Tia laser không gian chuẩn bị có bài kiểm tra thực tế đầu tiên để truyền năng lượng

Google, SpaceX cùng hàng loạt startup đang lên kế hoạch xây dựng trung tâm dữ liệu trong không gian. Nhưng để những kế hoạch đó thành hiện thực, họ cần nguồn năng lượng — rất nhiều năng lượng.

Star Catcher, một startup có trụ sở tại Jacksonville, Florida, đặt mục tiêu cung cấp nguồn năng lượng đó bằng cách tập trung ánh sáng mặt trời và dùng laser truyền tới các tấm pin mặt trời đang chờ đợi của vệ tinh. Công ty đang chuẩn bị phóng hệ thống nguyên mẫu lên tên lửa SpaceX trong tuần này, nhằm truyền năng lượng tới một vệ tinh khác trên quỹ đạo.

Nếu thành công, đây sẽ là lần đầu tiên laser truyền năng lượng giữa hai vật thể không dây trong không gian.

Ý tưởng đã có từ hàng thập kỷ

Ý tưởng tạo năng lượng mặt trời trong không gian đã xuất hiện từ lâu. Nó từng xuất hiện trong một tác phẩm khoa học viễn tưởng năm 1941 của Isaac Asimov, và NASA đã nghiên cứu nó vào những năm 1970.

"Việc phóng một lượng lớn phần cứng lên quỹ đạo cực kỳ tốn kém, nên việc tạo năng lượng trong không gian rồi truyền đi nơi khác hiếm khi có ý nghĩa thực tiễn," Hanieh Fattahi, nhà nghiên cứu tại Viện Max Planck về Khoa học Ánh sáng, nhận định.

Hiện nay, chi phí phóng đang giảm dần đang khiến việc có các ngành công nghiệp trên quỹ đạo — với khả năng cung cấp năng lượng như vậy — trở nên khả thi hơn.

"Không có lưới điện nào trong không gian cả. Ai cũng như đang đi cắm trại vậy," Andrew Rush, CEO kiêm đồng sáng lập Star Catcher, nói.

Cách Star Catcher vận hành

Giải pháp của Star Catcher là một mảng các "nút năng lượng" (power node) đóng vai trò vừa là nhà máy điện mặt trời vừa là đường dây truyền tải.

• Để tạo năng lượng, các vệ tinh của công ty thu ánh sáng mặt trời bằng một tập hợp thấu kính và tinh chỉnh thành các bước sóng mà Star Catcher cho biết có thể cung cấp năng lượng cao gấp 10 lần so với ánh sáng mặt trời khuếch tán.
• Sau đó, hệ thống phát ra một chùm laser — hãy hình dung như một "cáp truyền tải vô hình" — có thể hướng tới các vệ tinh đang cần năng lượng.
• Điều này hứa hẹn tăng thời gian hoạt động và theo Rush, tăng lợi nhuận cho các nhà vận hành vệ tinh.

Trong bối cảnh chi phí phóng lên tới hàng nghìn USD cho mỗi kg trọng lượng, việc giảm kích thước pin trong khi bổ sung thêm thiết bị hữu ích — hoặc với trung tâm dữ liệu không gian là GPU — có thể mang lại lợi ích lớn.

Sự quan tâm rõ rệt từ thị trường

Có sự quan tâm rõ ràng đối với những gì Star Catcher đang cung cấp:

• Công ty đã công bố vòng gọi vốn 65 triệu USD hồi đầu năm nay.
• Giành được giải thưởng trị giá 30 triệu USD từ Lực lượng Không gian Mỹ (US Space Force).
• Đã ký 40 biên bản ghi nhớ từ các nhà mua tiềm năng và quan trọng hơn là 10 hợp đồng mua điện dài hạn.

Một dấu hiệu lạc quan khác cho ngành công nghiệp không gian: trên cùng chuyến bay SpaceX với hệ thống của Star Catcher còn có nỗ lực đầu tiên của Google về trung tâm dữ liệu trên không gian.

Sứ mệnh Protostar

Vệ tinh được phóng trong tuần này, mang tên Protostar, là phiên bản thu nhỏ của các vệ tinh mà Star Catcher hy vọng sẽ triển khai trong tương lai. Rush cho biết nó sẽ cung cấp "dịch vụ cung cấp năng lượng thương mại có ý nghĩa trên quỹ đạo trước cuối thập kỷ này."

