Il Giappone punta a raggiungere il primato mondiale nell'energia solare spaziale
Il lancio del satellite dimostrativo giapponese OHISAMA è previsto per l'anno fiscale 2026, per una missione che potrebbe rivoluzionare l'energia pulita.
Sebbene esperimenti precedenti abbiano rilevato segnali trasmessi dall'orbita, il progetto OHISAMA mira a essere il primo al mondo a fornire energia solare a un sito ricevente sulla Terra e a convertirla in elettricità utilizzabile.
Il satellite verrà trasportato a bordo del piccolo razzo Kairos 5 della Space One Co.
Aggirare gli ostacoli meteorologici
L'energia solare spaziale (SBSP) si riferisce al concetto di posizionare in orbita grandi pannelli solari in grado di convertire la luce solare in elettricità a bordo. Questa energia viene trasmessa in modalità wireless, solitamente tramite microonde o, in alcuni casi, tramite laser, a una stazione ricevente sulla Terra.
L'energia ricevuta viene poi riconvertita in elettricità per essere distribuita sulla rete.
La SBSP rimane una tecnologia sperimentale e si posiziona come obiettivo di ricerca e sviluppo a lungo termine nel quadro del piano energetico di base del governo giapponese.
A differenza dell'energia solare ed eolica terrestre, l'SBSP è in gran parte isolata dalle variabili legate alle condizioni meteorologiche e al ciclo giorno-notte.
Inoltre, la capacità di modulare la potenza di trasmissione e di reindirizzare l'energia verso diverse località potrebbe rendere l'SBSP un'opzione flessibile in caso di disastri e periodi di domanda fluttuante.
Un modello proposto da Japan Space Systems (J-spacesystems), una fondazione di ricerca e sviluppo senza scopo di lucro incaricata dal Ministero dell'Economia, del Commercio e dell'Industria di sviluppare il sistema, prevede un'architettura con pannelli solari di 2,5 chilometri quadrati dispiegati in orbita geostazionaria a circa 36.000 chilometri sopra la Terra.
L'elettricità generata in orbita verrebbe trasmessa tramite microonde a un'antenna ricevente terrestre di circa 4 chilometri di diametro e poi immessa nella rete elettrica.
Secondo questo modello, una singola unità SBSP produrrebbe circa 1 gigawatt, una potenza in uscita descritta come sufficiente a coprire oltre il 10 percento del consumo annuale di elettricità di Tokyo.
Microonde distribuite ad altitudini di 450 km
Secondo J-spacesystems, l'esperimento verificherà se l'energia trasmessa dallo spazio sotto forma di microonde può essere riconvertita in modo efficiente in elettricità sulla Terra.
Il satellite OHISAMA, del peso di circa 180 kg, trasporta un pannello integrato di produzione e trasmissione di energia elettrica che misura 70 cm per 2 metri.
La sua capacità produttiva è di soli 720 watt, ma la missione mira a utilizzare l'energia ricevuta da un'antenna parabolica di 64 metri presso l'Usuda Deep Space Center della Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), nella prefettura di Nagano, per accendere un LED.
La struttura di Usuda viene utilizzata per tracciare e comunicare con i veicoli spaziali nello spazio profondo.
Dopo un test riuscito di trasmissione di energia senza fili da un aereo a un'altitudine di 7 km nel 2024, la missione satellitare trasmetterà energia da un'orbita di 450 km per valutare l'impatto della distanza di trasmissione, della ionosfera e dell'atmosfera sull'efficienza.
GIAPPONE, LEADER NELLA CORSA SBSP
Una delle principali sfide della distribuzione di energia wireless SBSP è la limitazione della propagazione del fascio indotta dalla diffrazione, che in genere richiede aperture di trasmissione molto grandi e un controllo di fase preciso.
Molti concetti SBSP si basano sul controllo del fascio retrodiretto: il ricevitore a terra invia un segnale pilota che il satellite utilizza per dirigere il fascio di microonde verso il ricevitore.
Il Giappone vanta una vasta esperienza in ricerca e sviluppo nel campo della trasmissione di potenza a microonde e del puntamento retrodirezionale del fascio.
Secondo J-spacesystems, lo sviluppo dell'SBSP sta accelerando negli Stati Uniti, in Cina e in Europa, e anche l'esercito statunitense starebbe sviluppando i propri satelliti sperimentali.
Proposta per la prima volta negli Stati Uniti negli anni '1960, la teoria SBSP stima che i sistemi spaziali potrebbero fornire fino a 10 volte più energia all'anno rispetto all'energia solare terrestre, poiché la copertura nuvolosa e il ciclo giorno-notte limitano la produzione sulla Terra.
In Giappone, la ricerca e lo sviluppo SBSP sono in corso dagli anni '1980. Attraverso prove a terra e altri test, il Giappone ha portato avanti la dimostrazione e la convalida di tecnologie di componenti chiave, tra cui il controllo del fascio ad alta precisione, pannelli integrati di generazione e trasmissione e una conversione più efficiente dell'energia elettrica in microonde.
"Dal punto di vista tecnologico, il Giappone è leader mondiale in questo campo", ha affermato Hiroki Yanagawa, dirigente senior della divisione Sistemi satellitari e osservazione della Terra di J-spacesystems.
SBSP POTREBBE ALIMENTARE L'ESPLORAZIONE LUNARE
Nel 2023, il California Institute of Technology ha lanciato un dimostratore SBSP, riuscendo a trasmettere energia su brevi distanze nello spazio e rilevando deboli segnali a microonde a terra. Tuttavia, ciò non ha consentito la generazione di elettricità utilizzabile a livelli significativi.
Se l'elettricità emessa da OHISAMA potesse essere ricevuta, convertita e utilizzata a terra, rappresenterebbe una novità mondiale.
A tale successo seguiranno probabilmente ulteriori test in orbita, in vista della commercializzazione nel 2040. Tra le potenziali applicazioni a lungo termine rientra la fornitura di energia dall'orbita per supportare le missioni di esplorazione lunare.
Tuttavia, il programma di lancio dipenderà ancora dalle prestazioni del razzo Kairos della Space One.
Dopo i fallimenti dei primi due lanci, l'attenzione si è spostata sul volo di Kairos 3 del 25 febbraio.
"Sebbene i razzi all'estero fossero un'opzione, abbiamo scelto Kairos in conformità con la politica nazionale volta a supportare le capacità di lancio del settore privato giapponese", ha affermato Yanagawa di J-spacesystems.
