ENGINEERINGNET.BE - Het in 2025 in Luxemburg opgerichte bedrijf begint niet met satellieten naar boven te jagen. Veeleer gaat het eerst voor de commercialisatie van radiofrequënte, draadloze energietransmissie (stroomvoorziening) voor industriële toepassingen.
Het wil stap voor stap aantonen dat zijn technologie veilig en efficiënt kan en ook aan de regelgeving beantwoordt vooraleer een megaproject te worden en naar de ruimte te schalen. Dat is een fundament van de bedrijfsstrategie. Ondertussen bereidt het een demonstrator voor om dan pas in 2028 de ruimte in te trekken.
Medeoprichters zijn software-ondernemer en CEO Jasper Deprez (Gent/Barcelona), COO Matthias Laug (Berlijn) en CTO Sanjay Vijendran (Cambridge/Londen), die eerder verantwoordelijk was o.a. voor het Solaris-programma van ESA (European Space Agency) en betrokken bij de Mars Sample Return Missie. In de lente haalde TerraSpark €5.4M pre-seedkapitaal op. Investeerders zijn venture capital Daphni (Parijs), Sake Bosch, de angel investeerdersalliantie better ventures, de Hans(wo)men Group, het Luxembourg Business Angel Network en Karaoke Club (Nino Subotic en Melinda Elmborg).
LEO-baantjes trekken
Zoals Sanjay Vijendran, CTO van TerraSpark, het voor ogen heeft, loopt de satelliet met zonnecellen LEO-baantjes -tussen de 500 en 2.000 km hoog. Op wat meer dan anderhalf uur doet de satelliet dan een rondje rond de aarde. Zit de satelliet in een equatoriale baan dan heeft die welgeteld acht minuten om de opgerakelde zonne-energie naar een rectenna op de grond te sturen. Zo kan een constellatie van satellieten, die elkaar stipt als een trein op dezelfde baan volgen, vrijwel ononderbroken zonne-energie naar dat punt op de grond sturen. Denk aan een afgelegen eiland zonder el-infrastructuur, off-grid mining,… De ruimte-energie kan er dieselturbines vervangen, bijvoorbeeld. Het verkoopargument: “Zo kan je op bepaalde plaatsen in de wereld -denk: in de buurt van de evenaar- op infrastructuur besparen.”
Zo’n constellatie wordt economisch leefbaar als ze minstens 7 sites kan bedienen tegen 0,3 à 0,5€/kWh. Premiumklanten betalen vandaag al tot 1,2 €/kWh. In een eerste fase zijn dat dan ook de soort klanten die TerraSpark wil bedienen.
“Een lage aardbaan -LEO- is niet de optimale optie op de langetermijn. Dat is het wel om te bewijzen dat de technologie werkt.” Van sub-megawatt moet het naar honderden megawatt en vervolgens gigawatt als er doorgeschoven wordt naar midden -MEO- en geosynchrone banen. Tegelijk wordt de technologie dan een heel pak groter. Zowel de transmissie-apparatuur als de PV-panelen. Maar dat alles is voor ‘later’.
Sub-10 GHz transmissie
“We mikken op een transmissiefrequentie van minder dan 10 GHz om de energie naar de aarde te sturen.” Net zoals de keuze van de baan is dat eveneens een trade-off, een compromis. Een lagere frequentie -zoals 2,4 GHz (microgolf, WiFi,…)- wordt overdag in de D-laag (tussen 60 en 90 km hoog) bijna volledig geabsorbeerd door botsingen met de zonbeschenen gasmoleculen in de atmosfeer. Een hogere frequentie bij een lager vermogen (<250 W/m2) verliest daar veel minder energie. Een hogere frequentie vergt een andere antennetechnologie, die het voordeel heeft dat de antenne zelf een pak kleiner kan.
Het signaal kent een bepaalde absorptie in de atmosfeer. Bij open weer rekent Vijendran op zo’n 95% efficiëntie. Wolken/regen tussen zender en ontvanger verzwakken het signaal. Bij een extreme tropische regenstorm kan het signaal tot 35% van zijn kracht verliezen. “De efficiëntie van het signaal is dus sterk afhankelijk van waar ter wereld de energie wordt doorgestuurd. Zelfs als er 80% minder doorkomt, dan nog vang je op de grond 20% van ‘veel' energie op.”
Aanvankelijk zal TerraSpark één enkele straal tegelijk naar een rectenna sturen. Natuurlijk is het ook denkbaar om energiestralen van meerdere satellieten tegelijk naar eenzelfde plek te sturen. De grondinstallatie moet dan wel geconfigureerd zijn om die hogere energie-dichtheden op te vangen en te verwerken. De rectenna kan uiteraard verbonden zijn met een buffer/batterij die de opgevangen energie bijhoudt en naargelang de vraag geleidelijk afgeeft.
