Ainda estamos longe de construir uma esfera de Dyson, mas a China parece disposta a materializar a primeira grande estação de energia solar em órbita com a Terra, uma versão mais simples do conceito que os cientistas da NASA descartaram nas décadas de 70 e 80 por serem economicamente inviáveis.
Os tempos mudaram e o mundo está no meio de uma transição energética para fontes renováveis. A China, que não tem vergonha de copiar avanços de outras nações, desde que sirvam aos seus propósitos, está ao mesmo tempo trabalhando em sua própria Starship: um foguete gigante totalmente reutilizável chamado CZ-9. Conectando os pontos, a Academia Chinesa de Engenharia (CAE) quer aproveitar o futuro foguete para instalar uma enorme usina de energia solar no espaço, 36 mil km acima da Terra.
Há 10 anos, quando a China anunciou que investigaria usinas de energia solar espacial, pareceu a todos que faria um estudo teórico ou uma prova de conceito, como aquelas que ainda estão sendo desenvolvidas hoje na NASA, na agência japonesa JAXA e na Agência Espacial Europeia (ESA). No entanto, as autoridades chinesas colocaram um roteiro ambicioso na mesa que pegou o resto dos países completamente desprevenidos.
O primeiro protótipo da usina espacial chinesa de 500 kW é esperado para 2030. Uma versão totalmente operacional de 20 MW estaria pronta em 2035. Enquanto a estação em sua forma final, de 2 GW, está planejada para 2050.
Isso não é pouca coisa para uma tecnologia que nunca foi implementada, muito menos em larga escala. Exigirá, presumivelmente, centenas de lançamentos e a montagem de milhares de painéis solares em órbita geoestacionária, a uma altitude de 36 mil km, onde a lucratividade do lançamento de toneladas e toneladas de carga dependerá do foguete CZ-9 ser totalmente reutilizável, como prometem os chineses.
Long Lehao, um cientista de foguetes do CAE, usou uma comparação para justificar essa enorme implantação de recursos. "É um projeto tão importante quanto mover a Barragem das Três Gargantas para a órbita geoestacionária", disse ele durante uma palestra na Academia Chinesa de Ciências (CAS).
Claro, eles terão que colocar em órbita pequenos demonstradores do que acabará sendo a estação solar espacial. A China já testou balões de ar quente e está construindo uma estação receptora em Chongqing.
Até 2026, a Academia Chinesa de Tecnologia Espacial (CAST) planeja implantar seus primeiros painéis solares de 10 kW no espaço com o objetivo de demonstrar a transmissão de energia sem fio. Eles esperam transmitir até 1 kW via laser e até 4 kW via micro-ondas, tanto para a estação receptora na Terra quanto para um satélite próximo, sugerindo um futuro em que constelações de satélites poderiam ser combinadas com estações solares.
Como funcionará a estação solar que a China planeja instalar no espaço
Pouco se sabe em nível técnico sobre como será a primeira fazenda de painéis solares que a China planeja implantar em órbita geoestacionária, já que nenhum projeto foi oficialmente selecionado. Mas o site Eureka lista três conceitos, vindos de diferentes laboratórios chineses:
- Em 2014, a Academia Chinesa de Tecnologia Espacial (CAST) propôs uma estação de 11,8 km de comprimento com uma antena de transmissão circular de 1 km de diâmetro; o conceito foi atualizado com um design modular, mais fácil de montar, mas com a desvantagem de um feixe retangular
- No mesmo ano, a Universidade Xidian publicou um estudo sobre uma estação esférica com um diâmetro de 8 a 10 km e um sistema que aproveitaria painéis semirreflexivos para concentrar a luz em células fotovoltaicas internas
- Em 2016, a Universidade Aeroespacial de Shenyang propôs um conceito semelhante que, em vez de um design esférico, tem um design cilíndrico que refrata a luz solar em painéis fotovoltaicos internos, uma mudança que simplifica o rastreamento do Sol
O que esses conceitos têm em comum é que eles giram como girassóis para sempre apontar para o Sol, então seus enormes painéis solares capturam um fluxo inesgotável de energia solar que eles então transmitem para a Terra. Como eles fazem isso? Concentrando um feixe de laser ou micro-ondas em grandes antenas em estações receptoras na Terra, onde é convertido novamente em eletricidade para ser armazenado em baterias ou despejado na rede elétrica.
A transferência sem fio aproveita um fenômeno físico conhecido como interferência ou superposição de ondas. Geralmente é explicado pela visualização de um lago no qual você mergulha as duas mãos para formar ondulações que se propagam ao mesmo tempo. Há áreas onde as ondas são mais fortes porque avançam juntas (elas se somam em fase) e outras onde elas se cancelam (elas estão fora de fase).
Quando as ondas trabalham juntas, a energia não é perdida, mas é concentrada em uma direção específica. Se houver várias fontes trabalhando de forma coordenada (todas emitindo ao mesmo tempo, na mesma fase) a energia pode ser direcionada em uma única direção. Mas se cada fonte trabalhar um pouco antes ou um pouco depois das outras, a direção do feixe pode ser controlada.
Como uma lupa que concentra a luz em um ponto, é possível ajustar o tempo dessas fontes para concentrar a energia em uma área menor do que a original (como a antena na superfície da Terra). Essa correção pode ser realizada em uma escala de nanossegundos, permitindo que a direção da energia seja gerenciada muito rapidamente ou atribuída a diferentes locais (antenas diferentes).
Em órbita geoestacionária, os painéis solares podem operar o tempo todo e com eficiências de conversão maiores do que alcançam deste lado da atmosfera, daí a vantagem de uma estação fotovoltaica no espaço. No entanto, a complexidade de sua implantação e as dúvidas sobre a segurança e eficiência da transmissão sem fio fazem com que toda essa tecnologia não tenha sido implementada desde que começou a ser estudada nas décadas de 70 e 80.
A China mira liderar a nova corrida da energia solar espacial, assim como lidera a fotovoltaica terrestre, mas não estará sozinha. Em 2015, o Japão se tornou o primeiro país a transmitir sem fio 1,8 kW de energia via micro-ondas. Claro, a uma distância de 50 metros, mas a energia solar espacial é um tópico que continua sendo investigado de perto, assim como a Europa, os Estados Unidos e algumas outras empresas privadas.
Imagens | Conceito de John C. Mankins, estação receptora na China
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