A energia solar baseada no espaço (SBSP) é o conceito de coletar energia solar no espaço exterior e distribuí-la para a Terra. As vantagens potenciais da coleta de energia solar no espaço incluem uma taxa de coleta mais alta e um período de coleta mais longo devido à falta de uma atmosfera difusa e à possibilidade de colocar um coletor solar em um local em órbita onde não há noite. Uma fração considerável da energia solar recebida (55-60%) é perdida em seu caminho através da atmosfera da Terra pelos efeitos de reflexão e absorção. Os sistemas de energia solar baseados no espaço convertem a luz do sol em microondas fora da atmosfera, evitando essas perdas e o tempo de inatividade devido à rotação da Terra, mas a um grande custo devido ao custo de lançar material em órbita. A SBSP é considerada uma forma de energia sustentável ou verde, energia renovável, e é ocasionalmente considerada entre as propostas de engenharia climática. É atraente para aqueles que buscam soluções em grande escala para mudanças climáticas antropogênicas ou esgotamento de combustíveis fósseis (como o pico do petróleo).

Várias propostas da SBSP foram pesquisadas desde o início dos anos 70, mas nenhuma é economicamente viável com a infra-estrutura atual de lançamento espacial. Um modesto sistema de microondas de alcance Gigawatt, comparável a uma grande usina de energia comercial, exigiria o lançamento de cerca de 80.000 toneladas de material em órbita, tornando o custo de energia de tal sistema muito mais caro do que a energia renovável atual. Alguns tecnólogos especulam que isso pode mudar num futuro distante se uma base industrial fora do mundo fosse desenvolvida para fabricar satélites de energia solar a partir de asteróides ou material lunar, ou se novas tecnologias espaciais de lançamentos espaciais que não sejam foguetes fossem disponibilizadas no mercado. futuro.

Além do custo de implementação de tal sistema, o SBSP também introduz vários obstáculos tecnológicos, incluindo o problema de transmitir energia de órbita para a superfície da Terra para uso. Como os fios que se estendem da superfície da Terra para um satélite em órbita não são práticos nem viáveis ​​com a tecnologia atual, os projetos da SBSP geralmente incluem o uso de alguma forma de transmissão de energia sem fio com suas ineficiências de conversão concomitantes, bem como preocupações de uso da terra para as estações de antena necessárias. receber a energia na superfície da Terra. O satélite de coleta converteria energia solar em energia elétrica a bordo, alimentando um transmissor de microondas ou emissor de laser e transmitindo essa energia para um coletor (ou microonda retenna) na superfície da Terra. Ao contrário das aparições de SBSP em romances populares e videogames, a maioria dos projetos propõe densidades de energia de feixes que não são prejudiciais se os seres humanos forem inadvertidamente expostos, como se o feixe de um satélite transmissor fosse desviar do curso. Mas o vasto tamanho das antenas receptoras que seriam necessárias ainda exigiria grandes blocos de terra perto dos usuários finais a serem adquiridos e dedicados a esse propósito. A vida útil de coletores espaciais em face de desafios de exposição a longo prazo ao ambiente espacial, incluindo a degradação da radiação e danos micrometeoróides, também pode se tornar uma preocupação para a SBSP.

A SBSP está sendo ativamente buscada pelo Japão, China e Rússia. Em 2008, o Japão aprovou a Lei do Espaço Básico, que estabeleceu o Espaço Solar Power como uma meta nacional e a JAXA tem um roteiro para o SBSP comercial. Em 2015, a Academia de Tecnologia Espacial da China (CAST) informou seu roteiro na Conferência Internacional de Desenvolvimento Espacial (ISDC), onde apresentou seu roteiro para um sistema comercial de 1 GW em 2050 e revelou um vídeo e uma descrição de seu design.

