الكهرباء بين النجوم

الخطة الصينية لبناء محطة للطاقة الشمسية في مكان لن يتداخل فيه الليل والسحب مع إنتاج الطاقة: في الفضاء

راشيل فوكس، زاوية – وكالة أنباء العلوم والبيئة

في الأسابيع الأخيرة، كانت عيون الإسرائيليين مثبتة على سفينة الفضاء برعشيت، وتتوقف الأنفاس الوطنية للحظة مع كل مناورة تقوم بها في رحلتها الطويلة إلى القمر. وإذا نجحت مهمة المركبة الفضائية، فسوف تجعل إسرائيل الدولة الرابعة في العالم التي تصل إلى القمر. وقد سبقتها الولايات المتحدة وروسيا والصين، التي أصبحت مؤخرًا أول دولة في العالم تهبط بمسبار على الجانب البعيد من القمر. ولا يتوقف برنامج الفضاء الصيني عند هذا الحد، إذ يعمل علماؤه اليوم على خطة طموحة جديدة: بناء أول محطة للطاقة الشمسية في الفضاء، والتي ستنتج طاقة متجددة من الشمس وتزودها بالأرض. وبذلك يمكن تنفيذ العملية دون الكثير من الصعوبات الموجودة فيها على سطح الأرض.

36 ألف كيلومتر فوق سطح الأرض

وبحسب وزارة العلوم والتكنولوجيا الصينية، فإن محطة الطاقة المخطط لها ستعمل على توليد الكهرباء في الفضاء من طاقة الشمس، ومن ثم تحويلها إلى أشعة ميكروويف أو أشعة ليزر، والتي سيتم إسقاطها على محطة سيتم وضعها على سطح القمر. أرض. أو بعد ذلك، ستقوم محطة الاستقبال بتحويل الإشعاع مرة أخرى إلى كهرباء، والتي سيتم توجيهها إلى شبكة الطاقة.

ومن المتوقع أن تحوم محطة الطاقة الفضائية على ارتفاع 36 ألف كيلومتر فوق سطح الأرض. الأجسام التي يتم إطلاقها إلى هذا الارتفاع تدور بشكل طبيعي حول الأرض بنفس السرعة التي تدور بها حول نفسها، لذلك تبدو للشخص الذي يراقب من الأرض ثابتة في السماء. واليوم يتم إطلاق الأقمار الصناعية في هذا المدار والمخصصة لها أن تكون بشكل دائم فوق نفس المكان من الأرض (وتسمى الأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة إلى الأرض)، مثل أقمار الاتصالات التي تخدم منطقة معينة من الأرض. وبهذه الطريقة، ستتمكن محطة الطاقة الفضائية من التحليق بشكل دائم فوق المحطة الأرضية التي سيتم توجيه الطاقة إليها.

على الورق، يتمتع إنتاج الطاقة الشمسية في الفضاء بمزايا عديدة مقارنة بإنتاجها على الأرض. أولاً، يعمل الغلاف الجوي للأرض على تشتيت وامتصاص وعكس جزء كبير من الإشعاع الشمسي الذي يمر عبره، بحيث أن إجراء العملية في الفضاء، قبل مرور الإشعاع عبر الغلاف الجوي، سيسمح لأنظمة توليد الطاقة الشمسية بالتعرض لقدر كبير من الإشعاع الشمسي. تدفق أكبر للطاقة الشمسية لكل وحدة مساحة مقارنة بسطح الأرض. بالإضافة إلى ذلك، لا تصل أشعة الشمس إلى محطات الطاقة الشمسية الموجودة على سطح الكوكب ليلاً عندما تحجبها الغيوم، وهي مشكلة لن تؤثر على محطة تقع خارج حدود الكوكب.

وبحسب وزارة العلوم والتكنولوجيا الصينية، فإن محطة الطاقة المخطط لها ستعمل على توليد الكهرباء في الفضاء من طاقة الشمس، ومن ثم تحويلها إلى أشعة ميكروويف أو أشعة ليزر، والتي سيتم إسقاطها على محطة سيتم وضعها على سطح القمر. أرض. الصورة: سبيس إكس – أونسبلاش

وبحسب التقرير الصيني، فإن محطة الطاقة الفضائية ستكون قادرة على العمل بنسبة 99% من الوقت، أي ستة أضعاف ما هو ممكن على الأرض. وإلى جانب استخدامها كمصدر للكهرباء النظيفة لكوكب الأرض، تخطط الصين لاستخدام الكهرباء المنتجة في المحطة كمصدر للطاقة للبعثات المستقبلية لاستكشاف أعماق الفضاء.

ويعمل الصينيون اليوم على إنشاء قاعدة تجريبية في مدينة تشونغتشينغ غربي البلاد، حيث سيتم تطوير المشروع. وبحلول عام 2025، يخطط العلماء لإرسال محطة تجريبية صغيرة إلى طبقة الستراتوسفير، وهي طبقة الغلاف الجوي التي تنتهي على ارتفاع 50 كيلومترًا فوق سطح الأرض. وبحسب الخطة، سيتم في عام 2030 إطلاق محطة كهرباء خارج الغلاف الجوي بقدرة واحد ميغاواط (للمقارنة، تبلغ الطاقة الإنتاجية لأكبر محطة كهرباء في إسرائيل، محطة "أوروت رابين" في الخضيرة، 2,590 ميغاواط)، وذلك بحلول عام 2050. ومن المخطط أن يبدأ تشغيل محطة توليد الطاقة للمركبات الفضائية بالكامل بحلول عام 1,000، والتي سيبلغ إنتاجها XNUMX ميجاوات.

ألف طن في الفضاء

ومن المفهوم أن مثل هذا المشروع معقد للغاية لتنفيذه. وبحسب التقرير الصيني، من المتوقع أن لا يقل وزن محطة الطاقة الفضائية عن 1,000 طن. وللمقارنة، يبلغ وزن محطة الفضاء الدولية حاليا حوالي 400 طن. ومن الصعب جدًا إطلاق مثل هذا الجسم الثقيل إلى الفضاء مرة واحدة، لذلك يتم النظر في إمكانية بناء المحطة في الفضاء باستخدام الروبوتات والطباعة ثلاثية الأبعاد.

وبعيدًا عن بناء المحطة نفسها، فإن نقل مثل هذه الكميات الكبيرة من أشعة الميكروويف أو إشعاع الليزر من الفضاء بمرور الوقت ليس عملية بسيطة، وسيتعين على العلماء التأكد من أنها لا تسبب أضرارًا صحية وبيئية للإنسان والحيوانات والنباتات الموجودة على سطح الأرض. أرض. البروفيسور يوآف يائير، عميد كلية الاستدامة في المركز متعدد التخصصات في هرتسليا وباحث في الغلاف الجوي والفضاء، متفائل بشأن هذه الصعوبة. ويقول: "لا أعتقد أنه عائق تكنولوجي لا يمكن التغلب عليه، فالمفهوم ممكن من الناحية المادية".

على الرغم من أن أيام سباق الفضاء بين الولايات المتحدة والاتحاد السوفييتي قد ولت، إلا أن طموح الصين إلى "غزو" الفضاء حتى اليوم يعد جزءًا من جهود البلاد لترسيخ نفسها كقوة للتفوق التكنولوجي والاقتصادي والعسكري. وفي غضون ذلك، حققت الصين بعض النجاحات المهمة في هذا المجال، والتي تشمل إرسال عدة بعثات مأهولة إلى الفضاء، ومسبار هبط على الجانب المخفي من القمر وآخر هبط على جانبه المرئي، فضلا عن العديد من الأقمار الصناعية. وتشمل خططهم للمستقبل، من بين أمور أخرى، إرسال مركبة فضائية مأهولة إلى القمر في السنوات المقبلة.

الصينيون ليسوا الوحيدين الذين يدرسون مجال إنتاج الطاقة الشمسية في الفضاء. في العام الماضي، أفاد باحثون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا أنهم أنشأوا نموذجًا أوليًا لمحطة طاقة شمسية فضائية: جهاز مصنوع من بلاط خفيف الوزن، قادر على استخلاص الطاقة من الشمس، وتحويلها إلى موجات راديو ونقلها عبر الهوائيات. كما طرحت اليابان فكرة إطلاق محطة للطاقة الشمسية إلى الفضاء.

في العام الماضي، أفاد باحثون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا أنهم أنشأوا نموذجًا أوليًا لمحطة طاقة شمسية فضائية: جهاز مصنوع من بلاط خفيف الوزن، قادر على استخلاص الطاقة من الشمس، وتحويلها إلى موجات راديو ونقلها عبر الهوائيات. الصورة: ناسا – أونسبلاش

الشمس لا تنتهي أبدا
في الوقت الحالي، لا يزال اليوم الذي ستأتي فيه الكهرباء إلى منزلنا من محطة الطاقة الشمسية الفضائية بعيدًا، وستسبقه سنوات من التطور التكنولوجي والتجارب والأخطاء وبالطبع استثمار أموال كثيرة. ومع ذلك، كما يقول المثل الصيني - حتى رحلة الألف ميل تبدأ بخطوة صغيرة. يقول يائير: "في الوقت الحالي لا توجد مثل هذه القدرات العملية، ولكن كخطة عملية فهي قابلة للتنفيذ". "لقد وضع الصينيون أهدافا بعيدة وكبيرة لأنفسهم وأعتقد أنهم يعتزمون تحقيقها. إنه مشروع طموح ولكنه ممكن وآمل أن ينجح".

ويؤكد يائير أن الانتقال إلى استخدام أكثر أهمية للطاقة الشمسية، سواء تم إنتاجها في الفضاء أو هنا على الأرض، أمر ضروري. ويقول: "إن طاقة الشمس لا نهاية لها وسنكون قادرين على استخدامها لبضعة مليارات أخرى على الأقل من السنين، في حين أن النفط والفحم والغاز سوف يبلى ويختفي". تعتبر الطاقة الشمسية طاقة نظيفة، على عكس الوقود الأحفوري، الذي يؤدي استخدامه إلى إطلاق الغازات الدفيئة الملوثة (ثاني أكسيد الكربون بشكل رئيسي) التي تسبب تغير المناخ. واليوم، يتم توفير 1.5% فقط من الطلب على الكهرباء في الولايات المتحدة والعالم عن طريق الطاقة الشمسية. الهدف الوطني لدولة إسرائيل هو إنتاج 17% من الكهرباء في البلاد من الطاقات المتجددة بحلول عام 2030، لكن الطريق لتحقيق ذلك لا يزال طويلا.

لذا، وإلى أن يتم إطلاق أول محطة للطاقة الشمسية الفضائية خارج الغلاف الجوي، فمن المؤكد أن الأمر يستحق الاستثمار في زيادة استخدام الطاقة الشمسية هنا، تحت السماء.