Jacob Hoover
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Nota del redattore: la prossima missione segreta della US Space Force di un aereo spaziale robotico X-37B è stata ritardata dal maltempo. Un altro tentativo di lancio sarà effettuato domenica mattina (17 maggio).
Un aereo spaziale militare segreto metterà presto alla prova l'idea di utilizzare raggi a microonde per inviare energia solare sulla Terra dallo spazio. L'aereo spaziale X-37B della US Air Force dovrebbe entrare in orbita sabato (16 maggio) con un esperimento a bordo che ne testerà la possibilità.
Il Photovoltaic Radiofrequency Antenna Module Flight Experiment (PRAM-FX) rappresenta il primo test orbitale di una tecnologia fantascientifica concepita per la prima volta nel 19 ° secolo: l'energia del satellite solare. Costruisci un grande array solare in orbita, l'idea va, e potrebbe raccogliere abbastanza luce solare (non filtrata da effetti atmosferici o nuvole) per generare un potente raggio di microonde. Una stazione di raccolta sulla Terra convertirà quindi quel raggio in energia utile. Lancia qualsiasi satellite in un'orbita sufficientemente alta e riceverà un flusso di luce solare quasi costante, con solo brevi passaggi attraverso l'ombra della Terra. Un'intera costellazione di pannelli solari potrebbe offrire un'alimentazione ininterrotta 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
"L'idea ha attirato molta attenzione e in un certo senso ha avuto successo alla fine degli anni '60, all'inizio degli anni '70, quando divenne imperativo esplorare fonti di energia diverse dai combustibili fossili", quando le forniture di combustibili fossili divennero instabili ei prezzi salirono alle stelle, ha detto Paul Jaffe, un ingegnere elettronico civile presso il US Naval Research Laboratory (NRL) e leader della ricerca sull'energia a raggi dell'NRL.
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Quella ricerca si è attenuata con il calo dei prezzi del carburante, ha detto Jaffe. Ma nel 2007, il Dipartimento della Difesa ha raccolto il testimone. Un raggio satellitare è un modo molto più sicuro ed efficiente per fornire energia a una base militare all'estero rispetto ai convogli di camion di carburante, ha detto. Quei camion, imbottiti di carburante combustibile, possono essere attaccati e distrutti, mettendo a rischio la vita dei loro autisti e delle guardie. Ma un raggio di microonde passa invisibilmente nell'atmosfera senza sorveglianza. Non puoi sparargli.
Con il tempo, i raggi potrebbero anche alimentare droni militari, come quelli ora usati per spiare e uccidere all'estero. Alimentati da un raggio a microonde, i droni potevano ronzare all'infinito sopra la testa senza dover mai atterrare per fare rifornimento. (Anche più avanti lungo la strada, ovviamente, potrebbero esserci applicazioni civili per la tecnologia.)
Finora, PRAM-FX non può fare nulla di tutto ciò. Ma offre al team NRL una prima possibilità di testare un componente chiave di un satellite di energia solare nell'ambiente in cui potrebbe eventualmente funzionare.
Il dispositivo sperimentale inserisce la sua elettronica tra un array solare e una piastra posteriore, secondo Chris DePuma, un ingegnere elettronico dell'NRL che lavora anche al progetto. L'array solare raccoglie energia dal sole, la converte in una corrente elettrica CC e quindi utilizza quella corrente per alimentare un microonde da 2,45 gigahertz "che teoricamente in futuro verrebbe trasmesso da un'antenna puntata verso un sito ricevitore", ha detto DePuma .
Per gli scopi di PRAM-FX, tuttavia, l'energia a microonde atterra su un cavo coassiale che "la scarica" in uno strumento utilizzato per registrare i dati, ha detto DePuma. I ricercatori dell'NRL confronteranno quell'output con l'energia prelevata utilizzando l'array solare per capire l'efficienza della loro configurazione.
"Questo informerà la fattibilità e l'economia di qualcosa come i satelliti a energia solare", ha detto Jaffe .
Non è la prima volta che questi ricercatori testano l'attrezzatura. Esperimenti in camere a vuoto sulla Terra, utilizzando lampade per imitare gli effetti del sole orbitale, hanno offerto indizi su come funzionerà PRAM-FX. Ma non c'è niente come essere lassù, hanno detto i ricercatori.
La piattaforma segreta
PRAM-FX sarà uno dei numerosi carichi utili di ricerca a bordo dell'X-37B quando verrà lanciato da Cape Canaveral, in Florida, sabato. È insolito: nelle sue precedenti cinque missioni, l'Air Force non ha menzionato l'X-37B che trasportava carichi scientifici. Nei suoi sette anni e 10 mesi cumulativi in orbita, non sono mai stati divulgati dettagli sui carichi utili dell'aereo spaziale o sullo scopo preciso.
