Kỹ sư điện Ed Tate từng hoài nghi về các đề xuất liên quan đến điện mặt trời từ không gian khi ông lần đầu nghe về khái niệm này cách đây bảy năm.
“Phản ứng đầu tiên của tôi là, ‘Nghe như khoa học viễn tưởng vậy. Tôi không nghĩ điều đó sẽ hiệu quả,’” Tate chia sẻ hồi tháng Ba tại hội nghị Satellite 2025.
Giờ đây, Tate cho biết ông “đã đầu tư để hiện thực hóa điều đó” khi giữ vai trò giám đốc công nghệ của Virtus Solis Technologies, một công ty khởi nghiệp (startup) tại bang Michigan đang lên kế hoạch lắp ráp một mảng pin mặt trời trên quỹ đạo vào năm 2027.
Tiến bộ dần dần
Tate không phải là người duy nhất xem xét lại tiềm năng của điện mặt trời từ không gian (SBSP). Từng bị cho là không khả thi do yêu cầu hạ tầng lớn trên quỹ đạo, SBSP đang dần được công nhận nhờ triển vọng giảm mạnh chi phí phóng của SpaceX Starship và Blue Origin New Glenn, cùng khả năng mang theo các ăng-ten SBSP dạng mô-đun. Những ăng-ten này có thể được kết nối bằng robot tại quỹ đạo địa tĩnh để tạo thành các cụm điện dài hàng kilomet.
Những năm gần đây, các nhà nghiên cứu điện mặt trời tập trung vào những bước tiến nhỏ nhằm vượt qua các trở ngại kỹ thuật thay vì chạy đua xây dựng các trang trại điện mặt trời quy mô ngoài không gian.
Chẳng hạn, Phòng Thí nghiệm Nghiên cứu Không quân Mỹ và Northrop Grumman đã chứng minh khả năng truyền năng lượng bằng sóng vô tuyến tới nhiều ăng-ten khác nhau trong thử nghiệm mặt đất năm 2022.
Một startup có tên Star Catcher tại Florida cũng trình diễn một thành tựu tương tự vào ngày 21 tháng Ba, khi truyền ánh sáng mặt trời tập trung qua khoảng cách hơn 100 mét để cung cấp năng lượng cho các tấm pin mặt trời thương mại. Tại Trung Quốc, Học viện Công nghệ Không gian Trung Quốc – đơn vị xây dựng vệ tinh hàng đầu – đang chuẩn bị trình diễn công nghệ truyền điện áp cao không dây từ một tàu vũ trụ ở quỹ đạo thấp vào năm 2028. Vương quốc Anh cũng có kế hoạch phóng nguyên mẫu điện mặt trời không gian vào năm 2030.
“Điện mặt trời không gian đã từng là một thách thức khó khăn không chỉ về mặt kỹ thuật mà còn về mặt tài chính,” Tate nói. “Sự quan tâm đến một số giải pháp từng bước như vậy đang biến lĩnh vực này thành một hạng mục đầu tư.”
Doanh thu ban đầu
Nhiều công ty cũng đang thu lợi từ việc phát triển các thành phần và hệ thống con cho SBSP.
Với khoản tài trợ 1,6 triệu USD từ chính phủ Anh, Space Solar Ltd. đang hợp tác với Đại học Cambridge để phát triển các tấm pin mặt trời màng mỏng gallium arsenide nhẹ cho Cassiopeia – một ăng-ten vi sóng nhẹ dành cho SBSP.
Giảm trọng lượng ăng-ten và đảm bảo chúng có thể đóng gói gọn gàng trong khoang tên lửa là những nhiệm vụ cực kỳ quan trọng, bởi chi phí phóng – dù đang giảm – vẫn chiếm phần lớn vốn đầu tư.
“Không chỉ là về khối lượng, mà còn về thể tích nữa,” Martin Soltau, đồng CEO của Space Solar nói.
Trong khi đó, Virtus Solis và startup Orbital Composites ở Thung lũng Silicon đang chuẩn bị lắp ráp bằng robot các tấm quang điện hình lục giác – về cơ bản là các tấm pin mặt trời – tại quỹ đạo Molniya trung bình vào năm 2027. Mục tiêu của họ là truyền hơn một kilowatt điện về Trái đất.
Virtus Solis đã giành được hợp đồng trị giá 1,92 triệu USD hồi tháng Một từ Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến về Năng lượng để phát triển công nghệ truyền năng lượng sóng vô tuyến không dây. Các linh kiện RF thu nhỏ, hiệu suất cao sẽ có ích cho các chiến dịch SBSP cũng như nhiều chương trình không gian khác, Tate cho biết.
Những rào cản cần vượt qua
Dù có tiến bộ về linh kiện, thách thức đặt ra là phải xây dựng các mảng pin mặt trời ở quỹ đạo địa tĩnh để truyền năng lượng về Trái đất. SBSP đang đối mặt với sự hoài nghi từ công chúng cùng các rào cản về kỹ thuật, tài chính và pháp lý.
“Điểu rất quan trọng là xây dựng độ tin cậy cho công nghệ truyền điện năng,” Paul Jaffe, quản lý dự án tại Cơ quan quản lý Dự án Nghiên cứu Quốc phòng Tiên tiến (DARPA) cho biết. “Tôi thường được hỏi, ‘Điều này có thật không?’ Mọi người rất ngạc nhiên khi biết rằng bạn có thể truyền điện không dây bằng sóng điện từ.”
Dù thách thức là rất lớn, cơ hội cũng rất đáng kể, Jaffe – cựu trưởng bộ phận truyền năng lượng và điện mặt trời không gian tại Phòng Thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Mỹ – nhận định.
“Mặt trời là nguồn năng lượng gần như vô hạn duy nhất trong hệ Mặt trời của chúng ta,” ông nói. “Càng khai thác được nguồn đó, chúng ta càng có lợi.”
Không giống như điện mặt trời mặt đất, các trạm điện mặt trời ngoài không gian có thể cung cấp năng lượng liên tục cả ngày lẫn đêm. Và các vệ tinh có thể truyền năng lượng đến bất kỳ nơi nào cần thiết.
Lợi ích quân sự của việc truyền năng lượng tới các đơn vị mặt đất, trên không hoặc trên biển là rất rõ ràng, các chuyên gia cho biết.
Việc điều máy bay chở nhiên liệu đến các địa điểm xa xôi “không phải là phương án khả thi để cung cấp năng lượng cho các mục đích quốc phòng,” Jaffe nói. “Nếu chúng ta có thể truyền năng lượng đến những nơi cần thiết mà không phải mạo hiểm tính mạng con người và thiết bị, thì đó là một bước tiến lớn.”
Jaffe lưu ý rằng DARPA hiện không đầu tư vào các vệ tinh điện mặt trời, nhưng đang tài trợ phát triển công nghệ truyền điện không dây ở khoảng cách xa.
Vậy khi nào nguồn điện này sẽ bắt đầu được tạo ra?
Space Solar đã ký hợp đồng cung cấp 30 megawatt điện cho Reykjavik Energy của Iceland vào năm 2030.
“Khi đó mọi người sẽ thấy rằng chúng ta đã vượt qua các rào cản pháp lý, chứng minh được công nghệ, chứng minh được quy trình vận hành,” Soltau nói. “Nguồn năng lượng này sẽ rẻ, dồi dào và có chi phí cực kỳ thấp.”
Sơ đồ hoạt động của hệ thống Virtus Solis, thể hiện một mảng điện mặt trời trên quỹ đạo truyền năng lượng xuống trạm mặt đất. Ảnh: Virtus Solis.
