Nhóm nghiên cứu tại Đại học Xidian (Tây An) vừa đạt được bước tiến lớn trong lĩnh vực truyền tải điện không dây: họ đã truyền thành công công suất 1180 W trên khoảng cách hơn 100 mét bằng chùm tia vi sóng trong các cuộc thử nghiệm mặt đất thuộc dự án "Zhuri" (Truy đuổi Mặt trời). Trong đó, hiệu suất truyền dẫn của chuỗi "điện một chiều sang điện một chiều" đạt 20,8%, và tỷ lệ thu nhận chùm tia đạt tới 88% — những con số cho thấy sự tiến bộ vượt bậc về mặt công nghệ.
Điểm làm nên sự khác biệt của cuộc thử nghiệm này chính là sự chuyển đổi từ truyền dẫn cố định vào một mục tiêu sang hệ thống động có khả năng cấp nguồn đồng thời cho nhiều vật thể di động. Đây là yếu tố sống còn cho các ứng dụng thực tế, bởi vệ tinh và các thiết bị mặt đất luôn thay đổi vị trí liên tục. Trong một bài kiểm tra riêng biệt, một chiếc flycam bay với vận tốc 30 km/h ở khoảng cách 30 mét đã nhận được mức năng lượng ổn định 143 W — minh chứng cho việc hệ thống có thể duy trì độ chính xác của chùm tia ngay cả khi mục tiêu di chuyển. Hệ thống bao gồm một gương phản chiếu 4,8 mét đặt trên tháp cao 75 mét, các tấm pin mặt trời, bộ chuyển đổi vi sóng và ăng-ten thu chỉnh lưu (rectenna) do nhóm của Giáo sư Duan Baoyan thuộc Học viện Kỹ thuật Trung Quốc phát triển.
Để so sánh: vào năm 2022, khi hệ thống xác thực toàn trình đầu tiên trên thế giới (từ tập trung ánh sáng mặt trời đến khôi phục điện năng tại bộ thu) được hoàn thành, hiệu suất chỉ đạt 15,05%. Việc hiệu suất tăng thêm một phần ba sau bốn năm nghiên cứu cho thấy tốc độ tiến bộ khoa học đang được đẩy nhanh — dù chặng đường đưa công nghệ này lên quỹ đạo vẫn còn rất dài.
Để hình dung quy mô của thách thức: khoảng cách tới quỹ đạo địa tĩnh ở độ cao 36.000 km lớn gấp hàng triệu lần so với 100 mét trong phòng thí nghiệm. Các nhà khoa học sẽ cần mở rộng kích thước ăng-ten thu và phát lên hàng chục, thậm chí hàng trăm mét, đảm bảo việc điều hướng chùm tia chính xác xuyên qua bầu khí quyển nhiễu động trên quãng đường hàng ngàn cây số, đồng thời nâng cao hiệu suất tổng thể và giải quyết các vấn đề về độ tin cậy, tuổi thọ trong môi trường vũ trụ. Hiện tại, chi phí và thời gian triển khai trạm quỹ đạo vẫn chưa được xác định cụ thể, mặc dù Trung Quốc đã đặt mục tiêu thực hiện các thử nghiệm quy mô megawatt đầu tiên trong không gian vào năm 2030.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống nghe có vẻ đơn giản nhưng lại cực kỳ phức tạp khi thực hiện. Các gương sẽ tập trung ánh sáng mặt trời vào các tấm pin silicon để tạo ra dòng điện một chiều; sau đó, các bộ chuyển đổi trạng thái rắn sẽ biến dòng điện này thành sóng vi sóng dải tần centimet, được hội tụ thành chùm tia hẹp và hướng về phía bộ thu. Tại đầu thu, một ăng-ten chỉnh lưu đặc biệt sẽ chuyển đổi sóng vô tuyến ngược lại thành điện năng. Vi sóng được chọn vì chúng có khả năng xuyên qua bầu khí quyển Trái đất với tổn thất ít hơn so với tia hồng ngoại hay ánh sáng khả kiến, một yếu tố then chốt để truyền năng lượng từ vũ trụ về mặt đất.
Dự án dựa trên cấu trúc OMEGA do nhóm của Giáo sư Duan Baoyan đề xuất từ năm 2014. Kiến trúc này sử dụng các nguyên lý hội tụ ánh sáng mặt trời dạng cầu và thiết kế mô-đun — cho phép các bộ phận có thể được lắp ráp trong không gian giống như trò chơi xếp hình. Phiên bản OMEGA phân tán được phát triển những năm gần đây đã giải quyết vấn đề mở rộng quy mô và giúp tránh được lỗi hệ thống tại một điểm duy nhất (single point of failure) trong cấu trúc trên quỹ đạo.
Thành tựu này khẳng định sự tiến bộ thực sự trong việc xác thực các thành phần riêng lẻ dưới mặt đất, nhưng không đồng nghĩa với việc trạm năng lượng quỹ đạo thương mại đã ở ngay trước mắt. Những thách thức kỹ thuật cốt lõi như tăng quy mô ăng-ten lên hàng trăm lần, điều khiển chùm tia qua khí quyển ở khoảng cách cực xa, nâng cao hiệu suất toàn hệ thống và đảm bảo độ bền trong không gian vẫn chưa có lời giải hoàn chỉnh. So với các thử nghiệm năm 2022, sự cải thiện về năng lượng là rất đáng kể, nhưng đây mới chỉ là một chặng trong hành trình dài hơi. Việc gia tăng hiệu suất ở khoảng cách 100 mét cho thấy quá trình tinh chỉnh từng mắt xích trong chuỗi đang tiến triển tốt, nhưng để tích hợp chúng thành một hệ thống quỹ đạo thống nhất sẽ đòi hỏi những đột phá kỹ thuật mà hiện nay chưa thể dự đoán trước được.