Desafios

Potencial
O conceito SBSP é atraente porque o espaço tem várias vantagens importantes sobre a superfície da Terra para a coleta de energia solar:

É sempre meio-dia solar no espaço e pleno sol.
Superfícies coletoras poderiam receber luz solar muito mais intensa, devido à falta de obstruções, como gases atmosféricos, nuvens, poeira e outros eventos climáticos. Consequentemente, a intensidade em órbita é de aproximadamente 144% da intensidade máxima atingível na superfície da Terra.
Um satélite pode ser iluminado em 99% do tempo e estar na sombra da Terra no máximo apenas 72 minutos por noite nos equinócios de primavera e outono na meia-noite local. Os satélites em órbita podem ser expostos a um grau elevado de radiação solar, geralmente por 24 horas por dia, enquanto os painéis solares de superfície atualmente coletam energia por uma média de 29% do dia.
O poder pode ser redirecionado de forma relativamente rápida diretamente para as áreas que mais precisam dele. Um satélite de coleta poderia direcionar energia sob demanda para diferentes locais de superfície com base nas necessidades de carga de base geográfica ou carga de pico. Contratos típicos seriam por carga de base, poder contínuo, já que o poder de pico é efêmero.
Eliminação de interferências entre plantas e animais selvagens.
Com implementações em escala muito grande, especialmente em altitudes mais baixas, é possível reduzir potencialmente a radiação solar que chega à superfície da Terra. Isso seria desejável para neutralizar os efeitos do aquecimento global.

Desvantagens
O conceito SBSP também tem vários problemas:

O grande custo de lançar um satélite no espaço
A maldição de matriz diluída impedindo a transmissão eficiente de energia do espaço para a superfície da Terra
Inacessibilidade: A manutenção de um painel solar baseado em terra é relativamente simples, mas a construção e a manutenção de um painel solar no espaço normalmente seriam feitas telerroboticamente. Além do custo, os astronautas que trabalham no GEO (órbita da Terra geossíncrona) estão expostos a perigos de radiação inaceitavelmente altos e arriscam e custam cerca de mil vezes mais do que a mesma tarefa feita teleroboticamente.
O ambiente espacial é hostil; painéis sofrem cerca de 8 vezes a degradação que teriam na Terra (exceto em órbitas que são protegidas pela magnetosfera).
Os detritos espaciais representam um grande risco para objetos grandes no espaço, e todas as grandes estruturas, como os sistemas SBSP, foram mencionadas como fontes potenciais de detritos orbitais.
A freqüência de transmissão do downlink de microondas (se usado) exigiria o isolamento dos sistemas SBSP longe de outros satélites. O espaço GEO já é bem usado e é considerado improvável que a UIT permita o lançamento de um SPS. [Citação irrelevante]
O tamanho grande e o custo correspondente da estação receptora no solo.
Perdas de energia durante várias fases de conversão de fótons para elétrons e fótons de volta para elétrons.

desenhar
A energia solar baseada no espaço consiste essencialmente em três elementos:

coleta de energia solar no espaço com refletores ou espelhos infláveis ​​em células solares
transmissão de energia sem fio para a Terra via microondas ou laser
recebendo energia na Terra através de uma antena, uma antena de microondas

A porção baseada no espaço não precisará se sustentar contra a gravidade (além de tensões de maré relativamente fracas). Ele não precisa de proteção contra o vento ou o clima terrestre, mas terá que lidar com os riscos do espaço, como micrometeores e explosões solares. Dois métodos básicos de conversão foram estudados: fotovoltaica (PV) e dinâmica solar (SD). A maioria das análises da SBSP se concentrou na conversão fotovoltaica usando células solares que convertem diretamente a luz do sol em eletricidade. A dinâmica solar usa espelhos para concentrar a luz em uma caldeira. O uso da dinâmica solar poderia reduzir a massa por watt. A transmissão de energia sem fio foi proposta antecipadamente como um meio de transferir energia da coleta para a superfície da Terra, usando radiação de microondas ou laser em uma variedade de freqüências.

Transmissão de energia de microondas
William C. Brown demonstrou em 1964, durante o programa CBS News da Walter Cronkite, um helicóptero modelo movido a microondas que recebia toda a energia necessária para o vôo de um feixe de microondas. Entre 1969 e 1975, Bill Brown foi diretor técnico de um programa JPL Raytheon que emitiu 30 kW de potência em uma distância de 1 milha (1,6 km) com eficiência de 84%.

