Từ việc vận hành một trong những trang trại điện mặt trời lớn nhất thế giới, Trung Quốc hiện đang nhắm đến một bước tiến đột phá—xây dựng một trạm điện mặt trời rộng 1 km trong không gian. Kế hoạch đầy tham vọng này mới đây đã được Long Lehao, nhà khoa học tên lửa và thành viên của Viện Kỹ thuật Trung Quốc (CAE), tiết lộ trong một bài giảng tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, theo South China Morning Post.
Dự án này, dự kiến sẽ trở thành trạm năng lượng mặt trời không gian (SBSP) đầu tiên trên thế giới, sẽ thu thập năng lượng mặt trời thông qua các cấu phần được đưa lên quỹ đạo địa tĩnh, nơi cường độ ánh sáng mặt trời cao hơn 10 lần so với mặt đất. Dự án sẽ sử dụng tên lửa siêu trọng để phóng thiết bị lên quỹ đạo và truyền năng lượng về Trái Đất một cách liên tục, loại bỏ tình trạng gián đoạn vốn có của các nhà máy điện mặt trời trên mặt đất do chu kỳ ngày-đêm và điều kiện thời tiết thay đổi.
“Lượng năng lượng thu thập được trong một năm sẽ tương đương với tổng lượng dầu có thể khai thác từ Trái Đất,” Long Lehao cho biết trong báo cáo. “Dự án này có ý nghĩa to lớn, tương đương với việc di chuyển đập Tam Hiệp lên quỹ đạo địa tĩnh cách Trái Đất 36.000 km,” ông nói. Đập Tam Hiệp, nằm trên sông Dương Tử, được xây dựng trong 17 năm với khoản đầu tư từ 25-35 tỷ USD, tạo ra khoảng 100 tỷ kWh điện mỗi năm.
Cơ sở nghiên cứu cho dự án SBSP được xây dựng bởi Viện Nghiên cứu Đổi mới Hợp tác Dân sự-Quân sự Trùng Khánh. Một loạt thí nghiệm truyền năng lượng không dây (power beaming) đã được thực hiện. Vào tháng 3-2021, một ủy ban mới đã được thành lập để hỗ trợ dự án, theo báo cáo của Frazer-Nash Consultancy, một công ty tư vấn có trụ sở tại Anh.
Được ví như “Dự án Manhattan” của ngành năng lượng, dự án này sẽ cần nhiều lần phóng. Theo Live Science, Long Lehao và nhóm của ông đang phát triển tên lửa hạng nặng Trường Chinh-9 (CZ-9), có khả năng nâng ít nhất 150 tấn.
“Họ sẽ phải phát triển phiên bản tái sử dụng của Trường Chinh-9. Nếu không thể tạo ra một phương tiện phóng kinh tế có thể tái sử dụng, dự án sẽ không khả thi,” Andrew Jones, một nhà báo theo dõi chương trình vũ trụ của Trung Quốc, đã nói với Financial Times vào năm 2021. Jones dự đoán một tên lửa lớn như vậy sẽ được phóng lên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp vào năm 2025, có khả năng mang theo thiết bị với công suất một megawatt (MW) vào khoảng năm 2030, và một nhà máy điện không gian 10.000 tấn trên quỹ đạo vào năm 2050.
Vì quá trình ra quyết định của Trung Quốc khá kín đáo, kế hoạch cụ thể và mức đầu tư cho dự án hiện vẫn chưa rõ ràng. Tuy nhiên, các quan chức Trung Quốc đã gợi ý rằng họ có thể sớm đưa một mô hình thử nghiệm lên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp.
Liệu có khả thi và kinh tế?
Về lý thuyết, vệ tinh năng lượng mặt trời là một tàu vũ trụ khổng lồ đặt trên quỹ đạo địa tĩnh của Trái Đất, với các tấm pin mặt trời lớn. Vệ tinh thu nhận ánh sáng mặt trời, chuyển đổi thành sóng vô tuyến tần số cao và truyền đến một ăng-ten chỉnh lưu trên mặt đất. Ăng-ten này sau đó chuyển sóng vô tuyến thành điện và đưa vào lưới điện.
