Beam It Down

Di luar angkasa, matahari selalu bersinar terang. Tidak ada awan yang menghalangi sinar matahari, dan tidak ada malam hari. Kolektor surya yang dipasang pada satelit yang mengorbit akan menghasilkan daya 24 jam per hari, 365 hari per tahun. Jika kekuatan ini dapat diteruskan ke bumi, maka masalah energi dunia mungkin akan terpecahkan selamanya.



Satelit tenaga surya (SPS) awalnya diusulkan sebagai solusi untuk krisis minyak tahun 1970-an oleh insinyur Ceko-Amerika Peter Glaser, kemudian di Arthur D. Little. Glaser membayangkan susunan sel surya seluas 50 kilometer persegi yang ditempatkan pada satelit yang mengorbit 36.000 kilometer di atas titik tetap di sepanjang khatulistiwa. Sebuah satelit pada ketinggian geosinkron membutuhkan waktu 24 jam untuk mengorbit bumi dan dengan demikian tetap berada di titik yang sama di bumi sepanjang waktu.

kelas mit 2020

Idenya sangat elegan. Sel fotovoltaik pada satelit akan mengubah sinar matahari menjadi arus listrik, yang pada gilirannya akan memberi daya pada generator gelombang mikro onboard. Sinar gelombang mikro akan melakukan perjalanan melalui ruang dan atmosfer. Di darat, susunan antena penyearah, atau rectennas, akan mengumpulkan gelombang mikro ini dan mengekstrak daya listrik, baik untuk penggunaan lokal atau untuk distribusi melalui jaringan utilitas konvensional.





Teknologi tersebut, seperti yang semula dibayangkan, menimbulkan rintangan teknis yang menakutkan. Mentransfer daya listrik secara efisien dari satelit di orbit geosinkron akan membutuhkan antena pemancar di atas satelit dengan diameter sekitar satu kilometer dan antena penerima di darat dengan diameter sekitar 10 kilometer. Proyek skala ini mengejutkan pikiran; lembaga pendanaan pemerintah menghindari investasi dalam jumlah besar dalam sebuah proyek yang kelangsungan hidupnya sangat tidak jelas. NASA dan Departemen Energi, yang telah mensponsori studi desain awal, kehilangan minat pada akhir 1970-an.

Namun, dalam beberapa tahun terakhir, industri komunikasi telah mengumumkan proyek satelit yang menunjukkan waktunya telah tiba untuk meninjau kembali ide satelit tenaga surya. Pada awal abad berikutnya, segerombolan satelit komunikasi akan mengorbit bumi pada ketinggian rendah, menyampaikan suara, video, dan data ke tempat-tempat paling terpencil di bumi. Satelit ini akan menyampaikan sinyal komunikasi ke bumi melalui pancaran gelombang mikro. Transmisi daya listrik dengan pancaran gelombang mikro telah didemonstrasikan pada awal tahun 1963, dan memproyeksikan daya dan data di sepanjang pancaran gelombang mikro yang sama sudah sangat canggih. Mengapa tidak menggunakan sinar yang sama untuk membawa daya listrik?

Satelit komunikasi baru akan mengorbit pada ketinggian hanya beberapa ratus mil. Alih-alih melayang di atas sebuah titik di khatulistiwa, satelit yang mengorbit rendah meluncur mengelilingi dunia hanya dalam waktu 90 menit, menelusuri jalur yang berosilasi di sekitar khatulistiwa, naik dan turun hingga 86 derajat garis lintang. Karena mereka lebih dekat ke permukaan bumi, kolektor surya di satelit bisa beberapa ratus meter daripada 10 kilometer. Dan karena pancaran gelombang mikro yang mereka hasilkan akan menyebar jauh lebih sedikit daripada yang berasal dari satelit geosinkron, rectennas tanah bisa jadi lebih kecil dan lebih murah juga. Dengan membonceng armada satelit komunikasi ini—dan memanfaatkan pemancar dan penerima gelombang mikro, stasiun bumi, dan sistem kontrol—teknologi tenaga surya dapat menjadi layak secara ekonomi.



