قياس الحضارات في الكون
في علم الكونيات ، يُعد مقياس كارداشيف طريقةً لقياس مستوى تطور الحضارة. ورغم أنه نظري، إلا أن مقياس كارداشيف يصف اتجاه الحضارة المرتبط باستخدام الطاقة.
وبناءً على ذلك، تُقسّم الحضارة الكونية الأساسية إلى ثلاثة مستويات. المستوى الأول: حضارة قادرة على استغلال موارد الطاقة في كوكب ما واستخدامها. أما المستوى الثاني: حضارة قادرة على استغلال موارد الطاقة في نجم (مثل شمسنا) أو أجرام أخرى في النظام الشمسي واستخدامها.
محاكاة لمكانة ثلاثة أنواع من الحضارات، مُحددة بمقياس 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.
لذا، إذا قارنا المستويات الثلاثة المذكورة أعلاه، نجد أن الحضارة الإنسانية في المستوى الأول، أي عندما يقتصر استغلالها على الطاقة المتاحة على سطح الأرض أو عليه. إلا أن التطورات الجديدة في الفضاء وعلومه تُظهر أننا بدأنا نتجه نحو حضارة الفضاء في المستوى الثاني، أي عندما نخطط لاستغلال الطاقة أو غيرها من الموارد من أجسام في الفضاء الخارجي.
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.
محاكاة لقمر CASSIOPeiA الشمسي البريطاني التصميم. سيتم توجيه الطاقة الشمسية المجمعة 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 خلايا شمسية إلى الفضاء وإعادة إرسال الطاقة إلى الأرض. في يناير، أطلق فريقه "مابل"، وهو نموذج أولي للطاقة الشمسية الفضائية بطول 30 سنتيمترًا، مزود بجهاز إرسال فائق الخفة والمرونة. صُمم هذا الجهاز لجمع الطاقة من الشمس ونقلها لاسلكيًا إلى الفضاء. تكفي الكهرباء الناتجة لتشغيل مصباحي LED.
لكن لدى الباحثين هدف بعيد المدى: معرفة ما إذا كان بإمكان مابل إرسال هذه الطاقة إلى الأرض. في مايو، قرر الفريق إجراء تجربة لمعرفة ما سيحدث. على سطح حرم معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا، كاليفورنيا، التقط هاجيميري وعلماء آخرون إشارة مابل. على الرغم من أن كمية الطاقة الملتقطة كانت صغيرة جدًا بحيث لا تُفيد، إلا أنهم نجحوا في نقل الطاقة لاسلكيًا من الفضاء.
في الواقع، فكرة توليد الطاقة الشمسية في الفضاء واردة منذ عام ١٩٤١، عندما وصفها كاتب الخيال العلمي إسحاق أسيموف في قصة قصيرة. على مدى العقود التي تلت ذلك، استكشفت دولٌ، منها الولايات المتحدة والصين واليابان، هذه الفكرة، لكنها تخلّت عنها إلى حد كبير على مر السنين.
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 متنوعة لتحقيق ذلك، لكن الفكرة العامة هي: إطلاق أقمار صناعية تعمل بالطاقة الشمسية، يزيد قطرها عن ميل، في مدارات عالية الارتفاع. ونظرًا لحجمها الهائل، ستتكون هذه الأقمار من مئات الآلاف من الوحدات الأصغر. ثم تقوم روبوتات ذاتية التشغيل بتجميع الأقمار الصناعية في الفضاء، كما لو كانت تُبنى قطع الليغو، كما يوضح مارتن سولتاو، الرئيس التنفيذي لشركة سبيس سولار البريطانية.
ستجمع الألواح الشمسية للقمر الصناعي الطاقة الشمسية، وتحولها إلى موجات دقيقة، ثم تنقلها لاسلكيًا إلى الأرض عبر جهاز إرسال ضخم للغاية قادر على الوصول بدقة إلى نقاط محددة على الأرض. وأوضح سولتاو أن الموجات الدقيقة قادرة على اختراق الغيوم والطقس العاصف بسهولة، وتصل إلى هوائي استقبال شبكي على الأرض، حيث تُحوّل إلى كهرباء وتُغذّى بالشبكة الكهربائية.