A transmissão de potência de microondas de dezenas de kilowatts foi bem comprovada pelos testes existentes em Goldstone, na Califórnia (1975) e Grand Bassin, na Ilha da Reunião (1997).

Mais recentemente, a transmissão de energia por microondas foi demonstrada, em conjunto com a captura de energia solar, entre o topo de uma montanha em Maui e a ilha do Havaí (92 milhas de distância), por uma equipe de John C. Mankins. Desafios tecnológicos em termos de layout de matrizes, design de elemento de radiação único e eficiência geral, assim como os limites teóricos associados, são atualmente objeto de pesquisa, conforme demonstrado pela Sessão Especial sobre “Análise de Sistemas Eletromagnéticos Sem Fio para Transmissão de Energia Solar”. “a ser realizada no Simpósio IEEE 2010 sobre Antenas e Propagação. Em 2013, uma visão geral útil foi publicada, abrangendo tecnologias e questões associadas à transmissão de energia de microondas do espaço para o solo. Inclui uma introdução ao SPS, pesquisas atuais e perspectivas futuras. Além disso, uma revisão das metodologias e tecnologias atuais para o projeto de arranjos de antenas para transmissão de energia de micro-ondas apareceu nos Anais do IEEE.

Irradiação a laser
A irradiação de energia a laser foi prevista por alguns na NASA como um trampolim para uma maior industrialização do espaço. Na década de 1980, pesquisadores da Nasa trabalharam no uso potencial de lasers para irradiação de espaço-para-espaço, concentrando-se principalmente no desenvolvimento de um laser movido a energia solar. Em 1989, sugeriu-se que a energia também poderia ser usada pelo laser da Terra para o espaço. Em 1991, o projeto SELENE (SpacE Laser ENERGY) havia começado, o que incluiu o estudo do fornecimento de energia por laser para fornecer energia a uma base lunar. O programa SELENE foi um esforço de pesquisa de dois anos, mas o custo de levar o conceito ao status operacional foi muito alto, e o projeto oficial terminou em 1993 antes de chegar a uma demonstração espacial.

Em 1988, o uso de um laser baseado na Terra para impulsionar um propulsor elétrico para propulsão espacial foi proposto por Grant Logan, com detalhes técnicos elaborados em 1989. Ele propôs o uso de células solares de diamante operando a 600 graus para converter luz laser ultravioleta.

Localização orbital
A principal vantagem de localizar uma estação espacial em órbita geoestacionária é que a geometria da antena permanece constante, e assim manter as antenas alinhadas é mais simples. Outra vantagem é que a transmissão de energia quase contínua está imediatamente disponível assim que a primeira estação de energia espacial for colocada em órbita; outras estações de energia baseadas no espaço têm tempos de inicialização muito maiores antes de produzirem energia quase contínua. Uma colecção de estações de energia espacial LEO (órbita terrestre baixa) foi proposta como precursora da energia solar baseada no espaço GEO (órbita geoestacionária).

Receptor terrestre
A retenna baseada na Terra provavelmente consistiria de muitas antenas dipolo curtas conectadas via diodos. As transmissões de microondas do satélite seriam recebidas nos dipolos com uma eficiência de cerca de 85%. Com uma antena de microondas convencional, a eficiência da recepção é melhor, mas seu custo e complexidade também são consideravelmente maiores. Os retentores provavelmente teriam vários quilômetros de diâmetro.

Em aplicações espaciais
Um SBSP a laser também poderia alimentar uma base ou veículos na superfície da Lua ou de Marte, economizando nos custos de massa para pousar a fonte de energia. Uma nave espacial ou outro satélite também poderia ser alimentado pelos mesmos meios. Em um relatório de 2012 apresentado à NASA na Space Solar Power, o autor menciona outro potencial uso para a tecnologia por trás do Solar Power Space poderia ser para sistemas de propulsão elétrica solar que poderiam ser usados ​​para missões de exploração humana interplanetária.

Custos de lançamento
Um problema para o conceito SBSP é o custo de lançamentos espaciais e a quantidade de material que precisaria ser lançado.

