نقل الطاقة من الفضاء إلى الأرض خطوة للأمام للبشرية

[إعلان 1]

قياس الحضارات في الكون

في علم الكونيات ، مقياس كارداشيف هو طريقة لقياس مستوى تطور الحضارة. ورغم أن مقياس كارداشيف نظري، فإنه يصف اتجاه الحضارة المرتبط باستخدام الطاقة.

وبناءً على ذلك، تنقسم الحضارة الكونية الأساسية إلى 3 مستويات. الحضارة من المستوى الأول قادرة على استغلال واستخدام موارد الطاقة الموجودة على كوكب ما. الحضارة من المستوى الثاني قادرة على استغلال واستخدام موارد الطاقة في نجم (مثل شمسنا) أو أجسام أخرى في النظام الشمسي.

نقل الطاقة من الفضاء إلى الأرض، الخطوة الجديدة للحضارة الإنسانية، صورة 1 — يحاكي حجم ثلاثة أنواع من الحضارات كما تم تحديده بواسطة مقياس كارداشيف. الصورة: ويكي

الحضارة من المستوى الثالث هي حضارة أكثر تقدمًا بكثير، حيث تكون الحضارة قادرة على تسخير واستخدام طاقة مجرة بأكملها، كما هو الحال في أفلام الخيال العلمي حول الحروب بين المجرات أو الحروب بين المجرات.

وهكذا، إذا ما قورنت بالمستويات الثلاثة المذكورة أعلاه، فإن الحضارة الإنسانية تكون في المستوى الأول، عندما استغلت فقط الطاقة المتاحة على سطح الأرض أو على سطحها. لكن التطورات الجديدة في علوم الفضاء وعلم الكونيات تظهر أننا بدأنا نتحرك نحو حضارة فضائية من المستوى الثاني، عندما نخطط لاستغلال الطاقة أو الموارد الأخرى من الأجسام الفضائية الخارجية.

وفي هذا العام، اتخذ فريق أستاذ الهندسة الكهربائية علي حاجيمير في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك، في كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية) خطوة أقرب إلى خطة لإنتاج الطاقة الشمسية في الفضاء ونقلها إلى الأرض، وهي خطوة صغيرة من شأنها، إذا نجحت، أن تثبت أن البشرية يمكن أن تدخل حضارة فضائية من المستوى الثاني.

نقل الطاقة من الفضاء إلى الأرض، خطوة جديدة في الحضارة الإنسانية، صورة 2 — محاكاة للقمر الصناعي CASSIOPeiA للطاقة الشمسية المصمم في بريطانيا. سيتم توجيه الطاقة الشمسية التي يتم جمعها من الفضاء إلى موقع محدد على سطح الأرض. الصورة: سبيس سولار

كيف نحصل على الطاقة من الفضاء؟

أمضى أستاذ الهندسة الكهربائية هاجيمير عقدًا من الزمن في البحث عن طرق لإطلاق الخلايا الشمسية إلى الفضاء وإرسال الطاقة مرة أخرى إلى الأرض. في يناير/كانون الثاني من هذا العام، أطلق فريقه "مابل"، وهو نموذج أولي للطاقة الشمسية في الفضاء يبلغ طوله 30 سنتيمتراً ومجهز بجهاز إرسال خفيف الوزن ومرن للغاية. الغرض من هذا المرسل هو جمع الطاقة من الشمس ونقلها لاسلكيًا إلى الفضاء. ونتيجة لذلك، كانت كمية الكهرباء التي جمعها الفريق كافية لإضاءة زوج من مصابيح LED.

ومع ذلك، فإن الهدف طويل الأمد للباحثين هو معرفة ما إذا كان القمر الصناعي مابل قادراً على نقل هذه الطاقة إلى الأرض. وفي شهر مايو/أيار، قرر الفريق إجراء تجربة لمعرفة ما سيحدث. وعلى سطح الحرم الجامعي لمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا بولاية كاليفورنيا، التقط هاجيميري وعلماء آخرون إشارة مابل. وعلى الرغم من أن كمية الطاقة المكتشفة كانت صغيرة للغاية بحيث لا يمكن استخدامها، فقد نجحوا مع ذلك في نقل الطاقة لاسلكيًا من الفضاء.

في الواقع، فكرة توليد الطاقة الشمسية في الفضاء كانت موجودة منذ عام 1941، عندما وصفها كاتب الخيال العلمي إسحاق أسيموف في قصة قصيرة. وعلى مدى العقود التي تلت ذلك، استكشفت دول مثل الولايات المتحدة والصين واليابان هذه الفكرة، ولكنها تخلت عنها إلى حد كبير بعد سنوات.

في جوهره، يعني توليد الطاقة الشمسية في الفضاء أن البشر على الأرض يمكنهم تسخير طاقة الشمس الهائلة في الفضاء، حيث يتوفر الضوء باستمرار، دون أن يتأثر بالظروف الجوية السيئة مثل الغطاء السحابي أو وقت الليل أو المواسم.

هناك أفكار مختلفة لكيفية القيام بذلك، ولكن الطريقة التي تعمل بها تسير على هذا النحو: سيتم إطلاق الأقمار الصناعية التي تعمل بالطاقة الشمسية ويبلغ قطرها أكثر من 1.6 كيلومتر إلى مدارات عالية الارتفاع. وبسبب حجمها الهائل، ستتكون الأقمار الصناعية من مئات الآلاف من الوحدات الأصغر حجمًا. ويوضح مارتن سولتاو، الرئيس التنفيذي لشركة سبيس سولار التي يقع مقرها في المملكة المتحدة، أن الروبوتات المستقلة ستتولى بعد ذلك مهمة تجميع الأقمار الصناعية في الفضاء مثل "وضع قطع الليغو".