Orbit bumi yang rendah menimbulkan kesulitannya sendiri. Karena mereka mengitari planet dengan begitu cepat, satelit yang mengorbit rendah harus memiliki sistem canggih yang dikendalikan komputer untuk menyesuaikan tujuan pancaran gelombang mikro sehingga mendarat di stasiun penerima. Satelit-satelit ini harus menggunakan sistem elektronik canggih, yang disebut array bertahap, untuk terus menargetkan ulang pancaran sinar yang keluar.

Energi untuk Pembangunan

Permintaan tenaga surya berbasis ruang angkasa bisa jadi luar biasa. Pada tahun 2050, menurut beberapa perkiraan, 10 miliar orang akan menghuni dunia—lebih dari 85 persen di antaranya berada di negara-negara berkembang. Pertanyaan besarnya: Bagaimana cara terbaik untuk memenuhi kebutuhan energi umat manusia yang terus meningkat dengan dampak negatif yang paling kecil terhadap lingkungan?

siapa kupu-kupu itu?

Mencari Peluncuran Murah



Salah satu pertimbangan penting dalam merencanakan kekuatan luar angkasa adalah biaya untuk menempatkan satelit ke orbit. Saat ini, biayanya seribu kali lebih besar untuk menempatkan sebuah objek ke luar angkasa daripada menerbangkannya melintasi negara dengan pesawat komersial, meskipun kedua pekerjaan tersebut membutuhkan jumlah energi yang kira-kira sama—sekitar 10 kilowatt-jam per kilogram muatan. Dua faktor menyebabkan biaya tambahan: pasukan insinyur dan ilmuwan yang dibutuhkan untuk peluncuran luar angkasa yang sukses, dan praktik membuang banyak kendaraan peluncuran setelah setiap penerbangan.

Namun, biaya peluncuran kemungkinan besar akan turun, karena permintaan meningkat untuk mengangkat material dalam jumlah besar ke luar angkasa secara teratur: semakin sering sistem peluncuran digunakan, semakin rendah biaya per penggunaan. Selain itu, NASA sedang mencari generasi baru kendaraan peluncuran yang dapat digunakan kembali. Badan tersebut baru-baru ini mensponsori kompetisi di antara kontraktor kedirgantaraan untuk kendaraan luar angkasa dengan potensi operasi seperti maskapai penerbangan. Pemenangnya adalah Lockheed Martin Skunk Works, inovator legendaris dalam desain pesawat dari U-2 hingga pesawat tempur Stealth. Lockheed Martin berencana untuk membangun dan menguji X-33 berbentuk baji senilai $ 1 miliar yang dapat digunakan kembali - versi massa seperdelapan dari kendaraan peluncuran yang disebut Venture Star yang akan menggantikan pesawat ulang-alik untuk mengangkut kargo ke orbit rendah. Biaya peluncuran target adalah .200 per kilogram-sepersepuluh dari biaya peluncuran pesawat ulang-alik. Pada harga itu, tenaga luar angkasa bisa menjadi hemat biaya jika satelit berfungsi ganda sebagai relai komunikasi dan sumber tenaga surya.

Satelit tenaga surya harus segera membayar kembali energi yang dibutuhkan untuk memasukkannya ke orbit. Mulailah dengan asumsi konservatif bahwa teknologi satelit tenaga surya akan menghasilkan 0,1 kilowatt listrik di tanah per kilogram massa di orbit. Dalam hal ini, pengeluaran energi 10 kilowatt-jam per kilogram untuk mengangkat satelit ke orbit akan dibayar kembali dalam listrik setelah hanya 100 jam-kurang dari lima hari.
Salah satu cara untuk menekan biaya peluncuran adalah dengan menggunakan struktur tiup sebagai kolektor surya. Melakukan hal itu akan memaksimalkan luas permukaan kolektor-penting untuk mengumpulkan energi surya dalam jumlah terbesar-tanpa membebani kendaraan peluncuran. Kolektor surya yang kempes dapat dilipat menjadi ruang yang ringkas di atas pesawat ruang angkasa; sekali di orbit, gas dari wadah bertekanan akan mengembang struktur.

struktur kaca pendaratan bulan cina

Balon di luar angkasa adalah cerita lama. Faktanya, satelit kuno tahun 1960 yang dikenal sebagai Echo I adalah balon yang digunakan untuk memantulkan gelombang radio kembali ke Bumi. NASA sekarang mempelajari kelayakan struktur tiup di ruang angkasa untuk antena, kerai, dan susunan surya, meskipun tidak secara eksplisit untuk sistem satelit tenaga surya. Sebuah tonggak eksperimental penting adalah keberhasilan penyebaran oleh astronot Space Shuttle Endeavour Mei 1996 dari Spartan Inflatable Antenna Experiment-antena 14 meter yang dikembangkan oleh tabung gas nitrogen di orbit.

