لقد كانت الطاقة الشمسية دائمًا جزءًا مهمًا من الطاقة البشرية النظيفة. لقد وضعنا الكثير من ألواح تجميع ضوء الشمس في المجال الشمسي، ويستخدم العديد من الأشخاص زخارف السقف المستطيلة لتزويد منازلهم بالطاقة.
لكن مصدر الطاقة الرائع هذا لديه تحذير. لا تستطيع الألواح الشمسية جمع الطاقة ليلاً. ومن أجل العمل بأقصى قدر من الكفاءة، فإنها تحتاج إلى أكبر قدر ممكن من ضوء الشمس. لذلك، ومن أجل تعظيم أداء هذه الماسكات الشمسية، يقوم الباحثون بتطوير خطة لإرسالها إلى مكان لا تغرب فيه الشمس أبدًا: الفضاء الخارجي.
من الناحية النظرية، إذا تم إرسال كومة من الألواح الشمسية إلى المدار، فيمكنها امتصاص ضوء الشمس وتخزين كميات كبيرة من الكهرباء حتى في الأيام الأكثر ضبابية والليالي المظلمة. وإذا تم نقل هذه الطاقة لاسلكيًا إلى الأرض، فيمكن لكوكبنا أن يتنفس طاقة نظيفة متجددة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع.
وفي سياق أزمة المناخ المتفاقمة، قد يكون نجاح الطاقة الشمسية الفضائية أكثر أهمية من أي وقت مضى. وبينما يجتمع زعماء العالم في جلاسكو، اسكتلندا للمشاركة في قمة COP26، أصبحت الظروف المناخية الآن محور الاهتمام. ووصفت القمة بأنها 'أفضل فرصة أخيرة للعالم' للسيطرة على الأزمة.
يسلط موقع CNET Science الضوء على بعض الاستراتيجيات المستقبلية التي تهدف إلى مساعدة البلدان على تقليل انبعاثات الكربون البشرية. لا يمكن لتقنيات الجيل التالي مثل الطاقة الشمسية الفضائية أن تحل مشاكلنا المناخية - ما زلنا بحاجة إلى إزالة الكربون من نظام الطاقة لدينا بسرعة - ولكن الابتكار الأخضر يمكن أن يساعد في تحقيق هدف اتفاق باريس: الحد من ظاهرة الاحتباس الحراري إلى مستوى أقل بكثير من 2 إلى النهاية في هذا القرن، درجة مئوية (3.6 درجة فهرنهايت).
لعقود من الزمن، ظلت الطاقة الشمسية الفضائية في أذهان محبي الخيال العلمي والعلماء.
في أوائل القرن العشرين، كان العالم وعالم الرياضيات الروسي كونستانتين تسيولكوفسكي (كونستانتين تسيولكوفسكي) يقدم بثبات سلسلة من التصاميم المستقبلية التي تصور التكنولوجيا البشرية خارج الأرض. إنه مسؤول عن استدعاء أشياء مثل المصاعد الفضائية، والصواريخ القابلة للتوجيه، والطاقة الشمسية الفضائية، كما خمنت ذلك.
منذ أن اخترعت شركة Bell Labs أول 'لوحة شمسية' خرسانية في الخمسينيات من القرن الماضي، عمل العلماء الدوليون بجد لجعل خيال الخيال العلمي لتسيولكوفسكي حقيقة. ومن بينهم باحثون يابانيون، والجيش الأمريكي، والفريق الذي يقود مشروع الطاقة الشمسية الفضائية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.
وقال مايكل كيلزنبرج، كبير علماء الأبحاث في المشروع، إن الطاقة الشمسية الفضائية 'تمت دراستها على نطاق واسع في أواخر الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي، وهو ما يشبه إلى حد ما ذروة برنامج أبولو'.
ولسوء الحظ، ونظرًا لوزن المادة وحجمها، لم تكن تكنولوجيا تلك الحقبة متقدمة بما يكفي لتحقيق هذا العمل الفذ اقتصاديًا وفعالاً. دون إنفاق الكثير من المال، من الصعب جدًا إرسال الألواح الشمسية الكلاسيكية إلى الفضاء عبر الصواريخ.
قال هاري أتواتر، الباحث الرئيسي في المشروع: 'إن السمة الفريدة والمحددة لطريقة معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا هي تركيزها على تقليل كتلة المكونات بمعامل يتراوح بين 10 إلى 100'. 'هذا ضروري لتقليل تكاليف التصنيع والإطلاق لجعل الطاقة الشمسية الفضائية اقتصادية'
لم يدفع فريق كالتك بالألواح الشمسية التقليدية إلى الفضاء، بل دعا بدلاً من ذلك إلى نوع جديد من الألواح الشمسية التي تكون أخف وزنًا وأكثر إحكاما وقابلة للطي. واقترحوا إرسال عدد كبير من الألواح الشمسية المصغرة ذات التهوية المشابهة للبلاط إلى المسار.
يحتوي كل بلاط على كل ما يحتاجه، مثل توليد الطاقة الكهروضوئية، لجمع الطاقة الشمسية. عند توصيلها في الفضاء، تكون هذه المكعبات الصغيرة في الأساس منجمًا ضخمًا للطاقة المتجددة يطفو حول الأرض.
وعلى الرغم من أن الفريق كان يعمل على سلسلة من المواد المركبة لإنشاء الهيكل المثالي الخفيف للغاية، إلا أن بعضها في الواقع أقل كفاءة من الألواح الشمسية الموجودة على الأرض. لكن كيلزنبرج أشار إلى أن 'الفعالية' في الفضاء اكتسبت معنى جديدا.
