Een onderzoeksteam van de Xidian Universiteit in Xi'an heeft een belangrijke mijlpaal bereikt in de draadloze overdracht van elektriciteit door met succes 1180 watt aan vermogen over een afstand van meer dan 100 meter te sturen via een microgolfstraal. Tijdens grondtests van het project 'Zhuri' (het 'najagen van de zon') behaalden zij een efficiëntie van 20,8 procent in de gelijkstroom-naar-gelijkstroomketen, terwijl de opvangratio van de straal de 88 procent aantikte – cijfers die getuigen van een aanzienlijke technologische vooruitgang.
Wat deze tests uniek maakt, is de overgang van een vaste verbinding met één doelwit naar een dynamisch systeem dat meerdere bewegende objecten tegelijkertijd van stroom kan voorzien. Dit is cruciaal voor praktische toepassingen, aangezien zowel satellieten als voertuigen op de grond voortdurend van positie veranderen. In een afzonderlijke proef ontving een drone, die met een snelheid van 30 km/u op een afstand van 30 meter vloog, een stabiele 143 watt, wat aantoont dat het systeem de straal zelfs bij beweging nauwkeurig kan richten. De installatie omvat een spiegel van 4,8 meter op een 75 meter hoge toren, zonnepanelen, een microgolfconvertor en een ontvangende rectificerende antenne, ontwikkeld onder leiding van Duan Baoyan van de Chinese Academie voor Ingenieurswetenschappen.
Ter vergelijking: in 2022, toen de eerste volledige verificatieketen ter wereld werd voltooid (van de concentratie van zonlicht tot het herstel van elektriciteit bij de ontvanger), bedroeg de efficiëntie slechts 15,05 procent. De stijging van de efficiëntie met een derde in vier jaar tijd wijst op een versnelde wetenschappelijke vooruitgang, hoewel de weg naar een operationele baan om de aarde nog enorm lang is.
Om de omvang van deze opgave te begrijpen: de afstand tot een geostationaire baan op 36.000 kilometer hoogte is miljoenen malen groter dan de 100 meter in de laboratoriumtest. Het vereist de opschaling van zend- en ontvangstantennes tot tientallen of honderden meters, een uiterst nauwkeurige straalgeleiding door een turbulente atmosfeer over duizenden kilometers, en een significante verbetering van de algehele systeemefficiëntie en betrouwbaarheid in de ruimte. Hoewel de kosten en termijnen voor de inzet van een ruimtestation nog onduidelijk zijn, heeft China het jaar 2030 officieel aangewezen voor de eerste tests in de ruimte op megawatt-schaal.
Het werkingsprincipe van het systeem klinkt eenvoudig, maar is complex in de uitvoering. Spiegels concentreren het zonlicht op siliciumpanelen die gelijkstroom opwekken, waarna solid-state convertoren dit omzetten in microgolven in het centimeterbereik die in een smalle straal op de ontvanger worden gericht. Aan de ontvangstkant zet een speciale 'rectenna' de radiogolven weer om in elektriciteit. De keuze voor microgolven is weloverwogen: ze dringen met minder verlies door de aardatmosfeer heen dan infraroodstraling of zichtbaar licht, wat essentieel is voor energietransmissie van de ruimte naar de aarde.
Het project is gebaseerd op de OMEGA-architectuur, die in 2014 werd voorgesteld door het team van Duan Baoyan. Deze architectuur maakt gebruik van sferische principes voor zonlichtconcentratie en een modulair ontwerp, waardoor componenten in de ruimte als een bouwpakket in elkaar kunnen worden gezet. Een gedistribueerde versie van OMEGA, die de afgelopen jaren is ontwikkeld, lost schaalbaarheidsproblemen op en voorkomt dat een enkel defect het hele orbitale systeem platlegt.
Deze mijlpaal bevestigt de werkelijke vooruitgang in de grondverificatie van individuele componenten, maar betekent niet dat een commercieel ruimtestation nabij is. De grootste technische uitdagingen – zoals het honderdvoudig vergroten van antennes, de straalcontrole door de atmosfeer over gigantische afstanden en het verhogen van de totale efficiëntie – blijven onopgelost. Vergeleken met de grondtests uit 2022 is de verbetering in energieoverdracht opmerkelijk, maar het is slechts één stap in een langdurig proces. Hoewel de specifieke efficiëntiewinst over honderd meter aantoont dat de ontwikkeling van afzonderlijke schakels vordert, zal de integratie ervan in een verenigd orbitaal systeem technische doorbraken vereisen die momenteel nog niet te voorspellen zijn.