Grande parte do material lançado não precisa ser entregue à sua eventual órbita imediatamente, o que aumenta a possibilidade de que motores de alta eficiência (porém mais lentos) possam transportar material SPS do LEO para o GEO a um custo aceitável. Exemplos incluem propulsores de íons ou propulsão nuclear. A irradiação de potência a partir da órbita geoestacionária por microondas acarreta a dificuldade de os tamanhos de ‘abertura óptica’ exigidos serem muito grandes. Por exemplo, o estudo SPS da NASA de 1978 exigia uma antena transmissora de 1 km de diâmetro e um diâmetro de 10 km que recebia a retenna, para um feixe de microondas a 2,45 GHz. Estes tamanhos podem ser um pouco diminuídos usando comprimentos de onda mais curtos, embora tenham aumentado a absorção atmosférica e até mesmo o potencial bloqueio do feixe pela chuva ou gotículas de água. Por causa da maldição da matriz diluída, não é possível fazer um feixe mais estreito combinando os feixes de vários satélites menores. O tamanho grande das antenas de transmissão e recepção significa que o nível mínimo de potência prática para um SPS será necessariamente alto; pequenos sistemas SPS serão possíveis, mas não rentáveis.

Para se ter uma idéia da escala do problema, assumindo uma massa de painel solar de 20 kg por quilowatt (sem considerar a massa da estrutura de suporte, antena ou qualquer redução de massa significativa de qualquer espelhamento) uma central de 4 GW pesaria cerca de 80.000 toneladas métricas, todas as quais, nas circunstâncias atuais, seriam lançadas da Terra. Projetos muito leves provavelmente atingiriam 1 kg / kW, ou seja, 4.000 toneladas métricas para os painéis solares para a mesma estação de capacidade de 4 GW. Isso seria o equivalente a 40 a 150 lançamentos de veículos de lançamento de cargas pesadas (HLLV) para enviar o material para a órbita terrestre baixa, onde provavelmente seriam convertidos em painéis solares de subconjuntos, que então poderiam usar o mecanismo de íon de alta eficiência foguetes para (lentamente) alcançar GEO (órbita Geoestacionária). Com um custo de lançamento serial estimado para HLLVs de US $ 500 milhões a US $ 800 milhões, e custos de lançamento para HLLVs alternativos de US $ 78 milhões, os custos totais de lançamento seriam entre US $ 11 bilhões e US $ 320 bilhões caro ‘HLLV, painéis mais pesados). A estes custos deve ser adicionado o impacto ambiental de missões de lançamentos espaciais pesados, se tais custos forem utilizados em comparação com a produção de energia baseada em terra. Para comparação, o custo direto de uma nova usina de carvão ou usina nuclear varia de US $ 3 bilhões a US $ 6 bilhões por GW (sem incluir o custo total para o meio ambiente das emissões de CO2 ou armazenamento de combustível nuclear usado, respectivamente); Outro exemplo é que as missões Apollo para a Lua custaram um total de US $ 24 bilhões (dólares dos anos 70), levando em conta a inflação, custariam US $ 140 bilhões hoje, mais caro do que a construção da Estação Espacial Internacional.

Construindo do espaço

De materiais lunares lançados em órbita
Gerard O’Neill, observando o problema dos altos custos de lançamento no início dos anos 70, propôs construir os SPS’s em órbita com materiais da Lua. Os custos de lançamento da Lua são potencialmente muito mais baixos que os da Terra, devido à menor gravidade e à falta de arrasto atmosférico. Essa proposta da década de 1970 assumiu o então anunciado custo de lançamento futuro do ônibus espacial da NASA. Essa abordagem exigiria investimentos de capital iniciais substanciais para estabelecer condutores em massa na Lua. No entanto, em 30 de abril de 1979, o Relatório Final (“Utilização de Recursos Lunares para Construção Espacial”) da Divisão Convair da General Dynamics, sob o contrato NAS9-15560 da NASA, concluiu que o uso de recursos lunares seria mais barato do que materiais baseados na Terra. sistema de apenas trinta satélites de energia solar de 10GW de capacidade cada.