Ini bukan langkah yang sangat besar dari eksperimen semacam itu ke satelit pengumpul surya yang dapat dirakit di orbit dari segmen yang digelembungkan. Jika NASA menjadikan penelitian tentang struktur ruang tiup sebagai prioritas tinggi, basis pengetahuan untuk membuat satelit bermassa rendah yang hemat biaya dapat berkembang pesat.

Satu langkah pada satu waktu

Pada awalnya, energi matahari yang direlai dari luar angkasa hanya akan digunakan untuk menyediakan daya listrik minimal yang dibutuhkan untuk menjalankan elektronik stasiun penerima di darat—seperti yang dilakukan arus saluran telepon konvensional. Pada akhirnya, satelit akan memancarkan daya yang lebih besar, yang dapat menyediakan megawatt listrik yang akan berkontribusi besar untuk memberi daya pada desa atau bahkan kota.

Meningkatkan ke tingkat daya yang lebih tinggi akan mudah, hanya memerlukan penyebaran sejumlah besar area pengumpulan surya di ruang angkasa. Daya akan ditransmisikan melalui infrastruktur pemancar dan penerima yang kemudian akan ditempatkan untuk sistem komunikasi satelit. Dalam hal ini, transmisi gelombang mikro memiliki keunggulan yang ditentukan dibandingkan metode kabel konvensional dalam mentransmisikan daya. Sistem gelombang mikro yang 80 persen efisien dalam mengirimkan 1 kilowatt akan tetap 80 persen efisien dalam mengirimkan 1 megawatt. Ini pada dasarnya berbeda dari saluran transmisi utilitas listrik, di mana Anda membutuhkan kabel yang lebih tebal dan lebih mahal untuk membawa lebih banyak daya. Jika terlalu banyak daya dimasukkan melalui kabel, itu akan melelehkan isolasi.

Beberapa takut bahwa jaringan satelit tenaga surya dapat mengubah atmosfer menjadi satu oven microwave besar, memasak apa pun yang mengembara ke jalur sinar. Pada kenyataannya, intensitas gelombang mikro yang kami usulkan akan menjadi urutan besarnya di bawah ambang batas di mana objek mulai memanas. Orang-orang akan terpapar pada tingkat gelombang mikro yang sebanding dengan oven gelombang mikro dan telepon seluler. Sementara beberapa kritikus berspekulasi bahwa gelombang mikro menimbulkan ancaman nontermal bagi kesehatan manusia, tidak ada bukti epidemiologi yang dapat diandalkan untuk efek samping dari gelombang mikro pada tingkat yang rendah ini. Tingkat radiasi gelombang mikro yang lebih tinggi akan ditemukan di rectennas di mana sinar difokuskan, tetapi pagar dan tanda peringatan dapat membatasi area yang mungkin berbahaya ini. Namun menurut perhitungan kami, intensitas gelombang mikro bahkan di perimeter rectenna akan jatuh dalam kisaran yang sekarang dianggap aman oleh Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Kerja.

Masalah potensial yang lebih besar adalah pembagian frekuensi terbatas dalam spektrum gelombang mikro. Motorola mendapat kecaman, misalnya, karena sistem yang direncanakannya akan menggunakan frekuensi dalam rentang 1,616 hingga 1,626 gigahertz, yang hampir tumpang tindih dengan frekuensi 1,612 gigahertz yang disetel oleh para astrofisikawan saat mengumpulkan data tentang kosmos. Para astronom radio khawatir bahwa gangguan dari satelit tenaga surya akan membanjiri sinyal yang relatif lemah yang ingin mereka deteksi. Motorola berjanji untuk membatasi limpahan sinar komunikasinya ke ceruk frekuensi radio astronom, tetapi masalah ini menggarisbawahi fakta bahwa spektrum gelombang mikro adalah sumber daya terbatas yang dijaga ketat oleh pengguna komersial dan nirlaba. Alokasi spektrum harus ditangani dengan segera dan efektif untuk menghindari preemption teknologi kekuatan ruang angkasa sebelum lahir.

