Trong không gian cách Trái Đất 400 km, nơi Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) đang lặng lẽ quay quanh quỹ đạo, một hệ thống "siêu tấm pin năng lượng mặt trời" đang được thử nghiệm, hứa hẹn thay đổi cách con người sản xuất điện cho các sứ mệnh vũ trụ tương lai.
Công nghệ này không chỉ cung cấp 120 kW điện cho ISS mà còn mở ra viễn cảnh về các nhà máy điện mặt trời ngoài không gian, truyền năng lượng về Trái Đất.
Hệ thống tấm pin năng lượng mặt trời IROSA (ISS Roll-Out Solar Array), được phát triển bởi Redwire Corporation hợp tác với Boeing’s Spectrolab, là trọng tâm của câu chuyện.
IROSA sử dụng công nghệ ROSA – một dạng mảng pin mặt trời cuộn, có thể triển khai dễ dàng trong không gian.
Mỗi cặp cánh IROSA tạo ra hơn 20 kW điện, và với 4 cặp (8 cánh) – hiện đã được triển khai hoặc thử nghiệm, tổng công suất đạt 120 kW, là đủ để duy trì hoạt động đầy đủ của ISS.
Điểm vượt trội của IROSA là chúng nhẹ hơn, giúp việc phóng lên quỹ đạo dễ dàng hơn. Trong quá trình nâng cấp bằng việc lắp đặt các tấm pin mặt trời hiệu suất cao hơn trên trạm, các tấm pin mặt trời đa điểm cũ không cần phải tháo dỡ, vì các tấm pin IROSA có thể được lắp đặt chồng lên.
Trong khi 3 cặp cánh IROSA đầu tiên đã được lắp đặt theo kế hoạch và hoạt động ổn định từ năm 2021-2023, cặp cánh thứ 4 đã được giao vào tháng 1/2025 và đang trải qua thử nghiệm khắc nghiệt (nhiệt độ cực nóng/lạnh).
Dự kiến, chúng sẽ được lắp đặt chính thức vào cuối 2025 hoặc đầu 2026 thông qua sứ mệnh tiếp tế. Tổng cộng có 6 cặp cánh như vậy.
"IROSA sẽ đảm bảo năng lượng bền vững cho các hoạt động con người trong không gian lâu dài", ông Peter Cannito, CEO Redwire, khẳng định.
Cặp tấm pin năng lượng mặt trời IROSA đầu tiên được lắp đặt trên ISS vào tháng 6/2021. Ảnh: NASA/Redwire
Cũng như phần lớn các công nghệ vũ trụ, năng lượng mặt trời ban đầu được phát triển để sử dụng trên Trái Đất. Các nguyên mẫu của tấm pin năng lượng mặt trời thực sự xuất hiện lần đầu tiên vào thế kỷ 19.
Vào năm 1839, nhà vật lý người Pháp Alexandre Edmond Becquerel khám phá ra nguyên lý của hiệu ứng quang điện, nền tảng cho hoạt động của tất cả các tấm pin mặt trời hiện đại.
Nhưng phải đến năm 1954, các nhà nghiên cứu tại Bell Laboratories (có trụ sở tại New Jersey, Mỹ) mới phát minh ra pin mặt trời silicon thực tế đầu tiên: Một thiết bị có khả năng tạo ra điện từ năng lượng mặt trời.
Và tàu vũ trụ đầu tiên được trang bị tấm pin năng lượng mặt trời là vệ tinh nhân tạo thứ hai của Mỹ, gọi là Vanguard 1, được phóng vào ngày 17/3/1958.
Năm 1968, kỹ sư Peter Glaser đề xuất ý tưởng về thu năng lượng mặt trời ngoài không gian (SBSP), chuyển thành tia vi sóng/laser, truyền về Trái Đất qua rectenna (ăng-ten chỉnh lưu).
Ưu điểm của phương pháp này là tạo ra dòng năng lượng tái tạo liên tục do ở đó không có đêm, không bị khí quyển cản trở.
Thách thức cũng không thể xem thường. Theo ước tính của NASA vào năm 2024, 1 kWh điện tạo ra trong không gian đắt gấp 12 lần so với trên mặt đất. Cần hàng trăm lần phóng để lắp ráp hoàn chỉnh một hệ thống. Ngoài ra, tia năng lượng khi được truyền về Trái đất có thể gây hại cho máy bay, chim chóc, thực vật.
Mặc dù vậy, vẫn có những dự án tiên phong. Ví dụ, dự án (OHISAMA) của Nhật Bản liên quan đến vệ tinh 180 kg, với tấm pin năng lượng mặt trời rộng 2 m2, truyền 1 kWh vi sóng về Trái Đất trong 5 phút, dự kiến triển khai trong năm 2025.
Ở Mỹ có dự án điện mặt trời không gian Caltech, thử nghiệm truyền năng lượng không dây thành công vào năm 2023. Trung Quốc cũng đang phát triển dự án điện mặt trời SBSP của riêng mình.
Dù còn nhiều thách thức, một điều chắc chắn: Tương lai của năng lượng sạch không chỉ giới hạn ở Trái đất, mà đã bắt đầu tỏa sáng trong không gian.
Minh Đức (Theo Ecoticias, Max Polyakov)