Em 1980, quando se tornou óbvio que as estimativas de custo de lançamento da NASA para o ônibus espacial eram bastante otimistas, O’Neill et al. publicou outra rota para a fabricação usando materiais lunares com custos iniciais muito mais baixos. Este conceito SPS dos anos 80 dependia menos da presença humana no espaço e mais de sistemas parcialmente auto-replicantes na superfície lunar sob controle remoto de trabalhadores estacionados na Terra. O alto ganho líquido de energia desta proposta deriva do poço gravitacional muito mais raso da Lua.

Ter uma relativamente barata fonte de matéria-prima por quilo do espaço diminuiria a preocupação com projetos de baixa massa e resultaria em um tipo diferente de SPS sendo construído. O baixo custo por libra de materiais lunares na visão de O’Neill seria apoiado pelo uso de material lunar para fabricar mais instalações em órbita do que apenas satélites de energia solar. Técnicas avançadas para lançamento da Lua podem reduzir o custo de construção de um satélite de energia solar a partir de materiais lunares. Algumas técnicas propostas incluem o driver da massa lunar e o elevador espacial lunar, descrito pela primeira vez por Jerome Pearson. Seria necessário estabelecer instalações de mineração de silício e de fabricação de células solares na Lua.

Na Lua
O físico David Criswell sugere que a Lua é a melhor localização para estações de energia solar e promove a energia solar baseada na lua. A principal vantagem que ele prevê é a construção em grande parte de materiais lunares disponíveis localmente, usando a utilização de recursos in-situ, com uma fábrica móvel teleoperada e guindaste para montar os refletores de microondas e rovers para montar e pavimentar células solares, o que reduziria significativamente os custos de lançamento comparados para projetos SBSP. Os satélites de relé de potência orbitando ao redor da Terra e a Lua refletindo o feixe de microondas também fazem parte do projeto. Um projeto de demonstração de 1 GW começa em US $ 50 bilhões. A Corporação Shimizu usa uma combinação de lasers e micro-ondas para o conceito Luna Ring, junto com os satélites power relay.

De um asteróide
A mineração de asteróides também foi seriamente considerada. Um estudo de projeto da NASA avaliou um veículo de mineração de 10.000 toneladas (a ser montado em órbita) que retornaria um fragmento de asteroides de 500.000 toneladas para a órbita geoestacionária. Apenas cerca de 3.000 toneladas do navio de mineração seriam cargas úteis tradicionais do setor aeroespacial. O restante seria a massa de reação para o motor de acionamento em massa, que poderia ser arranjado para ser os estágios de foguete usados ​​usados ​​para lançar a carga útil. Assumindo que 100% do asteróide retornado foi útil, e que o próprio asteróide não poderia ser reutilizado, isso representa uma redução de quase 95% nos custos de lançamento. No entanto, os verdadeiros méritos de tal método dependeriam de uma minuciosa pesquisa mineral dos asteróides candidatos; Até agora, temos apenas estimativas de sua composição. Uma proposta é capturar o asteróide Apophis em órbita terrestre e convertê-lo em 150 satélites de energia solar de 5 GW cada ou o maior asteróide 1999 AN10 que é 50x o tamanho do Apophis e grande o suficiente para construir 7.500 satélites de energia solar de 5 gigawatts

Configurações não típicas e considerações arquiteturais
O sistema de sistemas de referência típico envolve um número significativo (vários milhares de sistemas de múltiplos gigawatts para atender à totalidade ou a uma parcela significativa dos requisitos de energia da Terra) de satélites individuais no GEO. O projeto típico de referência para o satélite individual está na faixa de 1 a 10 GW e geralmente envolve energia solar fotovoltaica (PV) planar ou concentrada como o coletor / conversão de energia. Os projetos de transmissão mais comuns estão na faixa RF de 1 a 10 GHz (2,45 ou 5,8 GHz), onde há perdas mínimas na atmosfera. Os materiais para os satélites são provenientes e fabricados na Terra e devem ser transportados para a LEO via lançamento de foguete reutilizável, e transportados entre a LEO e a GEO via propulsão química ou elétrica. Em resumo, as opções de arquitetura são:

Localização = GEO
Coleção de energia = PV
Satélite = Estrutura Monolítica
Transmissão = RF
Materiais e Fabricação = Terra
Instalação = RLVs para LEO, Chemical para GEO

Existem várias variantes de design interessantes do sistema de referência:

Local alternativo de coleta de energia: Embora o GEO seja mais típico por causa de suas vantagens de proximidade com a Terra, apontamento e rastreamento simplificados, tempo muito pequeno em ocultação e escalabilidade para atender a toda a demanda global várias vezes, outros locais foram propostos:

Terra do Sol L1: Robert Kennedy III, Ken Roy e David Fields propuseram uma variante do pára-sol L1 chamado “Dyson Dots” onde um coletor primário de multi-terawatts enviaria energia de volta a uma série de satélites LEO sincronizadores do sol. A distância muito maior à Terra requer uma abertura de transmissão correspondentemente maior.
Superfície Lunar: O Dr. David Criswell propôs usar a própria superfície Lunar como meio de coleta, irradiando energia para o solo através de uma série de refletores de micro-ondas no Earth Orbit. A principal vantagem dessa abordagem seria a capacidade de fabricar os coletores solares in situ sem o custo de energia e a complexidade do lançamento. As desvantagens incluem a distância muito maior, exigindo sistemas de transmissão maiores, o “overbuild” necessário para lidar com a noite lunar e a dificuldade de fabricação suficiente e apontando para os satélites refletores.
MEO: Os sistemas MEO foram propostos para infraestruturas de propulsão no espaço e de propulsão de energia de feixe. Por exemplo, veja o artigo de Royce Jones.
Órbitas Altamente Elípticas: As órbitas Molniya, Tundra ou Quazi Zenith foram propostas como locais iniciais para nichos de mercado, exigindo menos energia para acessar e fornecer boa persistência.
Sun-Sync LEO: Nesta Órbita Polar, os satélites se prorrogam a uma velocidade que lhes permite sempre enfrentar o Sol enquanto eles giram ao redor da Terra. Esta é uma órbita de fácil acesso que requer muito menos energia, e sua proximidade com a Terra requer aberturas de transmissão menores (e portanto menos massivas). No entanto, as desvantagens dessa abordagem incluem ter que mudar constantemente as estações de recepção ou armazenar energia para uma transmissão de rajada. Esta órbita já está lotada e tem detritos espaciais significativos.
LEO Equatorial: O SPS 2000 do Japão propôs um primeiro demonstrador em LEO equatorial no qual vários países participantes equatoriais poderiam receber algum poder.
Superfície da Terra: Dr. Narayan Komerath propôs uma rede de energia espacial onde o excesso de energia de uma rede existente ou usina de energia em um lado do planeta pode ser passado para a órbita, através de outro satélite e até receptores.

Coleta de energia: Os projetos mais comuns para os satélites de energia solar incluem energia fotovoltaica. Estes podem ser planares (e geralmente resfriados passivamente), concentrados (e talvez ativamente resfriados). No entanto, existem várias variantes interessantes.

Solar Térmico: Os proponentes do Solar Thermal propuseram o uso de aquecimento concentrado para causar uma mudança de estado em um fluido para extrair energia via maquinário rotativo seguido de resfriamento em radiadores. As vantagens deste método podem incluir a massa global do sistema (disputada), a não degradação devido a danos causados ​​pelo vento solar e a tolerância à radiação. Um projeto recente de satélite de energia solar térmica por Keith Henson foi visualizado aqui.
Laser Bombeado Solar: O Japão buscou um laser com bombeamento solar, onde a luz solar excita diretamente o meio de laser usado para criar o feixe coerente para a Terra.
Decaimento de Fusão: Esta versão de um satélite de energia não é “solar”. Em vez disso, o vácuo do espaço é visto como um “recurso não um bug” para a fusão tradicional. De acordo com o Dr. Paul Werbos, após a fusão, mesmo as partículas neutras decaem em partículas carregadas que, em um volume suficientemente grande, permitiriam a conversão direta em corrente. [Carece de fontes?]
Solar Wind Loop: Também chamado de satélite Dyson – Harrop. Aqui o satélite faz uso não dos fótons do Sol, mas das partículas carregadas no vento solar que, por meio do acoplamento eletromagnético, geram uma corrente em um circuito grande.
Espelhos diretos: Conceitos primordiais para o redirecionamento direto da luz para o planeta Terra sofreram com o problema de que os raios vindos do sol não são paralelos, mas estão se expandindo de um disco e assim o tamanho do ponto na Terra é bem grande. O Dr. Lewis Fraas explorou uma série de espelhos parabólicos para aumentar as matrizes solares existentes.