وقال: 'إن الزيادة في الكفاءة تأتي من حقيقة أنه من خلال وضعها في الفضاء، يمكنها الحصول على الكثير من ضوء الشمس القوي لأن ضوء الشمس لا يجب أن يمر عبر الغلاف الجوي'. 'كما أنهم يقضون معظم الوقت تحت أشعة الشمس لمدة 24 ساعة في اليوم'
عندما يسطع ضوء الشمس على هذه الألواح، فإنها سوف تمتص مجموعات من طاقة التيار المباشر أو التيار المستمر. وفي آلية الفريق يتم تحويل هذه الطاقة إلى ترددات راديوية. والخطوة التالية هي جلب هذه القوة إلى الأرض.
ووفقا للفريق، سيحدث هذا من خلال إشعاع الميكروويف. سوف تنبعث طاقة الترددات الراديوية على كوكبنا، مما يذكرنا بحقول الطاقة الشمسية في الصحراء. إلا أن هذه المناطق ستحتوي على أجهزة استقبال بهوائيات لتجميع الطاقة المجمعة بدلا من الألواح الشمسية المعتادة.
إنه في الأساس نقل طاقة لاسلكيًا، وهو التلميح الشهير لنيكولا تيسلا في أواخر القرن التاسع عشر.
وقال كيلزنبرغ إن استخدام هذا الإشعاع يسمح للنظام بالعمل في المطر والضباب، وفي الليل وأثناء العواصف الخفيفة، مع خطر الانقطاع فقط في أسوأ الأحوال الجوية. ومع ذلك، فإن السؤال الذي يُطرح غالبًا حول أنماط الإشعاع اللاسلكي هو ما إذا كانت ستؤثر سلبًا على الغطاء النباتي أو خصائص الأرض.
وأوضح أن 'كثافة الطاقة المستقبلة على الأرض تعادل كثافة الطاقة في الأيام المشمسة'. 'وفي هذا الصدد، يمكن تصميم النظام الشمسي الفضائي ليكون آمنًا وفعالاً من حيث التكلفة'
وقال كيلزنبرج إنه كإجراء احترازي إضافي للسلامة، يمكن اتخاذ إجراءات مألوفة، مثل إغلاق منطقة الاستقبال. أبراج الهواتف المحمولة التي تستخدم أشكالًا مماثلة من الاتصالات الموجية لها نفس التأثير.
وقال أتواتر، إنه بعد حصول أجهزة الاستقبال على الأرض على الطاقة على شكل ترددات راديوية، ستعمل مع المحطة الأرضية على تحويلها مرة أخرى إلى طاقة التيار المستمر، ومن ثم تحويلها إلى تيار متردد أو تيار متناوب، وإدخالها في شبكة المرافق. .
هذه عملية معقدة، لكن النقطة الأخيرة، طاقة التيار المتردد، هي الكهرباء القديمة التقليدية التي تشحن جهاز iPhone الخاص بك من خلال مقبس منزلك وتوفر الحياة لجهاز الكمبيوتر المحمول الخاص بك. ينظر.
وقال أتواتر: 'من المقرر الآن أن تتم أول رحلة فضائية لنا لعرض تكنولوجيا الوحدات الشمسية في الفضاء على متن مركبة فضائية تجارية بحلول نهاية عام 2022'.
وعلى الرغم من أن الفريق لن يطلق صفقة حقيقية، إلا أنه سيجري تجربة لإثبات جدوى هذه التقنيات على نطاق أصغر. سيكون هذا شكلاً مؤقتًا وأبسط للاختراع. حتى أنهم سيرسلون بعض الخلايا الشمسية التي لم تشهد فراغًا في الفضاء من قبل.
لا يمكنها فقط المساعدة في توفير الطاقة للمناطق النائية وموازنة الشبكة لمنع انقطاع التيار الكهربائي، بل يمكنها أيضًا توفير الطاقة لعمليات التعدين على الكواكب الأخرى.
وأوضح أتواتر: 'يمكن نشر الطاقة الشمسية الفضائية في مناطق نائية على الأرض حيث لا توجد شبكة مرافق حالية؛ ويمكنها أيضًا توليد طاقة أساسية على القمر أو المريخ من خلال مخطط توليد الطاقة المداري المماثل وإطلاقها على السطح'. .
والشيء الأكثر أهمية هو أن البشر يمكنهم استخدام الطاقة الشمسية على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع لتوليد ما يكفي من الطاقة لتلبية احتياجات التسلق لكوكبنا، ويمكنهم حتى استبدال الطاقة النووية أو الفحم. وقال أتواتر: 'على عكس الألواح الشمسية الموجودة على الأرض، فهي تمثل مصدر طاقة 'الحمل الأساسي' المتاح بشكل مستمر'.
وأضاف كيلزنبرج: 'لهذا السبب نعتقد أنه يمكن أن يلعب دورًا مهمًا في تحقيق شبكة خالية تمامًا من الكربون في المستقبل'.
وبطبيعة الحال، لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه. وحتى لو نجحت تجربة الفريق في عام 2022، فإنه لا يزال بحاجة إلى النظر في تكاليف التصنيع والمسائل القانونية التي تشغل الفضاء المداري (قد تكون هناك قيود حكومية). كما ستستمر الأسئلة المحيطة بالتطبيق العملي لاستبدال شبكات الطاقة المعروفة بمحطات الطاقة الشمسية الفضائية.
وقال كيلزنبرج: 'أعتقد أنه يمكننا بالتأكيد أن نتفق على أن تكلفة الحصول على لوحة شمسية رخيصة الثمن ووضعها على الأرض ستكون أقل بكثير من تكلفة إطلاقها إلى الفضاء'. 'لكن الميزة الحقيقية للطاقة الشمسية الفضائية هي القدرة على توفير الطاقة الشمسية ليلا ونهارا'
