جهود لنقل الطاقة الشمسية من الفضاء إلى الأرض

[إعلان 1]

ويقوم الباحثون بإجراء تجارب لتوليد الطاقة الشمسية في الفضاء ونقلها لاسلكيا إلى الأرض.

محاكاة للقمر الصناعي CASSIOPeiA للطاقة الشمسية المصمم في بريطانيا. الصورة: سبيس سولار — محاكاة للقمر الصناعي CASSIOPeiA للطاقة الشمسية المصمم في بريطانيا. الصورة: *سبيس سولار*

وقد أمضى علي حاجي ميري، أستاذ الهندسة الكهربائية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك)، عقداً من الزمن في البحث عن طرق لإرسال الخلايا الشمسية إلى الفضاء ونقل الطاقة مرة أخرى إلى الأرض، بحسب شبكة CNN . وفي هذا العام، اتخذ هاجيميري وزملاؤه خطوة أخرى نحو جعل توليد الطاقة الشمسية من الفضاء حقيقة واقعة. في يناير 2023، أطلقوا Maple، وهو نموذج أولي بطول 30 سنتيمترًا مزود بجهاز إرسال مرن وخفيف الوزن للغاية. هدفهم هو جمع الطاقة من الشمس ونقلها لاسلكيًا إلى الفضاء. كانت كمية الكهرباء التي جمعها فريق البحث كافية لإضاءة مصباحين LED.

ومع ذلك، فإن الهدف الأوسع للباحثين هو معرفة ما إذا كان القمر الصناعي مابل قادراً على نقل الطاقة إلى الأرض. وفي مايو 2023، قرر الفريق إجراء تجربة لمعرفة ما سيحدث. وعلى سطح أحد المباني في الحرم الجامعي لمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا بولاية كاليفورنيا، تمكن هاجيميري وعدد من العلماء الآخرين من التقاط إشارة مابل. كانت الطاقة التي اكتشفوها صغيرة جدًا بحيث لا يمكن استخدامها بأي شكل من الأشكال، لكنهم نجحوا في نقل الكهرباء لاسلكيًا من الفضاء.

إن إنتاج الطاقة الشمسية في الفضاء ليس فكرة معقدة للغاية. يمكن للبشر الاستفادة من طاقة الشمس الهائلة في الفضاء. وهذا مصدر متاح باستمرار للكهرباء، ولا يتأثر بالطقس السيئ أو الغطاء السحابي أو وقت الليل أو المواسم. هناك أفكار مختلفة للقيام بذلك، ولكن الطريقة تعمل على النحو التالي. سيتم إطلاق أقمار صناعية تعمل بالطاقة الشمسية بأقطار أطول من 1.6 كيلومتر إلى مدارات عالية الارتفاع. بسبب الحجم الهائل للهياكل، فهي تتكون من مئات الآلاف من الوحدات الأصغر حجماً المنتجة بكميات كبيرة، مثل قطع الليغو، والتي يتم تجميعها في الفضاء بواسطة آلات روبوتية آلية.

وستقوم الألواح الشمسية الموجودة على القمر الصناعي بجمع الطاقة الشمسية وتحويلها إلى موجات مايكروويف وإرسالها لاسلكيا إلى الأرض عبر جهاز إرسال إشارة كبير جدا، والذي يمكن إرساله إلى مكان محدد على الأرض بدقة عالية. يمكن للموجات الدقيقة أن تمر بسهولة عبر السحب والطقس السيئ، لتصل إلى هوائي الاستقبال على الأرض. يتم بعد ذلك تحويل الموجات الدقيقة إلى كهرباء وتغذيتها إلى الشبكة.

يبلغ قطر هوائي الاستقبال حوالي 6 كم ويمكن بناؤه على الأرض أو في البحر. وبما أن هذه الهياكل الشبكية شفافة تقريبًا، فمن الممكن استخدام الأرض الموجودة تحتها لإنشاء الألواح الشمسية أو المزارع أو استخدامات أخرى. يمكن أن يوفر قمر صناعي يعمل بالطاقة الشمسية في الفضاء 2 جيجاوات من الكهرباء، وهو ما يعادل محطتين للطاقة النووية متوسطة الحجم في الولايات المتحدة.

إن العائق الرئيسي أمام هذه التكنولوجيا هو التكلفة العالية لوضع محطات الطاقة في المدار. وعلى مدى العقد الماضي، بدأ هذا الأمر يتغير مع قيام شركات مثل سبيس إكس وبلو أوريجين بتطوير صواريخ قابلة لإعادة الاستخدام. وتبلغ تكاليف الإطلاق اليوم نحو 1500 دولار للكيلوغرام، أي أقل بنحو 30 مرة من تكاليف الإطلاق خلال عصر المكوك الفضائي في أوائل ثمانينيات القرن العشرين.

ويقول أنصار الفكرة إن توليد الطاقة الشمسية في الفضاء يمكن أن يوفر مصدرا للطاقة للدول المتقدمة التي لديها احتياجات ضخمة من الطاقة ولكنها تفتقر إلى البنية الأساسية. يمكن أن يخدم هذا المصدر للطاقة أيضًا العديد من المدن والقرى النائية في القطب الشمالي التي تغرق في ظلام دامس لعدة أشهر كل عام، ودعم المجتمعات التي تفقد الطاقة بسبب الكوارث الطبيعية أو الصراعات.

ورغم أن الطريق لا يزال طويلاً بين المفهوم والتسويق، فإن الحكومات والشركات في جميع أنحاء العالم تعتقد أن الطاقة الشمسية الفضائية يمكن أن تلبي الطلب المتزايد على الكهرباء النظيفة وتساعد في معالجة أزمة المناخ. في الولايات المتحدة، يخطط مختبر أبحاث القوات الجوية لإطلاق مركبة اختبار صغيرة تسمى أراكني في عام 2025. كما أطلق مختبر أبحاث البحرية الأمريكية وحدة في مايو 2020 على مركبة اختبار مدارية لاختبار أجهزة توليد الطاقة الشمسية في ظروف الفضاء. تهدف أكاديمية الصين لتكنولوجيا الفضاء إلى إطلاق قمر صناعي يعمل بالبطارية الشمسية إلى مدار منخفض في عام 2028 ومدار مرتفع في عام 2030.

وأجرت الحكومة البريطانية دراسة مستقلة وخلصت إلى أن توليد الطاقة الشمسية في الفضاء ممكن من الناحية التقنية مع تصاميم مثل CASSIOPeiA، وهو قمر صناعي يبلغ طوله 1.7 كيلومتر ويمكنه توفير 2 جيجاواط من الكهرباء. كما قام الاتحاد الأوروبي بتطوير برنامج سولاريس لتحديد الجدوى الفنية للطاقة الشمسية في الفضاء.

وفي كاليفورنيا، أمضى هاجيميري وزملاؤه الأشهر الستة الماضية في اختبار النماذج الأولية لجمع البيانات اللازمة للتصميمات من الجيل التالي. الهدف النهائي لحاجيميري هو الحصول على سلسلة من الأشرعة الخفيفة والمرنة التي يمكن نقلها وإطلاقها ونشرها في الفضاء مع مليارات الأجزاء التي تعمل في مزامنة مثالية لتوصيل الطاقة حيثما تكون هناك حاجة إليها.

آن كانج (وفقًا لشبكة CNN )

[إعلان 2]
رابط المصدر