الولايات المتحدة تنجح في اختبار الطاقة الشمسية الفضائية

[إعلان 1]

نجح قمر صناعي مداري في اختبار جدوى تقنية جمع ونقل الطاقة الشمسية إلى الأرض في إتمام مهمة استمرت لمدة عام بنجاح.

محاكاة قمر صناعي تجريبي للطاقة الشمسية الفضائية في مدار منخفض. الصورة: معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا — محاكاة قمر صناعي تجريبي للطاقة الشمسية الفضائية في مدار منخفض. الصورة: *معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا*

وبحسب ملخص المهمة الذي أعلنه معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك) في 16 يناير/كانون الثاني، قام المهندسون وراء مشروع Solar Space Power Demonstrator (SSPD-1) بتقييم جميع الأجهزة الثلاثة الموضوعة على النموذج الأولي للقمر الصناعي الذي يبلغ وزنه 50 كجم على أنها تعمل بنجاح، ويعتقدون أن المشروع "سيفتح مستقبل الطاقة الشمسية في الفضاء"، وفقًا لمجلة Popular Science .

سيتم إطلاق SSPD-1 على صاروخ SpaceX Falcon 9 في أوائل يناير 2023، وسيقوم بإجراء ثلاث تجارب. أولاً، تدرس تجربة المواد المركبة خفيفة الوزن والقابلة للنشر في المدار (DOLCE) متانة وكفاءة هياكل الخلايا الشمسية خفيفة الوزن المستوحاة من فن الأوريجامي. وفي الوقت نفسه، اختبرت تجربة ALBA 32 تصميمًا للألواح الشمسية لتحديد التصميم الأفضل للمساحة. وفي الوقت نفسه، اختبرت تجربة مجموعة الموجات الدقيقة لنقل الطاقة في المدار المنخفض (MAPLE) جهاز إرسال الموجات الدقيقة لنقل الطاقة الشمسية التي تم جمعها في المدار مرة أخرى إلى الأرض.

والأهم من ذلك، أثبت مشروع MAPLE لأول مرة أنه من الممكن جمع الطاقة الشمسية باستخدام الخلايا الكهروضوئية ونقلها مرة أخرى إلى الأرض عبر أشعة الميكروويف. على مدى ثمانية أشهر، قام أعضاء فريق SSPD-1 عمدًا بزيادة اختبارات الضغط على MAPLE، مما أدى إلى انخفاض قدرات نقل الطاقة. وبعد ذلك قام الفريق بمحاكاة المشكلة في المختبر، وتوصل إلى أن السبب يكمن في التفاعلات الكهربائية الحرارية المعقدة وضعف المكونات الفردية في المجموعة.

وقال علي هاجيميري، المدير المشارك لمشروع الطاقة الشمسية الفضائية التابع لمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وأستاذ الهندسة الكهربائية والطبية، إن النتائج تساعد في تحسين تصميم العديد من مكونات MAPLE لتحقيق أقصى قدر من الأداء على المدى الطويل.

تبلغ تكلفة إنتاج الخلايا الشمسية المستخدمة في الأقمار الصناعية والعديد من تقنيات الفضاء الأخرى اليوم أكثر من 10 مرات من تكلفة إنتاج الأجهزة المستخدمة على الأرض. يوضح معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا أن السبب في ذلك يرجع إلى حد كبير إلى تكلفة إضافة فيلم بلوري واقٍ يسمى نمو الشد السطحي. وباستخدام ALMA، حدد الباحثون أنه على الرغم من أن الخلايا الشمسية البيروفسكايتية هي تصميم واعد على الأرض، إلا أنها تعاني من فجوات كبيرة في الأداء في الفضاء. وفي الوقت نفسه، تعمل بطاريات زرنيخيد الغاليوم بشكل مستقر لفترات طويلة من الزمن، دون الحاجة إلى طبقات فيلم إضافية.

بالنسبة لـ DOLCE، يعترف الفريق بأن كل شيء لم يسير وفقًا للخطة. على الرغم من أن الخطة الأولية كانت الانتشار لمدة 3-4 أيام، واجهت شركة DOLCE العديد من المشاكل الفنية مثل الأسلاك الكهربائية المعيبة والأجزاء الميكانيكية. لكن الباحثين سعىوا إلى حل المشكلة باستخدام كاميرات الأقمار الصناعية لمحاكاة الخلل في المختبر.

ولكن حتى لو انتهى الأمر بنجاح SSPD-1، فسوف يستغرق الأمر سنوات عديدة قبل أن يصبح من الممكن تسخير الطاقة الشمسية بكفاءة وبتكلفة معقولة بواسطة الأقمار الصناعية. أشارت التقديرات السابقة إلى أن تكلفة الطاقة الشمسية الفضائية ستتراوح بين 1 إلى 2 دولار/كيلوواط/ساعة، في حين أن التكاليف الحالية في الولايات المتحدة أقل من 0.17 دولار/كيلوواط/ساعة. إن تكلفة المواد تحتاج إلى خفض كبير، ولكن يجب أن تظل قوية بما يكفي لتحمل الإشعاع الشمسي والنشاط الجيومغناطيسي في الفضاء.

هناك العديد من القضايا الأخرى التي تحتاج إلى معالجة قبل أن تتمكن الطاقة الشمسية الفضائية من المساهمة في البنية التحتية للطاقة المستدامة للبشرية. إن كمية الكهرباء التي ينقلها SSPD-1 عبر أشعة الميكروويف صغيرة مقارنة بالاحتياجات اليومية، وستحتاج الخلية الشمسية في الفضاء إلى أن يبلغ عرضها آلاف الأمتار. إن مسألة السلامة المتعلقة بنقل الموجات الدقيقة والليزر القوية إلى الأرض تستحق النظر أيضاً. ويعمل فريق SSPP على حل جميع المشاكل قبل أن يصبح إنشاء مزرعة الطاقة الشمسية المدارية ممكناً حقاً.

آن كانج (وفقًا لـ Popsci )

[إعلان 2]
رابط المصدر