John Mankins, một cựu chuyên gia vật lý NASA, giải thích trong một cuộc phỏng vấn với Financial Times: “Một bộ truyền tải điển hình trong không gian sẽ truyền khoảng 2.000 MW công suất điện, đủ cung cấp năng lượng cho khoảng 1 triệu hộ gia đình. Bộ truyền tải này sẽ có bán kính khoảng 1,5 km. Trên mặt đất, cách đó 35.000 km, bộ thu sẽ có đường kính khoảng 6 km.”
Nghiên cứu của Frazer-Nash Consultancy, công bố vào năm 2021, nhận định rằng SBSP là công nghệ khả thi về mặt kỹ thuật và có chi phí hợp lý. Hệ thống này có khả năng tích hợp tốt với lưới điện, đồng thời đảm bảo độ an toàn và bền vững. Nó có thể được mở rộng để cung cấp năng lượng sạch dồi dào cho toàn thế giới, truyền điện tới các quốc gia khác như một hình thức xuất khẩu, viện trợ phát triển hoặc hỗ trợ khu vực bị thiên tai.
Để sản xuất công nghệ này một cách kinh tế, cần hai yếu tố chính: lắp ráp bằng robot trên quỹ đạo và cơ sở hạ tầng vận tải không gian tái sử dụng với chi phí thấp. Hiện cả hai yếu tố này vẫn chưa hoàn thiện, nhưng đang phát triển nhanh chóng. Nhờ chi phí phóng tàu vũ trụ giảm trong những năm gần đây và sự xuất hiện của các thiết kế vệ tinh năng lượng mặt trời có tính mô-đun cao, SBSP đã trở nên khả thi hơn.
Nhiều nước đang thúc đẩy kế hoạch SBSP
Trên thế giới, nhiều quốc gia đang nỗ lực xây dựng các hệ thống vệ tinh năng lượng mặt trời trong không gian.
Theo nghiên cứu của Frazer-Nash Consultancy, Nhật Bản đã tiến hành nghiên cứu SBSP trong vài thập kỷ qua. Tham vọng này được ghi nhận trong Luật Không gian Cơ bản của Nhật Bản, và Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) đã có lộ trình hướng tới thương mại hóa SBSP. Quốc gia này đã đạt được tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực này, với kế hoạch phóng một vệ tinh thử nghiệm nhỏ trong năm nay để đánh giá tính khả thi của công nghệ.
Mỹ, mặt khác, đang theo đuổi nghiên cứu phục vụ quốc phòng với một chương trình trị giá 180 triệu USD do công ty quốc phòng Northrop Grumman và Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Không quân Hoa Kỳ dẫn đầu nhằm phát triển và thử nghiệm công nghệ này. Trong khi đó, tại Anh, các công ty như Space Solar đang có kế hoạch triển khai một công nghệ năng lượng tái tạo có thể mở rộng, kinh tế và hoàn toàn bền vững trong không gian.
Các quốc gia khác cũng bày tỏ sự quan tâm đến SBSP bao gồm Hàn Quốc, Úc và Canada.
Trong hành trình đạt được mục tiêu phát thải ròng bằng 0 và khử carbon trong công nghiệp, những tiến bộ này đánh dấu một bước tiến quan trọng. SBSP, đặc biệt là dự án của Trung Quốc, mang lại hy vọng về một tương lai mà năng lượng tái tạo chiếm lĩnh thị trường toàn cầu—thậm chí có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch trong tương lai.
Tuy nhiên, để hiện thực hóa điều này sẽ cần nhiều thời gian do những thách thức kỹ thuật và kinh tế. Để đẩy nhanh quá trình chuyển đổi, nhiều quốc gia cần phát triển các dự án tương tự và hợp tác trong việc mở rộng quy mô công nghệ này.
Mô hình trạm điện mặt trời trong không gian. Ảnh: iStock
