האם בעתיד אפשר יהיה לספק חשמל מהחלל לכל נקודה בכדור הארץ בדיוק כמו שמערכות תקשורת לוויניות מספקות כיסוי אינטרנט לכל נקודה על פני הגלובוס? התשובה לשאלה הזו ככל הנראה חיובית. מעבדות המחקר של חיל האוויר האמריקני – AFRL , נמצאות בעיצומו של פרויקט חדש ופורץ דרך שבו סדרת לווינים תייצר אנרגיה סולארית בחלל שתומר לשידורי רדיו ואלה יקלטו בתחנה קרקעית על ידי אנטנה מיוחדת – RECTENNA שתמיר את האנרגיה לחשמל DC.
הפרויקט בשם: Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research או בקיצור SSPIDR, מפותח בימים אלה על ידי חברת נורתרופ גרומן בחוזה ראשוני של 100 מיליון דולר. הדרישה המבצעית שהוצבה על ידי חיל האוויר האמריקני לנורתרופ גרומן הייתה אספקת חשמל בעוצמה של 1000 קילוואט בכל נקודה על פני כדור הארץ ללא תלות בשום תשתית קבועה. על פי התכנון הראשוני שהציגה נורתרופ גרומן, פריסה של 12 לווינים כאלה במסלול אורביטלי – גובה בינוני – אמורה לכסות את כל כדור הארץ.
“חלק גדול של רכיבי התכנית השאפתנית הזו כבר קיימים בשוק וכל שנותר לנו הוא לעשות להם אינטרגציה ייעודית לחלל. חלק אחר של המחקר והפיתוח הוא להקטין אותם לצורך שיגורם לחלל מבלי לפגוע ברמת הביצוע שלהם ולעיתים אפילו להגדיל אותה”, אומר המהנדס הראשי של התכנית מטעם נורתרופ גרומן מאנדי סלף.
מטוס החלל X37B
צילום: BOEING
האתגר הטכנולוגי העיקרי של המערכת הוא פריסת לוחות הענק בחלל שיקלטו את קרינת השמש. לצורך זאת כל לווין יצטרך לפרוס “שדה” של קולטים במטרה ליצור את ההספק הנדרש – 1000 קילוואט – לבסיס קדמי של מאות חיילים . לצורך השוואה, לווין GPS מסדרה 3 המתקדמת שנע במסלול דומה ללווינים המתוכננים של חיל האוויר האמריקני, מייצר לעצמו חשמל בעוצמה של 4.5 קילוואט על ידי פריסת לוחות סולארים בשטח פנים של 14.5 מטר רבוע. חישוב גס מראה כי גודל השדה לייצור 1000 קילוואט אמור להיות בשטח רבוע של יותר משלושה ק”מ. מאחר ומדובר בפתרון מורכב מאד בעיקר בגדלים הללו, המפתחים מחפשים כעת לוחות סולארים שייצרו כמות גדולה יותר של אנרגיה בשטח פנים קטן ככל האפשר. הלוחות הללו אמורים להיות מתקפלים ולהיפרס רק אחרי שהלווין מגיע למיקומו הסופי בשמיים. לצורך כך הוקמה בבסיס חיל האוויר קירטלנד בניו מכסיקו מעבדה מיוחדת משותפת לנורתרופ גרומן וחיל האוויר האמריקני.
“התכנית שלנו בהחלט נראיית מעשית ככל שאנחנו מתקדמים. הכוחות הקדמיים יוכלו לפרוס אנטנות קליטה על גג המבנים והם יקלטו וימירו את גלי ה RF לחשמל בו במקום. בנוסף אנחנו מפתחים אנטנות קטנות יותר, מתפרקות בקלות שיוצבו לצד אוהלים בכוחות שנפרסים בשטח. כך יוכלו החיילים להטעין כל רכיב שמצריך אנרגיה חשמלית”, מספר סלף.
