Thương mại hóa không gian đang trở thành một trong những lĩnh vực đổi mới quan trọng nhưng đầy thách thức nhất trong thập kỷ này, khi mà các ngành công nghiệp trên Trái Đất như viễn thông, quốc phòng, nông nghiệp và hiện tại là trí tuệ nhân tạo (AI) đang ngày càng phải dựa vào không gian. Nhưng để có thể phát triển mạnh mẽ, nền kinh tế không gian sẽ cần một nguồn năng lượng khổng lồ.
Giống như pin cho xe điện trên Trái Đất, năng lượng trong không gian là cơ sở hạ tầng thiết yếu — không có nó, mọi hoạt động đều ngưng trệ. Thông thường, năng lượng không gian được cung cấp bởi các tấm pin mặt trời, nhưng chúng có giá thành vô cùng đắt đỏ và chiếm một phần đáng kể trong tổng chi phí của vệ tinh.
Điều này dễ hiểu vì việc phát triển các tấm pin mặt trời cho không gian không hề đơn giản. Chúng cần cung cấp năng lượng ổn định trong điều kiện khắc nghiệt — sự thay đổi nhiệt độ đột ngột trong quỹ đạo quanh Trái Đất kéo dài 90 phút mỗi lần và mức độ bức xạ cực cao — trong suốt các nhiệm vụ kéo dài hàng thập kỷ. Tuy nhiên, khi chi phí phóng vệ tinh giảm mạnh, các giải pháp năng lượng cho không gian phải trở nên tiết kiệm hơn, đáng tin cậy hơn và có khả năng mở rộng hơn bao giờ hết.
Nếu không giải quyết được vấn đề này, tham vọng không gian có thể sụp đổ, và các sứ mệnh không gian quy mô lớn sẽ không thể duy trì tính khả thi về kinh tế. Mục tiêu cuối cùng của thương mại hóa không gian là tạo ra một nền kinh tế không gian bền vững, thay vì chỉ dựa vào các hợp đồng quân sự và chính phủ.
Hoạt động vệ tinh, việc khai thác tài nguyên trên Mặt Trăng, ứng dụng AI và truyền tải năng lượng đều có thể trở thành trụ cột quan trọng của nền kinh tế này, nhưng tất cả phụ thuộc vào khả năng tiếp cận các công nghệ năng lượng có thể mở rộng (scalable), tiết kiệm chi phí và đáng tin cậy.
AI, mạng LEO và nền kinh tế Mặt Trăng
Các chòm vệ tinh quỹ đạo thấp (LEO) phục vụ viễn thông, quốc phòng và quan sát Trái Đất đang phát triển mạnh và có nhu cầu năng lượng không gian lớn nhất hiện nay. Những công ty như Starlink và OneWeb đang dẫn đầu với các chòm vệ tinh viễn thông quy mô lớn, thúc đẩy các đối thủ khác tham gia vào cuộc cạnh tranh quyết liệt. Tất cả những chương trình này đòi hỏi nguồn năng lượng không gian có hiệu suất cao, tiết kiệm chi phí và có khả năng mở rộng để đảm bảo tính khả thi về kinh tế.
Trong khi đó, nhu cầu về cơ sở hạ tầng năng lượng mạnh mẽ và tiết kiệm chi phí tiếp tục gia tăng để đáp ứng cho những ứng dụng mới. Tham vọng phát triển nền kinh tế Mặt Trăng là giai đoạn tiếp theo trong quá trình thương mại hóa không gian. Mọi kế hoạch liên quan đến Mặt Trăng — từ khai thác tài nguyên, sản xuất cho đến xây dựng các khu định cư lâu dài — đều cần một lượng năng lượng khổng lồ.
Dự án Artemis của NASA, dù bị trì hoãn, vẫn cho thấy sự cấp bách ngày càng tăng của các hoạt động thám hiểm Mặt Trăng, được thúc đẩy bởi sự cạnh tranh với Trung Quốc và các quốc gia khác. Ngoài ra, các công ty tư nhân như SpaceX đang phát triển tàu đổ bộ Mặt Trăng và các dịch vụ hỗ trợ thám hiểm cũng như khai thác tài nguyên.
