Cientistas do Korea Aerospace Research Institute (KARI), da Coreia do Sul e do Korea Electrotechnology Research Institute apresentaram em um novo artigo os avanços de seu projeto Korean Space Solar Power Satellite (K-SSPS). Isto é, eles apresentaram um projeto conceitual do satélite, seu método de descarte em fim de vida e um primeiro sistema piloto e experimento.
“O objetivo do Japão é desenvolver satélites de energia solar espacial (SSPS) de nível de gigawatt até 2050, e a China visa satélites de nível de megawatt até 2035 e satélites de nível de gigawatt até 2050”, disse o autor correspondente, Joon-Min Choi, à pv magazine. “Embora a Coreia tenha entrado no campo da SBSP relativamente tarde, ela fez progressos notáveis. Esses avanços exemplificam o compromisso do país em alcançar a Energia Solar Baseada no Espaço (SBSP) e contribuem para os esforços coletivos contínuos neste campo”.
Quanto ao projeto proposto para o satélite transmissor de energia, o grupo enfatizou que ele “não é derivado de análises rigorosas, mas serve como requisitos do sistema para a viabilidade comercial”. De acordo com o projeto, o sistema terá uma massa de 10 mil toneladas e transmitirá micro-ondas a uma, frequência de 5,8 GHz para a Terra através de uma antena de 1,0 km2. As micro-ondas podem ser convertidas no solo em eletricidade utilizável por meio de rectennas, que são antenas de recepção especiais usadas para converter energia eletromagnética em corrente contínua (DC).
O sistema está planejado para ter duas alas de painéis solares de 2,2 km × 2,7 km cada. Ele usará 4 mil painéis sub-solares de 10 m × 270 m, feitos de lançamento de filme fino, com uma eficiência energética do sistema de 13,5%. No solo, os pesquisadores propõem colocar 60 rectennas com um diâmetro de 4 km ao longo da Zona Desmilitarizada Coreana (DMZ). Nesse caso, 60 satélites terão que corresponder às 60 rectennas.
“Se cada rectenna pudesse gerar 2 GW, a energia total coletada seria de 120 GW, fornecendo aproximadamente 1 TWh de eletricidade por ano”, disseram. “Este montante excede o consumo de eletricidade da Coreia do Sul em 2021 (0,5334 TWh) e supera o consumo combinado de eletricidade da Coreia do Sul e do Norte por um determinado período de tempo”.
Com base na literatura anterior, com uma vida útil de 30 anos, tal estrutura poderia fornecer eletricidade a um preço de US $ 0,03 / kWh. Pela proposta, o ônibus satélite entrará primeiro na Órbita Baixa da Terra (LEO), onde serão instaladas a estrutura principal e os painéis solares. Após a realização de alguns testes, a energia coletada alimentará a jornada do K-SSPS do LEO para a órbita geoestacionária (GEO).
Imagem: Korea Aerospace Research Institute, Space Solar Power and Wireless Transmission, CC BY 4.0 DEED
O método de descarte proposto é colidir intencionalmente a estrutura no final de sua vida útil na superfície lunar, de preferência no lado traseiro da Lua. Isso garantirá a remoção completa de seus detritos do espaço, ao mesmo tempo em que potencialmente reciclará materiais valiosos para futuros residentes da colônia lunar.
“À medida que estamos próximos à comercialização, é importantíssimo examinar e iluminar as fraquezas inerentes ao SBSP e conceber soluções eficazes ou estratégias de mitigação”, disse o grupo. “Outro ponto de suma importância é a necessidade de articular uma metodologia abrangente de descarte para as megaestruturas associadas ao SBSP. Essa comprovação é crucial para justificar o desenvolvimento da SBSP”.
De acordo com os pesquisadores, um sistema piloto destinado a validar as capacidades de transmissão de energia e verificar a funcionalidade de dispositivos implantáveis/expansíveis pode ser realizado na Coreia ainda nessa década. O piloto proposto consiste em dois pequenos satélites de 60 × 60 × 80 cm cada um, com uma massa de 120 kg. Um deles atuará como transmissor de energia elétrica, enquanto o outro satélite servirá como receptor.
“A área total do painel solar do satélite de transmissão de energia não é suficiente para transferir continuamente a energia gerada pelo sol, apesar dos painéis solares fornecerem um mínimo de 0,39 kW de potência”, disseram. “Para superar essa limitação, o satélite de transmissão de energia é equipado com duas baterias adicionais, cada uma pesando 4 kg, permitindo o armazenamento do máximo de energia solar possível antes de transmitir a energia para o satélite receptor de energia”.
Eles também explicaram que a potência de entrada do transmissor será de 8,6 kW, enquanto a potência de saída do transmissor será de 3,44 kW. Eles calcularam a potência média de saída para diferentes distâncias, variando de 100 m a 1 km. De acordo com os cálculos, para 100 metros, a carga de saída é de 162 watts, enquanto para 1 km, pode ser tão baixa quanto 0,12 watts.
Em 2019, a KARI estabeleceu a meta de desenvolver um satélite de teste de energia solar espacial LEO até 2040 e um GEO SSPS até 2050. Essas metas também foram adotadas em 2022 pela “KARI Technology Strategy”. Os desenvolvimentos atuais foram apresentados em “Case studies on space solar power in Korea“, publicado no Space Solar Power and Wireless Transmission.
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