Questa volta, però, vengono offerte un po 'più di informazioni. Secondo una dichiarazione della Space Force, l'X-37B trasporterà un "modulo di servizio" nello spazio con il primo carico utile di esperimenti scientifici dello spazioplano. Distribuirà un satellite noto come FalconSat-8 con alcuni esperimenti a bordo, mentre PRAM-FX e un altro esperimento rimarranno collegati all'X-37B.
(L'X-37B appartiene all'Air Force, ma la Space Force sta gestendo il lancio. La Space Force è un ramo nascente dell'esercito, istituito nel dicembre 2019 dal presidente Donald Trump e incaricato di gestire la guerra spaziale.)
Un vantaggio chiave nell'applicazione di PRAM-FX all'X-37B, ha detto Jaffe, è che il suo team può sfruttare i sistemi di comunicazione, la propulsione e altre risorse dell'X-37B. Ciò risparmia alla squadra dell'NRL la fatica e la spesa di costruire tutti i macchinari necessari per il funzionamento di un satellite fluttuante. E l'orbita dell'X-37B offrirà molti diversi angoli di esposizione solare a cui testare l'attrezzatura, ha detto DePuma.
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L'aereo spaziale senza equipaggio funziona un po 'come uno Space Shuttle robotico più piccolo: viene lanciato su un razzo Atlas V e rimane in orbita per mesi e mesi. La sua precedente quinta missione è durata 780 giorni prima che la macchina tornasse sulla Terra il 27 ottobre 2019.
I ricercatori dell'NRL hanno considerato altre possibilità per portare PRAM-FX nello spazio, inclusa una delle missioni di rifornimento della stazione spaziale della NASA, prima di atterrare sull'X-37B.
"Abbiamo esplorato una serie di host diversi come possibilità e, in definitiva, questo ha offerto la migliore combinazione di disponibilità per il volo e capacità di integrazione con - poiché il nostro esperimento non è adatto ad essere il proprio satellite a causa delle sue dimensioni [ingombranti], "Ha detto Jaffe.
Questo non porterà a un'arma, almeno secondo gli scienziati del Dipartimento della Difesa
Se hai giocato al gioco SimCity, potresti avere familiarità con uno scenario immaginario in cui il raggio di uno di questi satelliti solari viene deviato, dando fuoco all'area circostante. È anche facile immaginare un raggio di microonde orbitale usato come arma.
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Anche se potrebbe non essere tecnicamente impossibile progettare una situazione di disastro, ha detto Jaffe, è anche improbabile.
"La maggior parte delle persone sente 'microonde' e immagina quella cosa nella loro cucina che cucina le cose", ha detto Jaffe.
Ma le frequenze delle microonde vengono utilizzate anche nei sistemi Wi-Fi e Bluetooth del telefono, ha detto, e non sono intrinsecamente pericolose. E non sono un modo particolarmente efficiente per dare fuoco alle cose a grandi distanze, perché hanno densità di potenza relativamente basse.
"Un modo per pensare alla densità di potenza è che se esci al sole in un pomeriggio limpido non scoppierai in fiamme ... ma con quella stessa luce solare che non ti farà scoppiare in fiamme se prendi una lente può usarlo per dare fuoco a qualcosa ", ha detto Jaffe. "Non perché stai aggiungendo energia, ma perché stai concentrando l'energia che cade sulla lente d'ingrandimento in modo tale che cada su un punto molto piccolo."
Non è uno scenario realistico qui, ha detto Jaffe.
"Per le microonde, è molto difficile metterle a fuoco nello stesso modo in cui una lente d'ingrandimento focalizza la luce solare", ha detto Jaffe. "Ecco perché hai bisogno di queste antenne davvero grandi."
Più grande è l'antenna che hai, maggiore è la densità di potenza che puoi creare sulla Terra. Ma anche enormi antenne, lunghe più di poche miglia, farebbero fatica a concentrare la potenza a livelli pericolosi dalle alte orbite necessarie.
"Un satellite solare basato su microonde sarebbe molto difficile da armare, se potesse anche solo essere fatto", ha detto Jaffe.
Tuttavia, se mai verrà costruita una costellazione completa di satelliti di energia solare, ha detto, sarà fondamentale progettarli in modo che non superino i limiti sulla potenza delle microonde già fissati dai regolatori di sicurezza contro le radiazioni per prevenire tumori e incendi..
A breve termine, ha detto Jaffe, questa tecnologia viene sviluppata per i militari. Ma lungo la strada ha detto che spera che porterà a una futuristica fonte di energia pulita che potrebbe avvantaggiare tutti e dare agli Stati Uniti un nuovo quasi monopolio su un approvvigionamento energetico globale..
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