Rectenna
“Uiteindelijk willen we de gebruiker megawatts kunnen leveren.” De oogstsatelliet zal een zonnepaneel van 200 m uitvouwen. Zonnepanelen halen in de ruimte een grotere vermogendichtheid dan op de grond. “Een zonnepaneel, dat in de ruimte 24/7 zon vangt, haalt op een jaar 13 keer meer energie op dan een zonnepaneel op de grond in Nederland”, rekent Vijendran.
De boordtransmitter moet een rectenna op de grond met een diameter van 600 m bestralen. De straal moet in de vlucht ‘gericht’ kunnen worden. Met een rectenna die slechts 8 minuten in beeld is, moet de straal kunnen evolueren onder een hoek van +60° tot -60°. Met meerdere klantensites op één baan betekent het dat ook de satelliet zelf ‘snel’ moet kunnen maneuvreren.
“We moeten nog beslissen voor welk controleconcept we gaan.” Wordt het ‘solar sailing’ of iets anders? Er spelen heel wat krachten. Er is de stralingsdruk van de zon. De megawatt-straal zelf zet ook tegendruk op de satelliet. De satelliet moet ook mogelijke ruimtebotsingen kunnen voorkomen… Er wordt gedacht aan zowel een chemische als een elektrische voortstuwing. Door een gas (bv. xenon) te ioniseren en de geladen ionen met sterke elektrische en magnetische velden met grote snelheid de ruimte in te schieten, kan de satelliet de andere zin opgeduwd worden.
Maar eerst wil het bedrijf zijn technologie op de grond bewijzen vooraleer het de ruimte induikt. “Een van de grootste uitdagingen is de regelgeving”, stelt Vijendran. “Daar heb je immers niet met technologie maar met mensen te maken.” De regelgever wil men dan ook van bij de start in het proces betrekken en aan zijn kant houden. “Pas daarna kunnen we naar klanten elders in de wereld stappen met satellieten op andere banen. En onze constellaties opschalen.”
Wat als…
De MW-radiostraal van één enkele energie-oogstersatelliet van TerraSpark zou op de grond een temperatuurverhoging van een kwart graad Celsius kunnen neerzetten. Wat als een bij of een vogel door de straal vliegt? Biologisch is er vrijwel niks aan de hand. Of een vliegtuig? Ook die absorbeert die energie zonder problemen.
Maar wat als… heel veel satellieten tegelijkertijd hun energie op één en dezelfde plek afsturen? Als een gecoördineerde zwerm. Dan zou de temperatuur wél snel kunnen stijgen. Potentieel wordt de technologie dan ‘dual use’… Om zo’n scenario te realiseren zouden heel veel satellieten heel dicht bij elkaar in een(zelfde) baan gelanceerd moeten worden om één en dezelfde plek te bestralen.
“Dat is op geen enkel ogenblik de bedoeling en ook technisch zorgen we voor een puur civiele design met alle cyberbeveiliging die daarbij noodzakelijk is”, zegt Sanjay Vijendran, CTO van TerraSpark Energy. In dit scenario snellen de satellieten, de ene achter de andere, om gedurende een heel korte tijd RF-signalen naar de rectenna te sturen tot ze uit het ‘zicht’ verdwijnen en door de volgende afgelost worden. “Wij willen ook zeker onder de schadelijke grenzen blijven”, zegt Vijendran, die wijst op de impact die een ‘stack up’ van stralen op de ionosfeer zou kunnen hebben.
Getallen
TerraSpark beoogt een LEO-satelliet van 70 ton die uitgevouwen 200 m meet, goed voor meer dan 31.000 m2 aan zonnepanelen. Zijn transmissiestraal kan op de grond 0,5 km tot 5 km breed zijn. Afhankelijk van de doorgestuurde energie kan die straal In het centrum pieken naar 250 W/m2. De kracht neemt snel af naar de rand toe. De rectenna op de grond heeft een straal van 300 m (0,07 km2). Terraspark kijkt naar GaN-technologie voor het omzetten van de RF naar DC-energie. Een stevige batterij op de grond moet pieken en dalen uitvlakken. Het bedrijf mikt op het gegarandeerd kunnen leveren van 4 MW tegen een prijs van minder dan €300/MWh.
Mensen zullen geen toegang hebben tot de rectenna. De ICNIRP (international Commission on Non-Ionizing Radiations) houdt de blootstellingsgrenzen beperkt tot 50 W/m2 (beroepsmatig) en 10 W/m2 (voor consumenten). Het maximale uitgangsvermogen van GSM’s bijvoorbeeld, ligt doorgaans tussen 0,1 en 2 Watt (piekvermogen). Een wifi-netwerk: 0,02 tot 0,1 Watt.