הסנטור האמריקני מרטין היינריך בוחן פאנל “סנדביץ” להמרת אנרגיה סולארית לגלי קול.
צילום: Air Force Research Laboratory
במבנה המעבדה הענק נערכים בימים אלה ניסויי פריסה של מערך הלוחות בתנאי כבידה נמוכים, במטרה להגיע לניצולת מקסימלית בתנאי חוסר כבידה תוך פריסה זהירה ומדוייקת. העובדה שמדובר בתנאי חוסר כבידה, מאפשרת למפתחים להתבסס על חומרים קלים יותר, בהשוואה לאלה שמהם מורכבים הלוחות הסולאריים על הקרקע בכדור הארץ. כיוון פיתוח נוסף שמטרתו למקסם את עבודת המערכת היא יצירת לוחות דו כיווניים ולמעשה דו שימושיים. מצד אחד הלוח יהיה מראה סולארית לאגירת אנרגיית השמש ומהצד השני ממיר לגלי RF.
“זה נראה ממש כמו סנדביץ, כשמצד אחד נקלטת אנרגיה ומצד השני היא יוצאת בתצורה אחרת, כשבאמצע הפאנל עצמו מתרחש הקסם” מתאר את זה סלף בלשון ציורית.
על פי הפרסום בארצות הברית מכלול כזה כבר קיים ועתה עובדים כדי להפוך אותו לדק וקל יותר. בהמשך הפרויקט מתכננים במעבדות חיל האוויר האמריקני אנטנה קטנה מתקפלת בצורת מטריה שתהיה חלק מציוד אישי של חייל, ובפריסה מהירה היא תשמש מקור כוח לציוד אישי ולמערכות נישאות שצורכות אנרגיה גבוהה.
על פי לוחות הזמנים, נורתרופ גרומן מתכננת הצגת יכולת ראשונית על הקרקע כבר ב 2024, ושנה אחר כך הדגמת יכולת מלאה של שידור אנרגיה מהחלל לכדור הארץ. הניסוי בחלל זכה לשם ייעודי – Arachne, על שם האישה הראשונה שהפכה מבן אנוש לעכביש, על פי המיתולוגיה היוונית.
“הקרן שתשודר מהחלל תהיה רחבה מספיק בכדי שתיקלט על ידי הכוח שנושא את המקלט המותאם. התאמת האנטנה לזווית הנכונה תהיה קלה מאד, מבלי להזדקק לדיוק קורדינטות מסובך” אומרת רייצ’ל דילייני דוברת הפרויקט מטעם נורתרופ גרומן. על פי התכנון הראשוני של חיל האוויר האמריקני כל לווין כזה אמור לכסות אנרגטית שטח של עשרות קילומטרים.
אלא שמתברר שחיל האוויר האמריקני לא לבד במירוץ הזה לייצור אנרגיה בחלל, והוא אפילו לא הראשון. מעבדות הפיתוח המקבילות של הצי האמריקני פיתחו אנטנה דומה בשם PARM – hotovoltaic Radio-frequency Antenna Module, שמוצבת כבר על פני מטוס החלל הניסיוני X-37B. המטוס הזה שנחשב לאחד הפרויקטים הסודיים של משרד ההגנה האמריקני, משייט מחוץ לאטמוספירה במשך חודשים רבים כשעליו מוצבות מערכות ניסוי שונות.
על פי הפרסום בארצות הברית התברר שבמשימה שהחלה בחודש מאי 2020, הוא נשא עימו את אנטנת ה PARM של הצי, שכוללת רק את היכולת להמיר אנרגיה סולארית לגלי RF. בניסוי שמתוכנן ל 2025, האנרגיה הזו תועבר לתחנת קרקע על ידי לווין ייעודי שייבנה במיוחד להוכחת היכולת פורצת הדרך הזו.
תמונת כותרת: הדמייה של לווין האנרגיה Arachne. איור : AFRL