تستطيع الموجات الدقيقة المرور بسهولة عبر الغيوم والطقس السيئ، لتصل إلى هوائي الاستقبال على الأرض. ثم تُحوَّل الموجات الدقيقة إلى كهرباء وتُغذَّى بالشبكة الكهربائية. الصورة: وكالة الفضاء الأوروبية
يبلغ قطر هوائيات الاستقبال حوالي 6 كيلومترات، ويمكن تركيبها على اليابسة أو في عرض البحر. ولأن هذه الهياكل الشبكية شبه شفافة، يمكن استخدام الأرض التي تقع تحتها لألواح الطاقة الشمسية أو المزارع أو أنشطة أخرى.
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.
ومع ذلك، تواجه هذه التقنية عقبة رئيسية: تكلفة تركيب محطة طاقة في المدار باهظة للغاية. صرّح البروفيسور البريطاني أندروود لشبكة CNN بأن تقنية الطاقة الفضائية "ليست خيالًا علميًا"، إلا أن العائق الأكبر هو التكلفة الباهظة لوضع محطة طاقة في المدار.
لكن هذا الوضع بدأ يتغير خلال العقد الماضي، مع بدء شركات الفضاء والطيران مثل سبيس إكس وبلو أوريجين تطوير صواريخ قابلة لإعادة الاستخدام. تبلغ تكاليف الإطلاق اليوم حوالي 1500 دولار للكيلوغرام، أي أقل بنحو 30 مرة مما كانت عليه خلال عصر مكوك الفضاء في أوائل الثمانينيات.
في حال نجاحها، قد تُوفر فكرة توليد الطاقة الشمسية في الفضاء مصدرًا هائلًا للطاقة للدول المتقدمة ذات الاحتياجات الكبيرة من الكهرباء، لكنها تفتقر إلى البنية التحتية اللازمة. كما يُمكنها خدمة مدن وقرى القطب الشمالي النائية التي تغرق في ظلام دامس لأشهر سنويًا، بالإضافة إلى المجتمعات التي انقطعت عنها الكهرباء بسبب الكوارث الطبيعية أو النزاعات.
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.
محاكاة لقمر صناعي يعمل بالطاقة الشمسية في الفضاء. الصورة: وكالة الفضاء الأوروبية
في مايو 2020، أطلق مختبر أبحاث البحرية الأمريكية وحدةً على مركبة اختبار مدارية لاختبار أجهزة توليد الطاقة الشمسية في ظروف الفضاء. إضافةً إلى ذلك، يخطط مختبر أبحاث القوات الجوية الأمريكية لإطلاق مركبة اختبار صغيرة تُسمى "أراكن" في عام 2025. كما تهدف الأكاديمية الصينية لتكنولوجيا الفضاء إلى إطلاق قمر صناعي يعمل بالبطاريات الشمسية إلى مدار منخفض في عام 2028 ومدار مرتفع في عام 2030.
بالإضافة إلى ذلك، يُطوّر الاتحاد الأوروبي برنامج سولاريس لتحديد الجدوى الفنية للطاقة الشمسية في الفضاء. في غضون ذلك، أجرت المملكة المتحدة دراسة مستقلة وخلصت إلى أن توليد الطاقة الشمسية في الفضاء ممكن من الناحية الفنية، بتصاميم 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 نصف العام الماضي في اختبار نماذج أولية لجمع البيانات اللازمة للجيل القادم من التصاميم. ويتمثل هدف هاجيميري النهائي في سلسلة من الأشرعة خفيفة الوزن والمرنة، يمكن لفها وإطلاقها وفتحها في الفضاء، مع مليارات المكونات التي تعمل بتناغم تام لتوصيل الطاقة إلى حيث الحاجة.
[إعلان 2]
مصدر
تعليق (0)