Καθώς η Κίνα επιδιώκει να ηγηθεί παγκοσμίως στην κατασκευή διαστημικών σταθμών ηλιακής ενέργειας, μια νέα μελέτη εγείρει ανησυχίες: ισχυρά λέιζερ που μεταφέρουν ενέργεια πίσω στη Γη θα μπορούσαν να θέσουν σοβαρούς κινδύνους για άλλους δορυφόρους στην ολοένα και πιο πολυπληθή χαμηλή γήινη τροχιά.

Ομάδα από το Ινστιτούτο Μηχανικής Περιβάλλοντος Δορυφόρων του Πεκίνου προειδοποιεί ότι εάν αυτές οι δέσμες ενέργειας χάσουν τους στόχους τους – λόγω σφαλμάτων παρακολούθησης ή δυσλειτουργιών του συστήματος – θα μπορούσαν να πλήξουν κοντινά σκάφη, να υπερθερμάνουν ηλιακούς συλλέκτες ή να προκαλέσουν ηλεκτρικές εκκενώσεις. Οι εκκενώσεις αυτές μπορούν να δημιουργήσουν ακούσια ρεύματα, με πιθανότητα να προκαλέσουν ζημιές στα ηλεκτρονικά συστήματα και να οδηγήσουν σε έκτακτη διακοπή λειτουργίας. Ο κίνδυνος αυξάνεται όταν η δέσμη λέιζερ έχει μεγαλύτερη ενέργεια ή χρησιμοποιεί μικρότερα μήκη κύματος, όπως αναφέρουν οι ερευνητές στην έκδοσή τους στο κινεζικό περιοδικό “High Power Laser and Particle Beams” του Ιανουαρίου.

«Τα ευρήματά μας παρέχουν καθοδήγηση για την επιλογή ασφαλέστερων παραμέτρων λέιζερ και για τον σχεδιασμό μέτρων προστασίας για τους ηλιακούς συλλέκτες δορυφόρων», σημείωσαν οι ερευνητές.

Η ιδέα της συλλογής ηλιακής ενέργειας στο διάστημα και της ασύρματης μεταφοράς της στη Γη προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Πήτερ Γκλέιζερ, επιστήμονα τσεχικής καταγωγής και αμερικανικής υπηκοότητας, τη δεκαετία του 1960. Σε αντίθεση με την επίγεια ηλιακή ενέργεια, η διαστημική ηλιακή ενέργεια προσφέρει ανεμπόδιστη παροχή ενέργειας, ανεπηρέαστη από τις καιρικές συνθήκες, τη νύχτα ή τις ατμοσφαιρικές παρεμβολές.

Οι πρώτες ιδέες βασίζονταν στη μετάδοση μικροκυμάτων και απαιτούσαν τεράστιες κατασκευές κλίμακας χιλιομέτρων, καθιστώντας το σύστημα υπερβολικά περίπλοκο και δαπανηρό για την εποχή. Ωστόσο, η πρόσφατη πρόοδος στους επαναχρησιμοποιούμενους πυραύλους, τα ελαφριά υλικά και τον ακριβή έλεγχο των δεσμών έχει αναζωπυρώσει το παγκόσμιο ενδιαφέρον.

Σήμερα, χώρες όπως οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Ιαπωνία, η Κίνα και οι ευρωπαϊκές χώρες ανταγωνίζονται για την ανάπτυξη αυτής της τεχνολογίας. Οι ΗΠΑ προηγούνται, με ένα πρωτότυπο που ηγήθηκε το Caltech το 2023 να επιδεικνύει τη μεταφορά ενέργειας σε τροχιά.

Η Κίνα έχει θέσει φιλόδοξα σχέδια. Κορυφαίοι επιστήμονες και πρόσφατες δημοσιεύσεις έχουν υποδείξει εθνικό στόχο για την εκτόξευση ενός συστήματος επίδειξης μεγάλης κλίμακας (megawatt) έως το 2030, με σκοπό την εμπορική του διάθεση έως τα μέσα του αιώνα.

Ωστόσο, η χαμηλή γήινη τροχιά φιλοξενεί ήδη χιλιάδες δορυφόρους – συμπεριλαμβανομένου του αστερισμού Starlink της SpaceX για ευρυζωνικές συνδέσεις – και περισσότεροι εκτοξεύονται συνεχώς από εταιρείες και κυβερνήσεις παγκοσμίως. Με τέτοια κίνηση, αυξάνονται οι πιθανότητες οι ανεπιθύμητες δέσμες ενέργειας να πλήξουν κάτι που δεν προορίζεται.

Για να εξερευνήσει πώς τα διαστημικά λέιζερ θα μπορούσαν να επηρεάσουν κοντινούς δορυφόρους, η ομάδα στο Πεκίνο αναδημιούργησε βασικά χαρακτηριστικά του τροχιακού περιβάλλοντος στο εργαστήριο. Τοποθέτησαν ένα μικρό τμήμα ηλιακού πάνελ μέσα σε θάλαμο κενού γεμάτο με πλάσμα χαμηλής πυκνότητας – ένα λεπτό, ηλεκτρικά φορτισμένο αέριο που περιβάλλει τους δορυφόρους σε χαμηλή γήινη τροχιά.

Στο διάστημα, οι δορυφόροι συσσωρεύουν φυσικά ένα ελαφρύ αρνητικό φορτίο. Επειδή τα ηλιακά πάνελ συνδυάζουν αγώγιμα και μονωτικά στρώματα, αυτό το φορτίο συχνά συσσωρεύεται άνισα, δημιουργώντας διαφορές τάσης που καθιστούν ορισμένες περιοχές πιο ευάλωτες σε αιφνίδιες ηλεκτρικές εκκενώσεις.

Για να προσομοιώσουν τι θα μπορούσε να συμβεί εάν μια δέσμη λέιζερ για μεταφορά ενέργειας ξεφύγει, οι ερευνητές εκτόξευσαν παλμούς λέιζερ εξαιρετικά μικρής διάρκειας στο δείγμα του ηλιακού πάνελ. Κάμερες υψηλής ταχύτητας και αισθητήρες κατέγραψαν σύντομες λάμψεις φωτός και αιχμές ρεύματος, αποδεικνύοντας ότι είχαν προκληθεί ηλεκτρικές εκκενώσεις.

Διαπίστωσαν ότι τα λέιζερ με υψηλότερη ενέργεια και μικρότερα μήκη κύματος ήταν πολύ πιο πιθανό να παράγουν εκκενώσεις. Αυτά τα γεγονότα, αν και σύντομα, θα μπορούσαν να προκαλέσουν αφύσικα ρεύματα στα συστήματα των διαστημικών σκαφών, με πιθανότητα να προκαλέσουν ζημιές σε ευαίσθητα ηλεκτρονικά ή να ενεργοποιήσουν διαδικασίες ασφαλείας έκτακτης ανάγκης.

Τα αποτελέσματα, σύμφωνα με την ομάδα, υπογραμμίζουν την ανάγκη για προσεκτική επιλογή των ρυθμίσεων του λέιζερ για τη μετάδοση ενέργειας στο διάστημα – και για τον σχεδιασμό πιο ανθεκτικών θωρακίσεων για δορυφόρους που μπορεί στο μέλλον να μοιράζονται τροχιακά «δίαυλους» με μεγάλες εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας.