พลังงานสะอาดเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งที่ทำเพื่อการลดการปล่อยสารประกอบคาร์บอนขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ เพราะจากปัญหาการใช้พลังงานเชื้อเพลิงของมนุษย์มีผลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของโลกอย่างชัดเจน ในบางประเทศจึงเริ่มมีการรณรงค์การใช้พลังงานสะอาดเพื่อลดการปล่อยสารประกอบคาร์บอนสู่ชั้นบรรยากาศ เช่น ประเทศในกลุ่มสมาชิกสหภาพยุโรป (EU) เป็นต้น แต่ปัญหาที่สำคัญคือ แหล่งพลังงานที่ปล่อยสารประกอบคาร์บอนต่ำนั้นเข้าถึงทำได้ยาก ตั้งแต่ปี ค.ศ. 2000 – 2016 การเข้าถึงการใช้พลังงานสะอาดของโลกเพิ่มขึ้นไม่ถึง 3% ต่อปี หมายความว่าการเปลี่ยนแปลงการใช้พลังงานจากพลังงานเชื้อเพลิงเป็นพลังงานสะอาดเป็นไปได้ยากที่จะสำเร็จในระยะเวลาอันสั้น
การสร้างแหล่งพลังงานสะอาดเพื่อทดแทนพลังงานจากการเผาไหม้มีข้อจำกัดพอสมควร นอกจากต้นทุนสูงแต่ได้พลังงานน้อยแล้ว ปัจจัยสภาพแวดล้อมที่ใช้ในการผลิตพลังงานเช่น กระแสน้ำ ความเร็วลมและปริมาณแสงอาทิตย์ก็มีผลกระทบต่อการผลิตพลังงานเช่นกัน จนมีแนวคิดการถ่ายทอดพลังงานไร้สายจากดาวเทียมเป็นหนึ่งในตัวเลือกเรื่องการผลิตพลังงานต่อไปในอนาคต
แนวคิดการถ่ายทอดพลังงานไร้สายจากดาวเทียมคือ การส่งดาวเทียมที่ติดแผงโซลาร์เซลล์จำนวนมากเพื่อรับรังสีจากดวงอาทิตย์และส่งคลื่นไมโครเวฟลงมาสู่สถานีภาคพื้นรับสัญญาณแล้วแปลงเป็นพลังงาน แนวคิดนี้มีความแตกต่างจากการฟาร์มโซลาร์เซลล์บนพื้นโลก เพราะบนโลกมีข้อจำกัดในช่วงเวลารับแสงอาทิตย์ทำได้เฉพาะเวลากลางวันเท่านั้น แสงอาทิตย์ที่อยู่บนโลกมีความเข้มน้อยกว่าซึ่งเกี่ยวข้องกับสภาพอากาศ และการสะท้อนกลับของรังสี แต่ในสภาวะเมื่ออยู่ในอวกาศ ดาวเทียมจะรับรังสีโดยตรงจากดวงอาทิตย์และไม่มีปัจจัยเหมือนโลก เมื่อพื้นที่รับแสงเท่ากันแล้ว ปริมาณพลังงานที่ได้รับบนโลกต่อพื้นที่มีค่าน้อยกว่าปริมาณพลังงานผลิตจากดาวเทียมถึง 10 เท่า
ในปี ค.ศ. 2020 กองทัพอวกาศสหรัฐ ได้ทำการทดลองการส่ง Spaceplane OTV-6 ในภารกิจ X-37B ขึ้นสู่อวกาศ โดย Spaceplane ของภารกิจนี้เป็นเครื่องบินไร้คนขับบนอวกาศได้ติดตั้งอุปกรณ์ทดลองหลายชนิดที่เป็นความลับ แต่หนึ่งในนั้นที่กองทัพอวกาศสหรัฐเปิดเผยออกมาคือ การทดลองฟาร์มโซลาร์เซลล์บนผิวของเครื่องบิน ซึ่งเป็นครั้งแรกที่ทดสอบฟาร์มโซลาร์เซลล์ในวงโคจรและใช้ในการเปลี่ยนวงโคจรด้วยเครื่องยนต์ไอออน แสดงถึงการเริ่มนำแนวคิดนี้มาสู่การทดลองการใช้งานจริง
การส่งพลังงานจากอวกาศสู่ภาคพื้นเป็นอีกประเด็นหนึ่งในการสร้างพลังงาน โดยการออกแบบดาวเทียมต้องคำนึงถึงวงโคจรที่สามารถทำให้ดาวเทียมส่งพลังงานกลับสู่โลกได้ตลอดเวลา และดาวเทียมต้องได้รับแสงอาทิตย์ตลอดเวลา ดังนั้นวงโคจรแบบ Geosynchronous Orbit จึงเป็นวงโคจรที่เหมาะสมกับดาวเทียมประเภทนี้เพราะดาวเทียมอยู่ในตำแหน่งเดิมตลอดเวลา อีกทั้งความเบาบางของชั้นบรรยากาศในวงโคจรรูปแบบนี้ยังก่อให้เกิดการสัมผัสของพื้นผิวของดาวเทียมกับชั้นบรรยากาศ ในขณะที่ดาวเทียมเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงในวงโคจร ซึ่งทำให้เกิดแรงต้าน แต่มีปริมาณน้อยและไม่มีผลต่อวงโคจร ดังนั้นมีความเป็นไปได้ในการออกแบบดาวเทียมมีขนาดใหญ่เพียงพอที่จะทำฟาร์มโซลาร์เซลล์โดยไม่ต้องคำนึงถึงแรงต้านอากาศที่มีผลต่อวงโคจร ทำให้องค์การสำรวจอวกาศญี่ปุ่น (Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA) ตั้งเป้าหมายในการส่งดาวเทียมที่สามารถทำฟาร์มโซลาร์เซลล์ โดยเริ่มจากการผลิตกำลังไฟฟ้า 2 เมกกะวัตต์ 200 เมกกะวัตต์ และ 1 กิกกะวัตต์ ตามลำดับภายในช่วงปี ค.ศ. 2030 – 2039
ประโยชน์ของการผลิตไฟฟ้าด้วยวิธีนี้นอกจากการส่งกำลังไฟฟ้าไปยังสถานีภาคพื้นเพื่อการแจกจ่ายแล้ว ยังสามารถดำเนินการส่งพลังงานให้กับเครื่องบินโดยสาร เนื่องจากการคิดค้นเครื่องบินพลังงานไฟฟ้ามีปัญหาหลักในการเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ จึงต้องการแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ในการเก็บพลังงานที่ทำให้น้ำหนักของเครื่องบินเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความสามารถในการบรรทุกสัมภาระและผู้โดยสารลดลง การถ่ายทอดพลังงานไฟฟ้าจากดาวเทียมไปยังเครื่องบินโดยตรง อันมีส่วนในการแก้ปัญหาให้เครื่องบินไม่จำเป็นต้องเก็บพลังงานจำนวนมาก อีกทั้งเครื่องบินโดยสารบินในระดับความสูงเหนือชั้นเมฆและชั้นบรรยากาศที่มีความหนาแน่นสูง จึงเหมาะสมในการประยุกต์ใช้การถ่ายทอดพลังงานจากดาวเทียม ทั้งนี้เหตุผลเหล่านี้อาจเป็นจุดเปลี่ยนของอุตสาหกรรมการบินในอนาคตเรื่องการลดมลพิษและต้นทุนการบิน
ปัจจุบันการเดินทางไปยังอวกาศสามารถเข้าถึงได้ในระดับเอกชนตัวอย่างเช่น การนำส่งจรวดเข้าสู่วงโคจรในอวกาศของบริษัท SpaceX สามารถลดต้นทุนการนำส่งดาวเทียมด้วยการนำจรวดท่อนที่ 1 กลับมาใช้ใหม่ เป็นการลดข้อจำกัดจากแนวคิดในอดีตด้านความคุ้มค่าของต้นทุนการนำส่ง อีกทั้งยังสามารถต่อยอดและคิดค้นวิธีการใหม่ที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและแก้ปัญหาข้อจำกัดของเทคโนโลยี ตลอดจนลดการใช้ทรัพยากรโลกเพื่อชะลอสภาวะโลกร้อนที่กำลังเพิ่มความรุนแรงมากขึ้น
เรียบเรียงโดย: ร.ต.กันต์ จุลทะกาญจน์
ที่มา:
