الجهود المبذولة لنقل الطاقة الشمسية من الفضاء إلى الأرض

[إعلان_1]

يجري الباحثون تجارب تهدف إلى توليد الطاقة الشمسية في الفضاء ونقلها لاسلكياً إلى الأرض.

محاكاة لقمر كاسيوبيا الصناعي لتوليد الطاقة الشمسية، المصمم بريطانياً. الصورة: سبيس سولار — محاكاة لقمر كاسيوبيا الصناعي لتوليد الطاقة الشمسية، المصمم بريطانياً. الصورة: *سبيس سولار*

أمضى علي حاجيميري، أستاذ الهندسة الكهربائية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك)، عقدًا من الزمن في البحث عن طرق لإطلاق الخلايا الشمسية إلى الفضاء ونقل الطاقة إلى الأرض، وفقًا لشبكة CNN . هذا العام، خطا حاجيميري وزملاؤه خطوة أخرى نحو تحقيق توليد الطاقة الشمسية في الفضاء. ففي يناير 2023، أطلقوا "مابل"، وهو نموذج أولي بطول 30 سنتيمترًا مزود بجهاز إرسال مرن وخفيف الوزن للغاية. هدفهم هو جمع الطاقة من الشمس ونقلها لاسلكيًا في الفضاء. تكفي كمية الكهرباء التي جمعها الفريق لإضاءة مصباحين من نوع LED.

لكن الهدف الأوسع للباحثين كان معرفة ما إذا كان بإمكان القمر الصناعي "مابل" بث الطاقة إلى الأرض. في مايو 2023، قرر الفريق إجراء تجربة لمعرفة النتائج. على سطح مبنى في حرم معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك) في باسادينا، كاليفورنيا، تمكن حاجي ميري وعدد من العلماء الآخرين من التقاط إشارة "مابل". كانت الطاقة التي رصدوها ضئيلة للغاية بحيث لا يمكن استخدامها، لكنهم نجحوا في نقل الكهرباء لاسلكيًا من الفضاء.

إنتاج الطاقة الشمسية في الفضاء ليس فكرة معقدة. بإمكان البشر تسخير طاقة الشمس الهائلة في الفضاء. فهي مصدر كهرباء متوفر باستمرار، لا يتأثر بسوء الأحوال الجوية أو الغيوم أو وقت الليل أو الفصول. توجد العديد من الأفكار المختلفة لتحقيق ذلك، لكن الطريقة المتبعة هي كالتالي: تُطلق أقمار صناعية تعمل بالطاقة الشمسية، يزيد قطرها عن 1.6 كيلومتر، إلى مدارات عالية الارتفاع. ونظرًا لضخامة هيكلها، فهي تتكون من مئات الآلاف من الوحدات الصغيرة المنتجة بكميات كبيرة، مثل مكعبات الليغو، والتي تُجمّع في الفضاء بواسطة روبوتات ذاتية التشغيل.

ستقوم الألواح الشمسية للقمر الصناعي بتجميع الطاقة الشمسية، وتحويلها إلى موجات ميكروية، ونقلها لاسلكيًا إلى الأرض عبر جهاز إرسال إشارة ضخم، قادر على توجيه الإشارة بدقة عالية إلى موقع محدد على سطح الأرض. تستطيع الموجات الميكروية اختراق الغيوم والظروف الجوية السيئة بسهولة، متجهةً إلى هوائي الاستقبال على الأرض. بعد ذلك، تُحوّل الموجات الميكروية مرة أخرى إلى كهرباء وتُغذّى بها شبكة الكهرباء.

يبلغ قطر هوائيات الاستقبال حوالي 6 كيلومترات، ويمكن بناؤها على اليابسة أو في البحر. ولأن هيكل الشبكة شبه شفاف، يمكن استخدام الأرض تحته لتركيب ألواح الطاقة الشمسية، أو إنشاء مزارع، أو ممارسة أنشطة أخرى. يستطيع قمر صناعي واحد لحصاد الطاقة الشمسية في الفضاء توفير 2 جيجاوات من الكهرباء، أي ما يعادل محطتين نوويتين متوسطتي الحجم في الولايات المتحدة.

كان العائق الأكبر أمام هذه التقنية هو التكلفة الباهظة لوضع محطات الطاقة في المدار. لكن هذا الوضع بدأ يتغير خلال العقد الماضي مع بدء شركات مثل سبيس إكس وبلو أوريجين بتطوير صواريخ قابلة لإعادة الاستخدام. تبلغ تكلفة الإطلاق الآن حوالي 1500 دولار أمريكي للكيلوغرام الواحد، أي أقل بنحو 30 مرة من تكلفة إطلاق مكوك الفضاء في أوائل ثمانينيات القرن الماضي.

يقول مؤيدو الفكرة إن الطاقة الشمسية الفضائية قادرة على توفير الطاقة للدول المتقدمة التي تعاني من احتياجات هائلة من الطاقة ولكنها تفتقر إلى البنية التحتية اللازمة. كما يمكنها أن تخدم العديد من المدن والقرى النائية في القطب الشمالي التي تعيش في ظلام دامس لأشهر كل عام، وأن تساعد المجتمعات التي تنقطع عنها الكهرباء بسبب الكوارث الطبيعية أو النزاعات.

رغم أن الطريق لا يزال طويلاً بين مرحلة الفكرة ومرحلة التسويق، إلا أن الحكومات والشركات حول العالم تؤمن بأن الطاقة الشمسية الفضائية قادرة على تلبية الطلب المتزايد على الكهرباء النظيفة والمساهمة في مواجهة أزمة المناخ. في الولايات المتحدة، يخطط مختبر أبحاث القوات الجوية لإطلاق مركبة تجريبية صغيرة تُدعى "أراخني" عام 2025. كما أطلق مختبر الأبحاث البحرية الأمريكي وحدةً في مايو 2020 على متن مركبة اختبار مدارية لاختبار أجهزة توليد الطاقة الشمسية في ظروف الفضاء. وتهدف الأكاديمية الصينية لتكنولوجيا الفضاء إلى إطلاق قمر صناعي يعمل ببطاريات شمسية إلى مدار أرضي منخفض عام 2028، ثم إلى مدار أرضي مرتفع عام 2030.

أجرت الحكومة البريطانية دراسة مستقلة خلصت إلى أن توليد الطاقة الشمسية في الفضاء ممكن تقنياً، وذلك باستخدام تصاميم مثل قمر كاسيوبيا الصناعي، الذي يبلغ قطره 1.7 كيلومتر وقادر على توليد 2 جيجاوات من الطاقة. كما يعمل الاتحاد الأوروبي على تطوير برنامج سولاريس لتحديد الجدوى التقنية للطاقة الشمسية في الفضاء.

في كاليفورنيا، أمضى هاجيميري وفريقه الأشهر الستة الماضية في اختبار نماذج أولية تحت ظروف قاسية لجمع بيانات حول تصاميم الجيل القادم. يتمثل هدف هاجيميري النهائي في سلسلة من الأشرعة المرنة خفيفة الوزن التي يمكن نقلها وإطلاقها ونشرها في الفضاء، مع مليارات المكونات التي تعمل بتناغم تام لتوفير الطاقة حيثما دعت الحاجة.

آن خانغ (بحسب شبكة سي إن إن )

رابط المصدر