Arquitetura Alternativa de Satélite: O satélite típico é uma estrutura monolítica composta de uma estrutura estrutural, um ou mais coletores, um ou mais transmissores e, ocasionalmente, refletores primários e secundários. Toda a estrutura pode ser gradiente de gravidade estabilizada. Projetos alternativos incluem:

Enxames de Satélites Menores: Alguns projetos propõem enxames de satélites menores que voam livremente. Este é o caso de vários designs de laser, e parece ser o caso dos Flying Carpets da CALTECH. Para projetos de RF, uma restrição de engenharia é o problema do array esparso.
Componentes Flutuantes Livres: A Solaren propôs uma alternativa à estrutura monolítica em que o refletor primário e o refletor da transmissão estão livres.
Estabilização de rotação: a NASA explorou um conceito de filme fino estabilizado por rotação.
Estrutura estabilizada Photonic Laser Thruster (PLT): Dr. Young Bae propôs que a pressão do fóton pode substituir membros compressivos em grandes estruturas.

Transmissão: O design mais típico para a transmissão de energia é através de uma antena de RF abaixo de 10 GHz para uma retena no solo. Existe controvérsia entre os benefícios de Klystrons, Gyrotrons, Magnetrons e estado sólido. Abordagens de transmissão alternativa incluem:

Laser: Lasers oferecem a vantagem de custo e massa muito menores para a primeira potência, no entanto, há controvérsias em relação aos benefícios da eficiência. Os lasers permitem aberturas de transmissão e recepção muito menores. No entanto, um feixe altamente concentrado tem preocupações com segurança ocular, segurança contra incêndios e armamento. Os proponentes acreditam que eles têm respostas para todas essas preocupações. Uma abordagem baseada em laser também deve encontrar formas alternativas de lidar com a precipitação.
Guia de Ondas Atmosféricas: Alguns propuseram que pode ser possível usar um laser de pulso curto para criar um guia de ondas atmosférico através do qual as microondas concentradas poderiam fluir.
Escalar: Alguns até especularam que pode ser possível transmitir energia através de ondas escalares.
Síntese nuclear: Os aceleradores de partículas baseados no sistema solar interno (seja em órbita ou em um planeta como Mercúrio) poderiam usar a energia solar para sintetizar combustível nuclear a partir de materiais naturais. Enquanto isso seria altamente ineficiente usando a tecnologia atual (em termos da quantidade de energia necessária para fabricar o combustível em comparação com a quantidade de energia contida no combustível) e levantaria questões óbvias de segurança nuclear, a tecnologia básica sobre a qual tal abordagem dependem há décadas, tornando-o possivelmente o meio mais confiável de enviar energia, especialmente em distâncias muito longas – em particular, do sistema solar interno para o sistema solar externo.

Materiais e Manufatura: Projetos típicos utilizam o sistema de manufatura industrial desenvolvido existente na Terra e usam materiais baseados na Terra tanto para o satélite quanto para o propelente. Variantes incluem:

Materiais Lunares: Existem designs para satélites de energia solar que obtêm> 99% dos materiais do regolito lunar com insumos muito pequenos de “vitaminas” de outros locais. Usar materiais da Lua é atraente porque o lançamento da Lua é, em teoria, muito menos complicado do que da Terra. Não há atmosfera e, portanto, os componentes não precisam ser compactados firmemente em uma camada aerossol e sobreviver às cargas de vibração, pressão e temperatura. O lançamento pode ser feito por meio de um acionador de massa magnética e pelo requisito de usar propelente para lançamento inteiramente. Lançamento da Lua O GEO também requer muito menos energia do que a gravidade muito mais profunda da Terra. Construir todos os satélites de energia solar para fornecer toda a energia necessária para todo o planeta requer menos de um milionésimo da massa da Lua.
Auto-replicação na Lua: A NASA explorou uma fábrica auto-reprodutora na Lua em 1980. Mais recentemente, Justin Lewis-Webber propôs um método de manufatura especiada de elementos centrais baseados no projeto John Mankins SPS-Alpha.
Materiais Asteroidais: Acredita-se que alguns asteróides tenham Delta-V ainda mais baixo para recuperar materiais do que a Lua, e alguns materiais de interesse específicos, como os metais, podem ser mais concentrados ou mais fáceis de acessar.
Fabricação In-Space / In-Situ: Com o advento da fabricação aditiva no espaço, conceitos como o SpiderFab podem permitir o lançamento em massa de matérias-primas para extrusão local.

