Solenergi har blivit en central punkt i kampen för att mildra klimatförändringarna. Potentialen för solkraft är enorm – jorden tar emot lika mycket solenergi på en timme som hela mänskligheten använder på ett år. Även med så mycket energi som träffar jorden, det är bara en liten bråkdel av solens totala effekt. En del av den andra solenergin träffar andra planeter, men det mesta är bara förlorat i det djupa rymdens tomrum.

Det finns ett antal grupper som utnyttjar olika tekniker för att fånga upp en del av den förlorade energin. En av de vanligaste teknikerna som eftersträvas är idén om kraftsatelliten. Nyligen, en av dessa grupper vid America's Naval Research Laboratory (NRL) nådde en milstolpe i utvecklingen av kraftsatellitteknologi genom att lansera sin Photovoltaic RF Antenna Module (PRAM) testsatellit.

Idén bakom kraftsatelliter kallas "power beaming". Power-beaming-system använder en av tre ljusfrekvenser för att överföra betydande mängder kraft över ett avstånd trådlöst. Förra året, NRL hade en framgångsrik demonstration av ett landbaserat kraftstrålningssystem med infraröd laser.

Att göra det från rymden innebär dock en helt ny uppsättning utmaningar, och inte nödvändigtvis bara tekniska. Dr Paul Jaffe, den tekniska ledaren för PRAM-projektet, beskrev processen att bli utvald för en omloppsuppskjutning som likvärdig med Shark Tank – många PI:er som presenterade sina idéer för en resa i omloppsbana. Efter flera års försök, PRAM fick äntligen sin tid att lysa på en X-37B-lansering den 17 maj.

PRAM kommer faktiskt inte att lysa, dock - dens yta är täckt av svarta solpaneler, och dess inre består av den första hårdvaran som någonsin lanserats i omloppsbana som omvandlar solenergi till mikrovågor. Själva satelliten är relativt liten (30 cm på en sida), och kommer faktiskt inte att överföra någon kraft tillbaka till jorden. Istället, den kommer att samla in data som kommer att fungera som användbara jämförelsepunkter till ett experiment med ett liknande system som tidigare utförts på jorden.

Det fanns flera mätvärden från det jordbaserade testet som PRAM-teamet hoppades kunna replikera i rymden. Effektiviteten av konvertering från sol till mikrovågsugn var en av de viktigaste faktorerna. Utan tillräckligt hög effektivitet, framtida lanseringar kan bli oöverkomligt dyra för den mängd ström som systemet genererar.

Termisk hantering är en annan extremt viktig mätning som teamet ser fram emot. På jorden, utarbetade kylsystem är relativt enkla att fästa på en värmekälla. Dock, dessa metoder fungerar inte alls lika bra i rymden, vilket kan resultera i värmehanteringsproblem för all kraftelektronik i omloppsbana. Teamet hoppas kunna uppnå liknande termiska hanteringssiffror som de som ses på jorden från deras strålningskylningssystem.

Både effektivitet och termisk hantering går in i beräkningen av den viktigaste parametern för kraftsatellitsystem – effekttäthet. Om kraften är för koncentrerad, systemet kan potentiellt bränna vad det än pekar på. Om det är för lågt, då tas inte tillräckligt med ström emot vid basstationen för att vara användbar för att generera elektricitet.

Basstationsdesign är också en nyckelfaktor för den långsiktiga framgången för kraftsatellitteknologier. Varje frekvensområde skulle kräva en annan typ av basstation. PRAM använder mikrovågor som sin kraftöverföring. Även om de flesta brukar tänka på mikrovågor som en metod för att värma överbliven pizza, signalfrekvenserna för Bluetooth Low Energy och WiFi kan också beaktas i mikrovågsspektrat.

Nivån på belysningen som systemet får har också stor inverkan på uteffekten och värmehanteringen. Detta är en datapunkt som teamet inte kunde samla in på jorden, och de ser fram emot att få data som visar den bästa belysningstiden för framtida uppdrag. I geosynkron bana, en satellit kan vara i solljus 99 % av tiden. Dock, det finns en avvägning mellan tid i solen och värmehantering. PRAM-prototypen lanserades i en orbital konfiguration som gör det möjligt för teamet att beräkna effektivitet, effekttätheter och termiska belastningar av olika belysningsperioder. Teamet kommer sedan att använda dessa datapunkter för att planera den optimala omloppsbanan för ytterligare testuppskjutningar.

Det slutliga resultatet av dessa ytterligare testuppskjutningar skulle vara ett kommersiellt gångbart solsatellitsystem som ger extra kraft till specifika platser på jorden med liten eller ingen extra kostnad när satelliten väl är i omloppsbana. Det finns redan många företag och forskningsenheter som utvecklar versioner av power-beaming-system som med spänning väntar på resultatet av PRAM-testet.

Dr Jaffe noterar att vägen till kommersialisering helt och hållet är baserad på de resurser som tilldelats utvecklingen av en kommersiellt gångbar satellit. Tiden till en kommersiellt gångbar kraftsatellit skulle kunna vara relativt snabb om den förses med betydande belopp av finansiering. Å andra sidan, tekniken kan dö i sin linda om pengarna dras. Det är fortfarande tidiga dagar i utvecklingen av tekniken, och de data som PRAM samlar in är ett nödvändigt steg i urladdningsprocessen som behövs för att kraftsatelliter ska bli kommersiellt gångbara.

Ett annat steg som måste ske för kommersiell lönsamhet är allmänhetens acceptans. När man nämner idéerna med kraftsatelliter för de flesta, deras omedelbara tankar går till Ikaros, det fiktiva solvapnet i James Bond-filmen "Die Another Day". I den filmen, satelliten smälter ett ishotell och visar sin potential att förstöra mycket större delar av världen.

Dr Jaffe är snabb med att påpeka skillnaderna mellan PRAM och Icarus. Icarus är vad som kallas en "riktad energiplattform, "som marinen också arbetar med, men använder annan fysik än kraftstrålningssystemet som utgör PRAM. Han nämner också att det skulle vara exceptionellt svårt att förvandla ett power-beaming-system till ett vapen:"Om du sätter ett förstoringsglas framför din Wi-Fi-router, det börjar inte smälta någonting."

Även om vad forskare än säger kanske inte dämpar all allmänhetens rädsla för ett sådant system, de potentiella fördelarna med att stråla energi kan uppväga dessa farhågor. Det krävs mycket mer arbete innan företag börjar investera i gigantiska rektennagårdar för att samla in den annars bortkastade energin. Men under de närmaste månaderna, NRL hoppas kunna samla in lite data med PRAM som kommer att föra kommersiella kraftstrålningssystem några steg närmare verkligheten.