Khi các sứ mệnh Mặt Trăng tiến xa hơn, các giải pháp năng lượng cũng phải phát triển tương ứng, với các hệ thống hiệu suất cao, chi phí thấp có thể duy trì hoạt động trong môi trường khắc nghiệt nhất. Khai thác tài nguyên tại chỗ (in-situ resource utilization) sẽ đóng vai trò quan trọng, nhưng không thể thực hiện nếu thiếu các giải pháp năng lượng mạnh mẽ.
Xử lý dữ liệu bằng AI cũng đang trở nên không thể thiếu trong các hoạt động quốc phòng và thương mại, hỗ trợ việc ra quyết định theo thời gian thực, phân tích hình ảnh và vận hành các hệ thống tự động. Các trung tâm dữ liệu trong không gian, được AI vận hành, sẽ cần một lượng điện khổng lồ.
AI đang nâng cao khả năng thương mại hóa không gian của con người, mở ra những khám phá mới và các sứ mệnh tham vọng hơn. Những hệ thống năng lượng tiên tiến, có khả năng mở rộng và tiết kiệm chi phí sẽ đóng vai trò then chốt trong việc thúc đẩy AI trong không gian, đảm bảo rằng trí tuệ nhân tạo — chứ không phải những hạn chế về năng lượng — là yếu tố thúc đẩy làn sóng đổi mới tiếp theo.
Truyền tải năng lượng qua không gian
Năng lượng không gian không chỉ cần thiết cho các sứ mệnh không gian thế hệ mới — nó còn có thể thay đổi cách năng lượng được tạo ra và tiêu thụ trên Trái Đất. Bằng cách khai thác nguồn năng lượng mặt trời gần như vô hạn trong không gian, truyền tải năng lượng từ không gian (power beaming) có thể cung cấp một nguồn năng lượng sạch, ổn định, không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như thời tiết hay hệ thống lưới điện lỗi thời trên Trái Đất.
Công nghệ này có thể truyền điện trực tiếp từ không gian đến các khu vực xa xôi, vùng thiên tai hoặc những nơi có hệ thống điện không ổn định. Khi nhu cầu năng lượng toàn cầu gia tăng, truyền tải năng lượng từ không gian có tiềm năng bổ sung cho các nguồn năng lượng trên Trái Đất, cung cấp năng lượng tái tạo quy mô lớn mà không gặp phải các vấn đề về diện tích đất, tổn thất trong quá trình truyền tải hay lưu trữ điện. Tuy nhiên, nếu không có công nghệ có chi phí hợp lý, có khả năng mở rộng và đủ bền vững để tồn tại trong không gian, chúng ta có thể sẽ không bao giờ khai thác được tiềm năng to lớn của nó.
Hợp tác về năng lượng là tương lai của thương mại hóa không gian
Để hiện thực hóa tương lai này, chúng ta cần phối hợp nỗ lực và ưu tiên đầu tư chiến lược vào các công nghệ và hệ thống để cung cấp năng lượng cho kỷ nguyên thám hiểm và thương mại hóa không gian tiếp theo.
Điều này bao gồm việc đầu tư và hỗ trợ các dự án sản xuất pin mặt trời (PV) để đảm bảo nguồn cung đáng tin cậy cho tài sản năng lượng chiến lược này. Ngoài ra, cần theo dõi sát các công nghệ silicon thế hệ mới có hiệu suất cao trên Trái Đất để đánh giá tiềm năng ứng dụng trong không gian.
Cuối cùng, các bên liên quan cũng cần tái thiết kế các hệ thống năng lượng mặt trời, chấp nhận các đánh đổi về hiệu suất — như tăng kích thước các tấm pin không gian để đảm bảo hiệu suất sử dụng dài hạn — nhờ vào chi phí phóng vệ tinh ngày càng giảm. Tất cả các bước này sẽ đóng vai trò then chốt trong việc biến tham vọng của chúng ta, cùng với sự phụ thuộc lớn vào năng lượng không gian, thành hiện thực.
Hình minh họa về công nghệ truyền tải năng lượng mặt trời từ không gian đến các cơ sở quân sự và vùng xa xôi. Ảnh: Phòng Nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ.