Contra-argumentos

Segurança
O uso de transmissão de energia por micro-ondas tem sido a questão mais controversa ao considerar qualquer projeto de SPS. Na superfície da Terra, um feixe de microondas sugerido teria uma intensidade máxima no seu centro, de 23 mW / cm2 (menos de 1/4 da constante de irradiação solar), e uma intensidade de menos de 1 mW / cm2 fora da linha de retenna ( o perímetro do receptor). Estes são comparados com os atuais limites de exposição no local de trabalho da Lei de Segurança e Saúde Ocupacional dos Estados Unidos (OSHA) para microondas, que são 10 mW / cm2, – o limite sendo expresso em termos voluntários e considerado inexequível para fins de aplicação da OSHA Federal. Um raio dessa intensidade está, portanto, no seu centro, de magnitude similar aos atuais níveis seguros no local de trabalho, mesmo para exposição de longo prazo ou indefinida. Fora do receptor, é muito menos do que os níveis de longo prazo da OSHA. Mais de 95% da energia do feixe cairá sobre a retena. A energia de microondas restante será absorvida e dispersa dentro dos padrões atualmente impostos às emissões de micro-ondas em todo o mundo. É importante para a eficiência do sistema que a maior parte da radiação de microondas seja focada na rectena. Fora da retena, as intensidades de microondas diminuem rapidamente, portanto cidades próximas ou outras atividades humanas devem ser completamente inalteradas.

A exposição ao feixe pode ser minimizada de outras maneiras. No solo, o acesso físico é controlável (por exemplo, através de esgrima) e as aeronaves típicas que voam através do feixe fornecem aos passageiros uma cápsula protetora de metal (ou seja, uma gaiola de Faraday), que interceptará as microondas. Outras aeronaves (balões, ultraleves, etc.) podem evitar a exposição observando os espaços de controle de voo, como é feito atualmente para o espaço aéreo militar e outro controlado. A intensidade do feixe de microondas no nível do solo no centro do feixe seria projetada e fisicamente incorporada ao sistema; simplesmente, o transmissor estaria muito longe e pequeno demais para poder aumentar a intensidade para níveis inseguros, mesmo em princípio.

Além disso, uma restrição de projeto é que o feixe de microondas não deve ser tão intenso a ponto de prejudicar a vida selvagem, particularmente as aves. Experiências com irradiação de microondas deliberada em níveis razoáveis ​​falharam em mostrar efeitos negativos mesmo ao longo de várias gerações. Sugestões foram feitas para localizar retennas no mar, mas isso apresenta sérios problemas, incluindo corrosão, tensões mecânicas e contaminação biológica.

Uma abordagem comumente proposta para garantir o direcionamento de vigas à prova de falhas é usar uma antena / retina de arranjo de fases retrodirecionais. Um feixe de microondas “piloto” emitido do centro da retena no solo estabelece uma frente de fase na antena transmissora. Lá, circuitos em cada subarray da antena comparam a frente de fase do feixe piloto com uma fase interna do clock para controlar a fase do sinal de saída. Isso força o feixe transmitido a ser centrado precisamente na retena e a ter um alto grau de uniformidade de fase; if the pilot beam is lost for any reason (if the transmitting antenna is turned away from the rectenna, for example) the phase control value fails and the microwave power beam is automatically defocused. Such a system would be physically incapable of focusing its power beam anywhere that did not have a pilot beam transmitter. The long-term effects of beaming power through the ionosphere in the form of microwaves has yet to be studied, but nothing has been suggested which might lead to any significant effect.