từ không gian, lấy cảm hứng từ tiểu thuyết khoa học viễn tưởng của nhà văn người Mỹ Isaac Asimov. Tạp chí công nghệ Wired cho biết: “Năm 1975, sau khi hợp tác với Bộ Năng lượng thực hiện một loạt nghiên cứu về tính khả thi của năng lượng Mặt Trời không gian, NASA đã tạo ra 30kw điện/1,6km bằng cách sử dụng một đĩa vi sóng khổng lồ. Tuy nhiên, có rất ít tiến bộ được tạo ra kể từ thời điểm đó”.

Dù vậy, Washington vẫn luôn đặt niềm tin vào việc biến ý tưởng khai thác năng lượng Mặt Trời không gian thành hiện thực. Vào tháng 10/2019, phóng thí nghiệm nghiên cứu không quân Mỹ đã công bố 1 chương trình 100 triệu USD để phát triển phần cứng cho một vệ tinh năng lượng Mặt Trời. Đây là bước quan trọng đầu tiên hướng tới công cuộc đưa SBSP vào thực tế.

Đến năm 2020, Lầu Năm Góc đã thử nghiệm thành công một tấm pin Mặt Trời ngoài không gian. Tấm pin có tên gọi Photovoltaic Radiofrequency Antenna Module (PRAM) - lần đầu được phóng lên không gian vào tháng 5/2020, gắn vào phi thuyền không người lái X-37B, nhằm biến ánh sáng Mặt Trời thành điện năng. Dù tấm pin này vẫn chưa thực sự chuyển điện trực tiếp về Trái đất, nhưng công nghệ bên trong nó đã được chứng minh là có hiệu quả. 

Cơ quan Vũ trụ châu Âu cũng nhận ra tiềm năng của việc khai thác năng lượng Mặt Trời và đang tìm cách tài trợ cho các dự án liên quan với dự đoán rằng nguồn tài nguyên công nghiệp đầu tiên mà chúng ta nhận được từ không gian là “năng lượng chùm”.

Vẫn còn rất nhiều việc phải làm trong lĩnh vực này. Nhưng mục tiêu hướng tới sẽ là biến ý tưởng xây dựng các trạm điện Mặt Trời trên không gian trở thành hiện thực trong những thập kỷ tới. 

Bên cạnh những lợi ích về kinh tế, công nghệ mà giải pháp mang lại, sự gia tăng dân số trên toàn cầu có thể là yếu tố thúc đẩy mối quan tâm đối với năng lượng Mặt Trời không gian. Dự đoán dân số thế giới sẽ tăng lên 9 tỷ người vào năm 2050, các chuyên gia cho rằng SBSP có thể trở thành một giải pháp vô cùng quan trọng để đáp ứng nhu cầu năng lượng trên toàn cầu, đặc biệt là Nhật Bản, Bắc Âu và những khu vực khác không nhận được nhiều ánh nắng Mặt Trời.

(Theo VOV)

Phát hiện tín hiệu vô tuyến lạ ngay sát Hệ Mặt Trời

Phát hiện tín hiệu vô tuyến lạ ngay sát Hệ Mặt Trời

Tín hiệu đến từ ngôi sao Proxima Centauri, hệ sao chỉ cách Trái Đất 4,2 năm ánh sáng.

 
List comment
 
Quay cảnh phun trào núi lửa, chiếc drone suýt bị tan chảy
icon

Đổi lại, nhiếp ảnh gia Garðar Ólafs đã thu được những thước phim tuyệt đẹp về sự kiện hiếm gặp.

 
Đắt gấp 3 lần vàng, kim loại này còn 'hot' hơn cả Bitcoin
icon

Giá Iridium đã tăng 131% kể từ đầu tháng 1, vượt xa mức tăng 85% của Bitcoin.

 
Phát triển cơ bắp cho robot
icon

Những con robot đầu tiên được làm chủ yếu từ vật liệu cứng và có khả năng gây nguy hiểm như kim loại, nhưng robot ngày nay có thể được chế tạo từ vật liệu mềm hơn nhiều.

 
Đông Nam Á hợp lực vì sức mạnh khoa học
icon

Một nước khó có thể trở thành cường quốc khoa học nếu thiếu sự hỗ trợ từ láng giềng. Điều quan trọng là họ phải đi cùng nhau dù có khác biệt về bối cảnh, chương trình hay khó khăn.

 
Con người đã chơi golf trên Mặt Trăng như thế nào?
icon

Không được trang bị những công nghệ cho tuyển thủ golf chuyên nghiệp, phi hành gia Alan Shepard còn phải chơi bóng trong điều kiện khắc nghiệt ngoài không gian.

 
 
Ứng dụng AI quét võng mạc phát hiện sớm tự kỷ ở trẻ nhỏ
icon

Một nhà khoa học Hong Kong đã phát triển phương pháp sử dụng máy học và trí tuệ nhân tạo để quét võng mạc trẻ nhỏ, xác định nguy cơ tự kỷ.  

Phi hành gia có thể sống sót khi rơi vào hố đen?
icon

Hố đen đến ngày nay vẫn là một thiên thể rất bí ẩn mà con người đang tìm cách khám phá.

Elon Musk từng để các kỹ sư SpaceX sống trên hòn đảo không có thức ăn
icon

Các kỹ sư tên lửa của SpaceX đã từng 'nổi loạn' khi phải sống trên một hòn đảo thuộc Thái Bình Dương với tình cảnh không còn thức ăn.

Tỷ phú Nhật sẽ đưa 8 khách mời lên Mặt trăng bằng tên lửa của SpaceX
icon

Ngày 2/3, tỷ phú Nhật Bản Yusaku Maezawa thông báo rằng ông sẽ chọn tám thành viên của công chúng để tham gia cùng trong chuyến du hành vòng quanh mặt trăng bằng tên lửa Starship của SpaceX vào năm 2023.

Vì sao 'tiểu cường quốc năng lượng' Texas gặp khủng hoảng mất điện?
icon

Texas - tiểu bang được ví như cường quốc năng lượng của Mỹ đang phải cảm nhận rõ rệt cơn thịnh nộ tới từ mẹ thiên nhiên mà chưa tìm được cách khắc phục.

 
123

Giấy phép hoạt động báo chí: Số 09/GP-BTTTT, Bộ Thông tin và Truyền thông cấp ngày 07/01/2019.

Tòa soạn: Tầng 7, Tòa nhà Cục Tần số Vô tuyến điện, 115 Trần Duy Hưng, Quận Cầu Giấy, Hà Nội

Điện thoại: 024 3 936 9966 - Fax: 024 3 936 9364

Hotline nội dung: 0888 911 911 - Email: toasoan@ictnews.vn

123