Στο αφιλόξενο περιβάλλον του διαστήματος, όπου κάθε γραμμάριο βάρους και κάθε watt ενέργειας είναι κρίσιμης σημασίας για τη βιωσιμότητα μιας αποστολής, μια ομάδα Ευρωπαίων ερευνητών εργάζεται πάνω σε μια καινοτόμο λύση. Το πρόγραμμα POWERSAT, το οποίο υποστηρίζεται από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Καινοτομίας, στοχεύει στην ανάπτυξη μικροσκοπικών συσκευών ικανών να μετατρέπουν την «απολεσθείσα» ενέργεια —όπως τα αδέσποτα ραδιοκύματα και την υπέρυθρη ηλιακή ακτινοβολία— σε χρήσιμο ηλεκτρικό ρεύμα για τους δορυφόρους. Η πρωτοβουλία αυτή, στην οποία συμμετέχουν ερευνητές από επτά ευρωπαϊκές χώρες, φιλοδοξεί να αυξήσει την ενεργειακή απόδοση των διαστημικών σκαφών, παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής τους ή επιτρέποντας την προσθήκη επιπλέον επιστημονικών οργάνων χωρίς την ανάγκη για μεγαλύτερα και βαρύτερα συστήματα ισχύος.
Η πρόκληση της χαμένης ενέργειας στο διάστημα
Οι δορυφόροι σήμερα αντιμετωπίζουν σημαντικές απώλειες ενέργειας. Από τη μία πλευρά, τα ραδιοκύματα που χρησιμοποιούνται για τις επικοινωνίες συχνά διαχέονται πέρα από τον επιδιωκόμενο στόχο, μια απώλεια γνωστή ως «spillover». Από την άλλη, τα συμβατικά ηλιακά πάνελ δεν μπορούν να απορροφήσουν το σύνολο του ηλιακού φάσματος, αφήνοντας ανεκμετάλλευτο ένα μεγάλο μέρος της υπέρυθρης ακτινοβολίας. Ο Dragos Dancila, αναπληρωτής καθηγητής μηχανικής μικροκυμάτων στο Πανεπιστήμιο της Ουψάλα στη Σουηδία, επισημαίνει ότι υπάρχουν διάφορες ανεκμετάλλευτες περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν. Η ομάδα του POWERSAT εξετάζει δύο κύριες οδούς για την ανάκτηση αυτής της ενέργειας, με στόχο την ενίσχυση της διαθέσιμης ισχύος ενός δορυφόρου έως και 10%.
Αξιοποίηση των ραδιοκυμάτων μέσω rectennas
Για την ανάκτηση των ραδιοκυμάτων που διαφεύγουν, οι ερευνητές στρέφονται στις «rectennas» (κεραίες ανορθωτές). Αν και η τεχνολογία αυτή χρησιμοποιείται ήδη στη Γη για την ανάκτηση αδέσποτης ραδιοσυχνότητας, η πρόκληση για το διάστημα είναι η σμίκρυνση και η ανθεκτικότητα. Οι συσκευές πρέπει να λειτουργούν σε ένα περιβάλλον με ακραίες διακυμάνσεις θερμοκρασίας, ενώ είναι τοποθετημένες σε ένα κινούμενο σκάφος. Ο Afshin Ziaei, συντονιστής του έργου από την Thales Research στη Γαλλία, εξηγεί ότι η ιδέα είναι η τοποθέτηση τέτοιων κεραιών κοντά στις κύριες κεραίες επικοινωνίας, ώστε να μετατρέπουν την ακτινοβολία spillover σε ηλεκτρισμό. Επιπλέον, οι rectennas θα μπορούσαν να διευκολύνουν την επικοινωνία χαμηλής ισχύος μέσω «backscattering», επιτρέποντας σε αισθητήρες ή γειτονικούς δορυφόρους να ανταλλάσσουν δεδομένα με ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας.
Η επανάσταση της υπέρυθρης συλλογής
Πέρα από τα ραδιοκύματα, το πρόγραμμα POWERSAT εστιάζει στην υπέρυθρη ακτινοβολία του Ήλιου. Οι ερευνητές αναπτύσσουν κεραίες τόσο μικρές που εκατομμύρια από αυτές θα μπορούσαν να χωρέσουν στην επιφάνεια ενός νυχιού. Ο Kristiaan Pelckmans, διευθύνων σύμβουλος της σουηδικής εταιρείας FaDO, υποστηρίζει ότι αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να επιτύχει αποδόσεις έως και 80%, σε σύγκριση με το 30% των τυπικών ηλιακών πάνελ. Οι κεραίες αυτές δεν προορίζονται να αντικαταστήσουν τα υπάρχοντα πάνελ, αλλά να λειτουργήσουν συμπληρωματικά, επιτρέποντας στο σκάφος να εκμεταλλευτεί ένα ευρύτερο φάσμα του ηλιακού φωτός. Η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε μελλοντικά να βρει εφαρμογή και στη Γη, ενισχύοντας την απόδοση των φωτοβολταϊκών πάρκων.
Από το εργαστήριο στην τροχιά
Η πορεία προς την υλοποίηση δεν είναι χωρίς εμπόδια. Η κατασκευή των διόδων που απαιτούνται για τις μικροσκοπικές κεραίες αποδείχθηκε ιδιαίτερα σύνθετη, απαιτώντας πολλαπλές προσπάθειες για την επίτευξη του επιθυμητού αποτελέσματος. Προς το τέλος του 2026, η ομάδα αναμένει να επιδείξει για πρώτη φορά τη μετατροπή μικροκυμάτων σε χρήσιμη ηλεκτρική ενέργεια. Ωστόσο, ο δρόμος για την πραγματική διαστημική εφαρμογή παραμένει μακρύς. Ο Pelckmans εκτιμά ότι μπορεί να χρειαστούν έως και 10 χρόνια μέχρι η τεχνολογία να είναι έτοιμη για πτήση, καθώς το διαστημικό υλικό πρέπει να αποδείξει την αξιοπιστία του κάτω από τις σκληρές συνθήκες της τροχιάς.
Βιωσιμότητα και το μέλλον του διαστήματος
Η έρευνα αυτή εντάσσεται σε μια ευρύτερη ευρωπαϊκή προσπάθεια για πιο ανθεκτικές και βιώσιμες διαστημικές δραστηριότητες, παράλληλα με προγράμματα όπως το IRIS² και το προτεινόμενο EU Space Act. Η ικανότητα των δορυφόρων να «συλλέγουν» ενέργεια που προηγουμένως χανόταν, προσφέρει έναν νέο τρόπο για την αύξηση της αποδοτικότητας των διαστημικών υποδομών. Όπως τονίζει ο Ziaei, ο άμεσος στόχος είναι η απόδειξη της λειτουργικότητας στο εργαστήριο, αφήνοντας στη συνέχεια στη βιομηχανία το έργο της εμπορικής αξιοποίησης. Με την ολοκλήρωση του προγράμματος το 2027, η επιστημονική κοινότητα θα έχει στα χέρια της μια κρίσιμη απόδειξη για το αν η «χαμένη» ενέργεια μπορεί τελικά να τροφοδοτήσει το μέλλον της εξερεύνησης του διαστήματος.
Πηγή: Horizon Magazine — European Commission. Ελεύθερη προσαρμογή και απόδοση στα ελληνικά από το Espa Magazine. Ευρωπαϊκό περιεχόμενο: CC BY 4.0, όπου ισχύει για το πρωτότυπο κείμενο· εξαιρούνται υλικά τρίτων. Χωρίς αναπαραγωγή εικόνων.