Apakah satelit tenaga surya menjadi kenyataan pada akhirnya akan tergantung pada kemauan perusahaan telekomunikasi dan utilitas listrik untuk memasuki bisnis tenaga luar angkasa. Sejauh ini, tidak ada industri yang menunjukkan banyak minat. Tapi kemudian, mereka sebagian besar tidak menyadari kemungkinan komersial. Kita harus tahu bahwa ada pilihan untuk memilihnya. Tiga puluh tahun yang lalu, satelit komunikasi adalah hal yang baru. Sepuluh tahun yang lalu, tidak ada yang pernah mendengar tentang Internet.

Yang pasti adalah bahwa desakan deregulasi saat ini telah menyebabkan perebutan di pihak industri telekomunikasi, komputer, TV kabel, dan utilitas untuk memasuki pasar satu sama lain. Beberapa perusahaan tenaga listrik ingin memasuki bisnis telekomunikasi sebagai cara untuk memanfaatkan investasi besar dalam kawat dan kabel yang menjangkau hampir setiap gedung di negara ini. Masuk akal untuk mengusulkan bahwa perusahaan komunikasi memasuki bisnis listrik. Dalam praktiknya, konsorsium perusahaan listrik dan komunikasi dapat mengembangkan teknologi yang diusulkan bersama-sama.

Tidak ada satu pun bagian dari teknologi ini yang menjadi batu sandungan mendasar. Fisika sel fotovoltaik dan pembangkitan gelombang mikro telah dipahami dengan baik. Namun, untuk pindah ke tahap berikutnya, diperlukan demonstrasi bahwa semua bagian dari sistem ini dapat bekerja sama: panel surya, antena gelombang mikro array bertahap, stasiun penerima yang memisahkan sinyal data dari pancaran daya, dan komputer yang memberitahu satelit di mana di tanah untuk mengarahkan balok. NASA dapat mempercepat perkembangan ini secara luar biasa dengan menempatkan prototipe satelit tenaga surya ke orbit.

seberapa cepat otaknya?

Manfaatnya terlalu besar untuk ditinggalkan. Jaringan satelit tenaga surya seperti yang kami usulkan dapat memasok bumi dengan 10 hingga 30 triliun watt daya listrik—cukup untuk memenuhi kebutuhan umat manusia hingga abad berikutnya. Satelit tenaga surya dengan demikian menawarkan visi di mana produksi energi bergerak dari permukaan bumi, memungkinkan setiap orang untuk hidup di planet yang lebih hijau. Pertimbangkan implikasi filosofisnya: manusia tidak perlu lagi melihat dirinya terperangkap di bumi pesawat ruang angkasa dengan sumber daya yang terbatas. Kita bisa memanfaatkan sumber daya ruang angkasa yang tak terbatas, dengan planet yang dilestarikan sebagai sumber keanekaragaman hayati yang tak ternilai harganya.

bersembunyi

Teknologi Aktual

Kategori

Tidak Dikategorikan

Teknologi

Bioteknologi

Kebijakan Teknologi

Perubahan Iklim

Manusia Dan Teknologi

Bukit Silikon

Komputasi

Majalah Berita Mit

Kecerdasan Buatan

Ruang Angkasa

Kota Pintar

Blockchain

Cerita Fitur

Profil Alumni

Koneksi Alumni

Fitur Berita Mit

1865

Pandangan Ku

77 Jalan Massal

Temui Penulisnya

Profil Dalam Kemurahan Hati

Terlihat Di Kampus

Surat Alumni

Berita

Pemilu 2020

Dengan Indeks

Di Bawah Kubah

Pemadam Kebakaran

Cerita Tak Terbatas

Proyek Teknologi Pandemi

Dari Presiden

Sampul Cerita

Galeri Foto

Direkomendasikan