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Aug 18, 2023

Il satellite trasmette l'energia solare sulla Terra, per primo

Researchers have taken a small but necessary step toward realizing a

I ricercatori hanno compiuto un piccolo ma necessario passo verso la realizzazione di un sogno di vecchia data: raccogliere l’energia solare nello spazio e trasmetterla sulla Terra. Un satellite lanciato a gennaio ha indirizzato l'energia di un raggio di microonde su obiettivi nello spazio e ha persino inviato parte di quell'energia a un rilevatore sulla Terra, ha annunciato il 1° giugno il costruttore dell'esperimento, il California Institute of Technology (Caltech). "Nessuno lo ha mai fatto prima", afferma lo scienziato spaziale Sanjay Vijendran dell'Agenzia spaziale europea (ESA). "Stanno dando credibilità all'argomento dimostrando questa capacità."

La credibilità è stata a lungo la sfida per l’energia solare spaziale. Per produrre la stessa energia di una tipica centrale a carbone o nucleare, un satellite avrebbe bisogno di un’area di raccolta di chilometri, che richiederebbe centinaia di lanci e assemblaggi in orbita. La NASA pianificò una missione dimostrativa durante la crisi energetica degli anni '70. Ma con la tecnologia dell’epoca, trasportata dallo Space Shuttle e assemblata dagli astronauti, la missione sarebbe costata mille miliardi di dollari. Pochi lo presero sul serio dopo.

Da allora lo spazio è cambiato. Le celle solari e i raggi a microonde sono più economici e più efficienti. Presto saranno in orbita robot in grado di assemblare strutture e aziende come SpaceX hanno tagliato i costi dei lanci. Recenti studi commissionati dall’ESA e dal governo del Regno Unito suggeriscono che giganteschi generatori orbitanti saranno presto in grado di generare elettricità a costi paragonabili a quelli delle centrali nucleari terrestri.

Alcuni programmi di ricerca sparsi hanno dato una spinta in avanti al campo. A partire dagli anni '80, i ricercatori dell'Università di Kyoto hanno dimostrato l'emissione di energia su brevi distanze ai margini dello spazio utilizzando razzi suborbitali. Nel 2020, un team del Laboratorio di ricerca navale degli Stati Uniti ha inviato in orbita un "pannello sandwich" delle dimensioni di una scatola di pizza con celle solari su un lato, un riempimento di componenti elettronici e trasmettitori a microonde sull'altro per dimostrare la conversione della luce solare in microonde .

La missione Caltech, finanziata dalla Donald Bren Foundation e dalla Northrop Grumman Corporation, mirava a fare un ulteriore passo avanti con componenti leggeri, economici e flessibili. Il trasmettitore a microonde era costituito da una serie di 32 antenne piatte posizionate su una superficie leggermente più grande di un piatto da portata. Variando la tempistica dei segnali inviati alle diverse antenne, i ricercatori hanno potuto orientare il raggio della schiera. Lo hanno puntato verso un paio di ricevitori a microonde a circa un avambraccio di distanza e hanno commutato il raggio da un ricevitore all'altro a piacimento, accendendo un LED su ciascuno.

La potenza trasmessa era piccola, appena 200 milliwatt, inferiore a quella della luce della fotocamera di un cellulare. Ma il team è riuscito comunque a dirigere il raggio verso la Terra e a rilevarlo con un ricevitore al Caltech. "Era una prova di concetto", afferma l'ingegnere elettrico del Caltech Ali Hajimiri. "Indica cosa può fare un sistema complessivo."

La navicella spaziale del Caltech ha ancora due esperimenti in programma. Attualmente si stanno testando 32 diversi tipi di celle solari per vedere quale sopravvive meglio ai rigori dello spazio. Il secondo è un pezzo piegato di materiale composito ultraleggero che si dispiegherà in una struttura simile a una vela larga 2 metri. Anche se la vela non conterrà alcuna cella solare, è destinata a testare il tipo di installazioni sottili, flessibili e di grandi dimensioni richieste per una futura centrale elettrica.

L’interesse per l’energia solare spaziale sembra prendere slancio. Quest'anno l'ESA ha commissionato due studi sulle potenziali architetture per le centrali elettriche in orbita. Vijendran afferma che le aziende fornitrici di energia si sono unite allo sforzo. Il team di Kyoto ha annunciato il mese scorso che collaborerà con l'agenzia spaziale giapponese JAXA per testare il power beaming in orbita.

L'ingegnere elettrico di Kyoto Naoki Shinohara dice di essere stato felice di apprendere del successo del Caltech, "ma allo stesso tempo sono deluso perché noi giapponesi miravamo a realizzare il primo esperimento satellitare [di trasmissione di energia senza fili] al mondo nel 2025".

Anche la startup Virtus Solis Technologies ha testato la trasmissione di energia e prevede di lanciare un impianto pilota in orbita nel 2026. Il CEO John Bucknell afferma che l'azienda intende offrire energia commerciale ai clienti prima della fine del decennio. “Il solare spaziale è l’unica tecnologia energetica pulita, solida e scalabile [con] un percorso credibile verso l’emissione zero di carbonio”.