نجح قمر صناعي مداري في اختبار جدوى تقنية جمع ونقل الطاقة الشمسية إلى الأرض في إتمام مهمة استمرت لمدة عام بنجاح.
محاكاة لقمر 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 .
أُطلقت مهمة SSPD-1 على متن صاروخ سبيس إكس فالكون 9 في أوائل يناير 2023، وستُجري ثلاث تجارب. أولًا، ستختبر تجربة المركب فائق الخفة القابل للنشر في المدار (DOLCE) متانة وكفاءة هياكل الخلايا الشمسية فائقة الخفة المستوحاة من فن الأوريجامي. وفي الوقت نفسه، ستختبر تجربة ALBA 32 تصميمًا للخلايا الشمسية لتحديد الأنسب للفضاء. وفي الوقت نفسه، ستختبر تجربة مصفوفة الموجات الدقيقة لنقل الطاقة في المدار المنخفض (MAPLE) جهاز إرسال موجات دقيقة لإرسال الطاقة الشمسية المجمعة في المدار إلى الأرض.
الأهم من ذلك، أثبت MAPLE لأول مرة إمكانية جمع الطاقة الشمسية باستخدام الخلايا الكهروضوئية ونقلها إلى الأرض عبر أشعة الميكروويف. على مدار ثمانية أشهر، عمد أعضاء فريق SSPD-1 إلى زيادة الضغط على MAPLE، مما أدى إلى انخفاض قدرته على نقل الطاقة. ثم قام الفريق بمحاكاة المشكلة في المختبر، وخلصوا إلى أن السبب يكمن في التفاعلات الحرارية الكهربائية المعقدة وضعف المكونات الفردية داخل 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 اليوم في الأقمار الصناعية وغيرها من تقنيات الفضاء أكثر من عشرة أضعاف تكلفة إنتاج نظيراتها الأرضية. ويوضح معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا أن هذا يُعزى بشكل كبير إلى تكلفة إضافة طبقة واقية من الغشاء البلوري، تُسمى "النمو الشدّي"، إلى الطبقة الخارجية. باستخدام مرصد ألما، توصل الباحثون إلى أنه على الرغم من أن خلايا البيروفسكايت الشمسية تُعدّ تصاميم واعدة على الأرض، إلا أنها تعاني من فجوات كبيرة في الأداء في الفضاء. من ناحية أخرى، تعمل خلايا زرنيخيد الغاليوم بشكل موثوق لفترات طويلة دون الحاجة إلى طبقة إضافية.
بالنسبة لـ DOLCE، يُقرّ الفريق بأن كل شيء لم يسر وفقًا للخطة. فرغم أنه كان من المقرر في البداية أن يستمر العمل لمدة ثلاثة أو أربعة أيام، واجه DOLCE عددًا من المشكلات الفنية، بما في ذلك أعطال في الأسلاك والمكونات الميكانيكية. ومع ذلك، عمل الباحثون على حل هذه المشكلات باستخدام كاميرات الأقمار الصناعية لمحاكاة الأعطال في المختبر.
حتى لو نجح مشروع SSPD-1، فسيستغرق الأمر سنوات قبل أن يتسنى تسخير الطاقة الشمسية بكفاءة وبتكلفة معقولة عبر الأقمار الصناعية. تشير التقديرات السابقة إلى أن تكلفة الطاقة الشمسية في الفضاء تتراوح بين دولارين ودولارين للكيلوواط/ساعة، بينما تبلغ تكلفتها الحالية في الولايات المتحدة أقل من 0.17 دولار/كيلوواط/ساعة. يجب أن تنخفض تكلفة المواد بشكل كبير، ولكن يجب أن تكون متينة بما يكفي لتحمل الإشعاع الشمسي والنشاط المغناطيسي الأرضي في الفضاء.
هناك العديد من القضايا الأخرى التي يجب معالجتها قبل أن تُسهم الطاقة الشمسية الفضائية في بناء بنية تحتية مستدامة للطاقة البشرية. كمية الطاقة التي ينقلها SSPD-1 عبر أشعة الميكروويف ضئيلة مقارنةً بالاحتياجات اليومية، ويجب أن يبلغ عرض الخلية الشمسية الفضائية آلاف الأمتار. كما تُواجه مشاكل سلامة كبيرة عند إرسال موجات الميكروويف والليزر القوية إلى الأرض. ويعمل فريق SSPP على حل جميع هذه المشاكل قبل أن تُصبح مزرعة الطاقة الشمسية المدارية حقيقة واقعة.
آن كانج (وفقًا لـ Popsci )
[إعلان 2]
رابط المصدر
تعليق (0)