وستقوم الألواح الشمسية للقمر الصناعي بجمع الطاقة الشمسية وتحويلها إلى موجات ميكروويف وإرسالها لاسلكياً إلى الأرض عبر جهاز إرسال كبير جداً يمكنه الوصول إلى نقاط محددة على الأرض بدقة. وبحسب السيد سولتاو، فإن الموجات الدقيقة قادرة على المرور بسهولة عبر السحب والطقس السيئ، والوصول إلى هوائي الاستقبال المصنوع من شبكة على الأرض. هنا، سيتم تحويل الموجات الدقيقة إلى كهرباء وتغذيتها إلى الشبكة.

نقل الطاقة من الفضاء إلى الأرض، الخطوة الجديدة للحضارة الإنسانية، صورة 3 — 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. الصورة: وكالة الفضاء الأوروبية

يمكن بناء هوائي الاستقبال الذي يبلغ قطره حوالي 6 كم على الأرض أو في البحر. وبما أن هذه الهياكل الشبكية شفافة تقريبًا، فمن الممكن استخدام الأرض الموجودة أسفلها لإنشاء الألواح الشمسية أو المزارع أو غيرها من الأنشطة.

إمكانات هائلة وتحديات هائلة

وبحسب تقديرات العلماء، فإن القمر الصناعي لجمع الطاقة الشمسية في الفضاء قد يوفر ما يصل إلى 2 جيجاوات من الكهرباء، وهو ما يعادل تقريبا قدرة محطتين متوسطتين للطاقة النووية في الولايات المتحدة.

لكن هذه التكنولوجيا تواجه عقبة كبيرة: فتكلفة تركيب محطات الطاقة في المدار باهظة للغاية. وقال أندروود، وهو أستاذ بريطاني، لشبكة CNN إن تكنولوجيا الطاقة الفضائية "ليست خيالاً علمياً"، ومع ذلك فإن العقبة الأكبر هي التكلفة الضخمة لوضع محطة طاقة في المدار.

ومع ذلك، على مدى العقد الماضي، بدأ هذا الأمر يتغير مع قيام شركات الفضاء والطيران مثل سبيس إكس وبلو أوريجين بتطوير صواريخ قابلة لإعادة الاستخدام. تبلغ تكاليف الإطلاق اليوم حوالي 1500 دولار للكيلوغرام، أي أقل بنحو 30 مرة من تكاليف الإطلاق خلال عصر المكوك الفضائي في أوائل الثمانينيات.

وإذا نجحت التجربة، فإن فكرة توليد الطاقة الشمسية في الفضاء قد توفر مصدرا وفيرًا للطاقة للدول المتقدمة التي لديها احتياجات كبيرة من الكهرباء ولكنها تفتقر إلى البنية التحتية. وبالإضافة إلى ذلك، فإن مصدر الطاقة هذا يمكن أن يخدم أيضًا العديد من المدن والقرى النائية في القطب الشمالي التي تغرق في ظلام دامس لعدة أشهر كل عام، فضلاً عن دعم المجتمعات التي تفقد الطاقة بسبب الكوارث الطبيعية أو الصراعات.

على الرغم من وجود فجوة كبيرة بين المفهوم والتسويق، فإن العديد من البلدان والشركات في جميع أنحاء العالم تعتقد أن الطاقة الشمسية الفضائية يمكن أن تلبي الطلب المتزايد على الكهرباء النظيفة، بينما تساعد أيضًا في التعامل مع أزمة المناخ المتفاقمة الحالية.

نقل الطاقة من الفضاء إلى الأرض، خطوة جديدة في الحضارة الإنسانية، صورة 4 — محاكاة قمر صناعي للطاقة الشمسية في الفضاء. الصورة: وكالة الفضاء الأوروبية

وفي مايو 2020، أطلق مختبر الأبحاث البحرية الأمريكية أيضًا وحدة على مركبة اختبار مدارية لاختبار أجهزة توليد الطاقة الشمسية في ظروف الفضاء. بالإضافة إلى ذلك، يخطط مختبر أبحاث القوات الجوية الأمريكية أيضًا لإطلاق مركبة تجريبية صغيرة تسمى أراكني في عام 2025. كما تهدف الأكاديمية الصينية لتكنولوجيا الفضاء أيضًا إلى إطلاق قمر صناعي يعمل بالبطارية الشمسية إلى مدار منخفض في عام 2028 ومدار مرتفع في عام 2030.

وبالإضافة إلى ذلك، يعمل الاتحاد الأوروبي أيضًا على تطوير برنامج سولاريس لتحديد الجدوى الفنية للطاقة الشمسية في الفضاء. وفي الوقت نفسه، أجرت المملكة المتحدة دراسة مستقلة وخلصت إلى أن توليد الطاقة الشمسية في الفضاء ممكن من الناحية التقنية، مع تصاميم مثل القمر الصناعي CASSIOPeiA (بطول 1.7 كيلومتر، وقادر على توفير 2 جيجاواط من الكهرباء).

أما بالنسبة لفريق هاجيميري في كاليفورنيا، فقد أمضى هو وزملاؤه النصف العام الماضي في اختبار النماذج الأولية لجمع البيانات للجيل القادم من التصاميم. إن الهدف النهائي الذي يسعى هاجيميري إلى تحقيقه هو سلسلة من الأشرعة الخفيفة والمرنة التي يمكن لفها وإطلاقها ونشرها في الفضاء، مع مليارات الأجزاء التي تعمل في تزامن مثالي لتوصيل الطاقة إلى حيث تكون هناك حاجة إليها.

[إعلان 2]
مصدر