Đây sẽ là lần đầu tiên toàn bộ hệ thống được lắp ráp hoàn chỉnh trong không gian, với công ty sử dụng công nghệ theo dõi để truyền năng lượng tới một cubesat không dây được phóng cùng lúc.

"Một phần của cuộc trình diễn này là kiểm tra lượng năng lượng mà cubesat nhận được khi nó di chuyển ra xa Protostar và so sánh với các mô hình của chúng tôi," Rush cho biết.

Công ty đã từng thực hiện một thử nghiệm công nghệ trong không gian cho phép theo dõi các vệ tinh mà nó truyền năng lượng tới, và năm ngoái đã lập kỷ lục về truyền năng lượng trên mặt đất, vượt qua cột mốc do DARPA thiết lập.

Thử nghiệm đó đã truyền hơn 1 kilowatt năng lượng tới các tấm pin mặt trời thương mại — đủ để chạy một lò vi sóng. Điều đó có nghĩa là còn một chặng đường dài để cung cấp năng lượng cho các vệ tinh viễn thông, chứ chưa nói đến các trung tâm dữ liệu không gian. Tuy nhiên, Rush cho biết chính bằng chứng khái niệm trên mặt đất là điều khiến ông tự tin rằng công ty đã sẵn sàng xem mình có thể làm được gì trên quỹ đạo.

Ông nói Star Catcher vẫn đang ở giai đoạn "bò", nhưng đang trên đường tới "đi", rồi "chạy".

Những thách thức phía trước

Đây không phải là thử nghiệm laser đầu tiên trong không gian. Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Mỹ đã hoàn thành một thí nghiệm năm 2023, vận hành laser không gian để phát điện trong 100 ngày. Tuy nhiên, hệ thống đó là một đơn vị đơn lẻ và chùm tia chỉ đi được chưa đầy 1,5 mét. Nếu Star Catcher đang ở giai đoạn "bò", thì thí nghiệm này chẳng khác nào "nằm sấp tập bò".

Laser đó chỉ hoạt động với hiệu suất 11%, một vấn đề mà Fattahi cho rằng cần phải vượt qua. Bà cũng cho biết hệ thống theo dõi, quản lý nhiệt và đảm bảo thiết bị có thể hoạt động trong môi trường chân không lạnh giá của không gian suốt nhiều năm cũng cần được nghiên cứu kỹ để khiến laser không gian khả thi về mặt kinh tế.

Các nhà nghiên cứu cũng đã khám phá các hình thức năng lượng mặt trời không gian khác, bao gồm các thử nghiệm thành công của các nhà khoa học Caltech trong việc truyền năng lượng mặt trời qua vi sóng trở lại Trái Đất. Kỹ thuật này có thể truyền nhiều năng lượng hơn, nhưng đòi hỏi một máy thu khổng lồ để thu nhận, trong khi laser có thể nhắm vào mục tiêu nhỏ hơn nhiều.

"Khi chúng ta phát triển cơ sở hạ tầng trong không gian, chúng ta bắt đầu khiến việc đưa ngành công nghiệp lớn hơn và có năng lực hơn vào không gian trở nên kinh tế hơn. Tôi xem những gì chúng tôi đang xây dựng có tính chuyển đổi đối với lĩnh vực không gian giống như tên lửa tái sử dụng vậy," Rush nói về các vệ tinh của Star Catcher.

Ý nghĩa với Việt Nam

Câu chuyện này đáng chú ý với cộng đồng công nghệ Việt Nam ở nhiều góc độ. Khi các tập đoàn lớn như Google và SpaceX đẩy mạnh ý tưởng trung tâm dữ liệu trong không gian, nhu cầu về nguồn năng lượng truyền từ xa sẽ tạo ra một thị trường mới. Với vị trí địa lý gần xích đạo — thuận lợi cho việc phóng và vận hành vệ tinh — Việt Nam có tiềm năng tham gia chuỗi cung ứng này trong dài hạn, từ phát triển vệ tinh nhỏ đến các dịch vụ mặt đất hỗ trợ.

Bên cạnh đó, công nghệ truyền năng lượng không dây bằng laser cũng có thể tìm thấy ứng dụng trên mặt đất, chẳng hạn trong các khu vực khó tiếp cận điện lưới hoặc các hệ thống IoT cần cấp nguồn từ xa.